摘要：为降低光伏电站投资建设成本，用铝合金电缆代替铜电缆，对4mm2多股铜电缆和6mm2多股铝合金电缆连接MC4插头制作样品的导电性能和温升进行多次对比试验分析，检验6 mm2多股铝合金电缆、4 mm2多股铜电缆的载流能力，以确定多股铝合金电缆是否满足替代多股铜电缆的各项性能要求。
关键词：新能源光伏 组件直流电缆 性能试验分析
1电缆性能对比试验分析
1.1导电性能对比试验
1.1.1理论计算分析
电阻率是用来表示各种物质电阻特性的物理量。在温度一定的情况下，公式如下：
其中ρ就是电阻率，L为材料长度，S为导体横截面积。可以看出，当导体的长度和截面积相同时，电阻的阻值与电阻率成正比，即相同温度下导体横截面积和长度一定时，电阻率越大电阻越大；导体的电阻大小与导体长度成正比，即导体材料和横截面积一定时，长度越长电阻越大；与导体的横截面积成反比，即导体材料和长度一定时，横截面积越大电阻越小。
20℃下ρ铜=1.75Ω/m，将ρ铜带入公式可得到20℃下4 mm2铜电缆每米的直流电阻值为4.375mΩ。江苏长峰电缆有限公司提供的太阳能组件电缆（型号：PV1-F-LH，规格2*6mm2）的产品合格证标示：6mm2铝合金电缆20℃下每米的直流电阻值不超过4.95mΩ。
金属导体温度换算公式为：
其中R2为t2温度下的电阻值，R1为t1温度下的电阻值，T为温度常数（铜取235,铝取225），t1、t2为测试温度。试验测试温度为26℃，经温度换算公式计算得到26℃下4mm2铜电缆每米的直流电阻值为4.478mΩ，6mm2铝合金电缆每米的直流电阻值不超过5.071mΩ。
同时考虑光伏组件MC4插头的接触电阻为0.5 mΩ，可得出温度为26℃时由1米4mm2铜电缆连接MC4插头制作样品理论计算直流电阻为4.978 mΩ、1米6mm2铝合金电缆连接MC4插头制作样品理论计算直流电阻为5.571mΩ。
1.1.2直流电阻测试对比分析
使用横截面积为4mm2多股铜电缆、6mm2多股铝合金电缆与光伏组件MC4插头连接制作长度为1米的试验样品各5根，使用BZC3391B直流电阻测试仪对这10根样品进行直流电阻测试对比试验。试验过程中保持实验室温度、湿度的恒定.
1.1.3接触电阻测试对比分析
使用横截面积为4mm2多股铜电缆、6mm2多股铝合金电缆分别连接光伏组件MC4插头制作样品各5组（20根），使用HLC5502回路电阻测试仪对这5组样品进行接触电阻测试进行对比试验。试验过程中保持实验室温度、湿度的恒定，选择相同的测试部位，接触电阻测试数值如下：
接触电阻测试 4mm2多股铜电缆MC4插头 环境温度：26℃ 相对湿度：38%
6mm2多股铝合金电缆MC4插头
表1铜电缆、铝电缆连接MC4插头接触电阻测试对比表
1.1.4导电性能对比分析
(1)通过理论计算得出1米4mm2铜电缆连接MC4插头直流电阻为4.978 mΩ，1米6mm2铝合金电缆连接MC4插头直流电阻不超过5.571mΩ。
(2)接触电阻试验数据（表1）中，4mm2铜电缆连接MC4插头母头接触电阻平均值为194.0μΩ，4mm2铜电缆连接MC4插头公头接触电阻平均值为133.6μΩ，6mm2多股铝合金电缆连接MC4插头母头接触电阻平均值为325.5μΩ，6mm2多股铝合金电缆连接MC4插头公头接触电阻平均值为169.3μΩ。铜电缆连接MC4插头（公、母头）接触电阻小于铝合金电缆连接MC4插头（公、母头）接触电阻。
1.2温升对比试验分析
1.2.1试验项目
（1）对样品施加光伏组件额定电流9.2A，测试其铜、铝合金导线及MC4插头10分钟、30分钟、60分钟发热情况，记录最高温度；
（2）对样品施加光伏组件短路电流11.5A（1.25倍的额定电流），测试其铜、铝合金导线及MC4插头10分钟、30分钟、60分钟发热情况，记录最高温度；
（3）对样品施加光伏组件的极限电流20A，测试其铜、铝合金导线及MC4插头10分钟、30分钟、60分钟发热情况，记录最高温度。
1.2.2温升对比分析
(1)通过数据可以清晰看到，6mm2铝合金电缆连接MC4插头样品温升大于铜芯线样品，因此重点分析使用铝合金电缆时的温度是否满足设备的长期允许工作温度。
(2)分析使用铝合金电缆时的温度是否满足设备的长期允许工作温度
a对样品施加光伏组件额定电流9.2A，60分钟时铝合金芯线样品温度稳定，平均温升2.4℃，最大温升3.1℃；
b对样品施加光伏组件短路电流（1.25倍的额定电流）11.5A，60分钟时铝合金芯线样品温度稳定，平均温升3.5℃，最大温升4.1℃；
c对样品施加光伏组件的极限电流20A，60分钟时温度稳定，铝合金芯线样品平均温升8.1℃，最大温升8.5℃；
d型号为PV1-F-LH的铝合金芯线长期允许工作温度应不超过125℃，MC4插头工作温度范围-40℃至125℃；
e青海境内历史最高温未突破40℃，以环境温度40℃及铝合金电缆芯样品最大温升8.5℃计算，忽略环境温度上升对温升的影响，使用铝合金电缆芯样品即使在极端条件下其工作温度为48.5℃，低于型号为PV1-F-LH的铝合金芯线和MC4插头的长期允许工作温度。
3.结论
通过对4mm2铜电缆和6mm2铝合金电缆连接MC4插头制作样品的直流电阻、接触电阻、温升试验进行对比分析，导电性能方面两者并无特别明显的差别。1米4mm2铜电缆连接MC4插头的直流电阻大于1米6mm2铝合金电缆连接MC4插头的直流电阻，4mm2铜电缆制作样品的接触电阻小于6mm2铝合金电缆制作样品的接触电阻。铜、铝合金芯线与MC4插头连接部分的接触电阻测试值均远小于1米铜、铝合金芯线连接MC4插头时测试的直流电阻值。接触电阻的大小在运行中主要体现在导体的温升上，若以环境温度40℃考虑，忽略环境温度上升对温升的影响，对铝合金电缆样品施加光伏组件的极限电流20A，以持续60分钟最大温升8.5℃计算，使用6mm2铝合金电缆即使在极端条件下其工作温度低于型号为PV1-F-LH的铝芯电缆和MC4插头的长期允许工作温度。综上对比得出：在导电性能上，6 mm2多股铝合金电缆可以满足替代4 mm2多股铜电缆的要求。
因此，通过铝合金电缆与铜电缆性能对比试验，多股铝合金电缆在导电性能、允许温升等试验参数能够满足新能源光伏电站组件直流电缆的要求，可以代替铜电缆在光伏电站的应用，以便降低光伏电站投资建设成本。
参考文献：
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