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嘉峪檢測網 2017-04-22 19:41
發生火災的根本原因在于
通流情況下連接器的電阻增大導致溫升增加并超出 塑料外殼及金屬件所能承受的溫度范圍從而引發火災。因此，連接器的失效并引發火災是由塑料外殼和金屬件共同作用的結果。
本文從金屬件、密封性兩個方面分析失效原因進行分析,將根據現有樣品情況著重分析這兩方面并從理論上闡述導致接觸電阻增大的根本原因。
1金屬部件造成的失效分析
金屬件部分造成的失效分析
金屬件是連接器組成的主體，也是最主要的通流路徑。在各種環境下運行時，穩定的電阻就是保障連接器正常工作的前提條件。
通常意義上連接器的接觸電阻R(上圖)由3部分組成，即Rco、金屬件內阻及Rcr。
對所有的樣品進行初步外觀分析后發現，連接器燒毀的部位主要存在于連接器的中間部分及兩端壓接部分(見下圖)。
1、電阻Rco的失效分析
電阻Rco是連接器對插后金屬件搭接部分的電阻。如果Rco不正常增大就會導致溫度升高，進而導致連接器中間部位引發火災，見圖5。
導致Rco不正常增大的原因主要有如下兩個：
1)不同公司的連接器互插
各公司的連接器互插現象在電站應用中普遍存在，拜訪很多電站后會發現有的電站一個陣列竟然有三種連接器互插的情況，而且許多電站業主和組件廠商并沒有意識到其危害性，甚至很多連接器廠商都宣稱可與MC4互插。其實這是一個很大的誤區。UL、TÜV認證機構都明確說明不同廠家生產的連接器是不能互插的，同時澳大利亞光伏安裝標準AS5033也明確說明一個電站中不允許兩種廠家的連接器互插。不同廠家的連接器可以“compatible”說法是不被接受的。
圖：不同連接器互插測試結果
對連接器進行短時間大電流（3-5分鐘、100A通流）（圖為不同連接器互插的極限測試）
從圖中可以看出：3分鐘時互插的不同廠家連接器溫度已達到160℃，功率損失為700多瓦且外殼已經出現變形特征；4分鐘后互插的連接器外殼開始冒煙，而內部溫度最高也達到了200℃以上，功率損耗也持續增加；5分鐘后，互插的連接器已開始冒濃煙，功率損耗已達到800瓦，這時候連接器已接近失火狀態。
而與之形成鮮明對比的是MC4自身公母頭插合后的測試結果：除了溫度有初始的90℃升高到135℃及功率損失由69W升高到73W外，外觀并無明顯的變化。
當然這種狀態也不會持續太長時間，因為畢竟是100A的極限通流測試。但該測試卻從正面直觀的反映出互插帶來的潛在威脅。
2)安裝不到位
安裝不到位是引起Rco增大的主要因素之一。每個公司的連接器插合后為了能保證通流，A-B段(圖2)的搭接長度是一定的，目的就是為了保證兩個金屬件完全接觸。如果在連接器的組裝過程中出現安裝不到位的情況則金屬件的插合就會出現異常，如圖。
圖：插合到位
由于Rco的實際應用值超出了設計值，因此同樣的電流在該部位產生的熱量就會增加進而導致溫度升高，這種狀況還會因為高溫所導致一系列后果(例如氧化、老化等等)而進一步加劇。這種惡性循環所帶來的最終結果就是連接器燒毀。
2、電阻Rcr的失效分析
壓接電阻Rcr主要是與壓接質量和壓接工藝有關。我們可以通過壓縮比及壓接剖面來判斷壓接質量的好壞。好的壓接要求剖面緊密不能留有空隙，同時外形規整(參考圖)。對于常用的4mm2電纜壓接，壓接處的接觸電阻，標準IEC2742/05也提出了小于0.2mΩ的要求，而IEC60352-2則規定壓接端的拉出力要大于310N。
圖：好的壓接(左)VS差的壓接(右)
涉及到壓接工藝時我們需要注意剝線環節，標準中對于在剝線中切斷的銅絲數是有嚴格規定。如果切斷的銅絲較多就會影響壓接及通流質量，從而造成較高的溫升。而在失效的樣品中我們發現：電纜在壓接前內部很多銅絲已被剪斷(見圖)。
圖：壓接端銅絲斷裂
2密封性能造成的失效分析
連接器由于處于戶外，因此對于密封性能有著嚴格的要求。
例如有些連接器就達到了IP65和IP68的防護等級。由于連接器是與電纜匹配連接，因此當涉及到密封性時，電纜的選擇就變的非常重要。一般來說不同的連接器型號會對應不同的電 纜外徑，其目的就是保證密封性能。例如MC4連接器可匹配3-9mm外徑(導體截面積1.5-10mm2)的光伏電纜，其對應的型號卻高達6種。為了驗證電纜的匹配性，在連接器組裝好之后還要對其進行相關的測試。
而在失效的樣品中就有兩個是用了不同的電纜，且外徑相差懸殊。圖中的左側圖連接器一側用的是光伏電纜(黑色)，外徑為6mm，而另一側則是用的 普通線纜(藍色)，外徑僅為4mm。將藍色電纜端的螺帽擰開后發現可能由于密封不夠竟采用了紅色塑料片填充。在該種情況下連接器是很難保證其密封性，因此，在戶外應用時有可能會進水進塵，從而破壞絕緣性能，進而引發火災。
3失效總結
光伏連接器在光伏電站中占的成本比重較低，但卻是關鍵部件。前期電站建設時，連接器引發的故障風險往往不受重視，但是后期卻會成為電站運維的痛點。因連接器失效而造成的運維成本包括發電量收益損失、備品備件成本、人力成本以及安全風險，這些運維成本最終都會影響電站的投資回報。質量可靠且由豐富生產組裝經驗的供應商提供的光伏連接器是保證光伏電站正常穩定運轉的基礎之一，而電站的正常運轉則是保證業主最大收益的前提之一。
來源：未知
