光伏組件MC4 插頭連接6 mm2 單芯鋁線、4 mm2 多股銅線性能比對試驗分析

王向蓮 周智敏

（青海黃河電力技術公司，青海 西寧810006）

1 導電性能對比試驗

1.1 直流電阻測試驗證對比

使用橫截面積為4mm2多股銅線、6mm2單芯鋁線與光伏組件MC4 插頭連接制作長度為1 米的試驗樣品各5 根，使用BZC3391B直流電阻測試儀對這10 根樣品進行直流電阻測試對比試驗。試驗過程中保持實驗室溫度、濕度的恒定，直流電阻測試數值如表1。

1.2 接觸電阻測試驗證對比

使用橫截面積為4mm2多股銅線、6mm2單芯鋁線分別制作光伏組件MC4 插頭各5 組（20 根），使用HLC5502 回路電阻測試儀對這5 組光伏組件MC4 插頭進行接觸電阻測試進行對比試驗。試驗過程中保持實驗室溫度、濕度的恒定，選擇相同的測試部位，接觸電阻測試數值如表2。

表2

表3

1.3 對比分析

1.3.1 通過理論計算得出1 米4mm2銅線連接MC4 插頭直流電阻為4.978 mΩ，1 米6mm2鋁線連接MC4 插頭直流電阻為5.333mΩ。對比分析可以看出6mm2鋁線連接MC4插頭直流電阻比4mm2銅線連接MC4 插頭直流電阻值大6.9%。

1.3.2 直流電阻試驗數據（表1）中1 米4mm2銅線連接MC4插頭直流電阻為5.0464mΩ，1 米6mm2鋁線制成的MC4 插頭直流電阻為5.3938mΩ。對比分析得到出6mm2鋁線連接MC4 插頭直流電阻比4mm2銅線連接MC4 插頭直流電阻值大6.7%（圖1-2）。

1.3.3 接觸電阻試驗數據（表2）中，4mm2銅線連接MC4 插頭母頭接觸電阻平均值為194.0μΩ，4mm2銅線連接MC4 插頭公頭接觸電阻平均值為133.6μΩ，6mm2單芯鋁線連接MC4 插頭母頭接觸電阻平均值為346.5μΩ，6mm2單芯鋁線連接MC4插頭公頭接觸電阻平均值為153.1μΩ。銅線連接MC4 插頭（公、母頭）接觸電阻小于鋁線連接MC4 插頭（公、母頭）接觸電阻。

2 溫升對比試驗

2.1 使用大電流發生器將電流調至光伏組件額定電流9.2A，分別測試其銅、鋁導線及MC4 插頭10 分鐘、30 分鐘、60分鐘發熱情況，記錄最高溫度。

圖1 銅、鋁線MC4 插頭直流電阻測試值對比圖

圖2 銅、鋁線MC4 溫度曲線

2.2 使用大電流發生器將電流調至光伏組件短路電流11.5A（1.25 倍的額定電流），分別測試其銅、鋁導線及MC4 插頭10 分鐘、30 分鐘、60 分鐘發熱情況，記錄最高溫度。

2.3 使用大電流發生器將電流調至光伏組件的極限電流20A，分別測試其銅、鋁導線及MC4 插頭10 分鐘、30 分鐘、60 分鐘發熱情況，記錄最高溫度。

2.4 對比分析：

2.4.1 通過數據對比和圖表2 可以清晰看到，6mm2鋁線連接MC4 插頭樣品溫升大于銅芯線樣品，因此重點分析使用鋁線時的溫度是否滿足設備的長期允許工作溫度。

2.4.2 分析使用鋁線時的溫度是否滿足設備的長期允許工作溫度；使用大電流發生器將電流調至光伏組件額定電流9.2A，60 分鐘時鋁芯線樣品溫度穩定，平均溫升5℃，最大溫升6℃；使用大電流發生器將電流調至光伏組件短路電流（1.25 倍的額定電流）11.5A，60 分鐘時鋁芯線樣品溫度穩定，平均溫升5℃，最大溫升6℃；使用大電流發生器將電流調至光伏組件的極限電流20A，60 分鐘時溫度穩定，鋁芯線樣品平均溫升12.4℃，最大溫升14℃；型號為BLV 的鋁芯線長期允許工作溫度應不超過70℃，MC4 插頭工作溫度范圍-40℃至125℃；忽略環境溫度上升對溫升的影響，使用鋁線芯樣品即使在極端條件下其工作溫度為54℃，低于型號為BLV 的鋁芯線和MC4 插頭的長期允許工作溫度。

3 拉力試驗

試驗條件:

使用橫截面積為4mm2多股銅線、6mm2單芯鋁線與光伏組件MC4 插頭連接制作長度為1 米的試驗樣品各4 根，做拉伸試驗，對樣品施加持續增大的拉力，直至樣品被拉斷或拉開，記錄樣品拉斷或拉開的瞬時拉力，即樣品能承受的最大拉力。

3.1 最大應力是樣品能承受的最大拉力與導線標稱面積的比值，此處的最大應力與材料的抗拉強度類似。如下公式：

σ:材料應力；F:材料所受的力；S：受力的橫截面積銅線的標稱面積4mm2，鋁線的標稱面積6mm2。

3.2 拉力測試數據如表3。

3.3 4mm2銅線樣品強度大于6mm2鋁線樣品強度，4mm2銅線和6mm2鋁線強度均大于MC4 插頭樣品強度。

3.3.1 拉斷或拉開4mm2銅線連接MC4 插頭制成樣品的最大拉力為359N,平均值為335.95N，4mm2銅線所能承受的拉力（800～1000N）是銅線樣品（銅線連同MC4 插頭）的所能承受最大拉力的（2.23～2.79）倍。

3.3.2 拉斷或拉開6mm2鋁線連接MC4 插頭制成樣品的最大拉力為274.1N, 平均值為245.35N，6mm2鋁線所能承受的拉力（480～660N）是鋁線樣品（鋁線連同MC4 插頭）所能承受最大拉力的（1.75～2.41）倍、銅線樣品（銅線連同MC4 插頭）的所能承受最大拉力的（1.34～1.84）倍。

3.4 導線與MC4 插頭連接的制作工藝及MC4 插頭強度決定樣品的強度。樣品拉斷或拉開情況主要有:MC4 插頭的緊固卡子斷裂、MC4 插頭與線脫開、MC4 公插頭與母插頭脫開、鋁線樣品還存在MC4 插頭連接壓制處斷裂。

3.5 由于單芯鋁線表面光滑且鋁的塑性、硬度都要小于銅，單芯鋁線與MC4 插頭連接制作工藝很重要，既要求插頭與單芯鋁線壓緊、加大接觸面積，又不能使鋁線的橫截面積變形過大，減小鋁線強度。單芯鋁線與插頭連接壓制時若壓力太小，插頭與導線結合不緊固，拉力試驗時插頭與導線易脫開；若與MC4插頭連接壓制時施加過大的壓力，線芯變形過大會減小單芯鋁線的強度，在試驗時易被拉斷。

4 結論

通過對4mm2銅線和6mm2鋁線制作的MC4 插頭對比分析，導電性能方面4mm2銅線線制作的MC4 插頭略優于6mm2鋁線制作的MC4 插頭，兩者并無特別明顯的差別。4mm2銅線制作樣品的直流電阻小于6mm2鋁線制作樣品的直流電阻，直流電阻的大小在運行中主要體現在導體的溫升上，若以環境溫度40℃考慮，忽略環境溫度上升對溫升的影響，對鋁線芯樣品施加光伏組件的極限電流20A，以持續60 分鐘最大溫升14℃計算，使用6mm2鋁線即使在極端條件下其工作溫度低于型號為BLV 的鋁芯電纜和MC4 插頭的長期允許工作溫度。

通過對4mm2銅線和6mm2鋁線制作的MC4 插頭的拉力試驗進行對比分析可知抗拉方面4mm2銅線線制作的MC4 插頭優于6mm2鋁線制作的MC4 插頭。6mm2鋁線與MC4 插頭連接的制作工藝及MC4 插頭決定樣品的強度，只要6mm2單芯鋁線與MC4 插頭連接緊固且鋁線芯不損傷，6mm2單芯鋁線及其連接部位抗拉能力就不低于MC4 插頭的抗拉能力。