如何平衡光伏电缆的CCA耐火性能和AD8防水性能？
CCA耐火性和AD8防水性能的重要性
在光伏电站建设中，光伏电缆作为重要的输电元件，在面对暴雨、阳光直射等恶劣天气条件时，需要具备优异的耐火性和防水性，以确保在复杂环境下长期稳定运行。然而，在实际应用中，光伏电缆的耐火等级（CCA）和防水等级（AD8）往往难以兼顾。这是为什么呢？本文将从材料特性、制造工艺、应用环境等方面进行深入分析。
CCA耐火性能的定义和测试要求
CCA耐火性能是指光伏电缆达到一定的阻燃等级，以确保电缆能够抑制燃烧并减缓火灾中的火焰蔓延。SUNKEAN的CCA级光伏电缆符合极其严格的IEC60332-3束状燃烧试验标准。IEC 60332-3标准是国际电工委员会（IEC）系列测试标准之一，专门针对电缆的耐火性能。具体而言，它评估在特定条件下垂直安装的束状电线或电缆的火焰蔓延特性。该测试测量以下指标：
火焰蔓延： 火焰沿电缆蔓延的距离。
热量释放： 燃烧过程中释放的热能总量。
烟雾产生： 产生的烟雾量和浓度可能会阻碍人员疏散，并使消防行动更加复杂。
获得此项认证意味着SUNKEAN的Cca电缆旨在限制火焰蔓延并降低火灾风险，从而显著提升光伏装置的安全性。此外，合格的Cca电缆还必须满足以下条件：
EN50618 烟密度测试： 要求烟雾透过率≥60%
EN60811-504 冷弯试验： 要求电缆表面在-40°C±2°C的温度下无裂纹。
*更多详情请参阅另一篇专业解释心肺复苏等级的博客文章。
AD8防水性能的定义和测试要求
在光伏电缆领域，最常用的防水等级是AD7和AD8。AD8电缆具有更优异的防水性能，其防水等级要求电缆能够在长时间浸水的环境中正常工作。制造商若要获得此等级认证，必须按照EN50525-2-21标准，通过水下场景模拟进行电压测试、绝缘电阻测试、拉力测试、称重测试等。测试过程中，电缆必须满足以下条件：
完全密封： 当电缆长时间在水下使用时，水分无法渗入导体或绝缘层。
耐水解性和抗紫外线性： 绝缘材料和护套材料需要长时间暴露在潮湿或水下环境中才能保持良好的性能。
耐压性： 它可以承受水下压力，不会因水压而导致护套破裂或材料劣化。
*更多详情请参阅另一篇博客，其中解释了AD7和AD8之间的区别和选择方法。
CCA防火材料与AD8防水材料之间的矛盾
尽管CCA防火性能和AD8防水性能都是光伏电缆的重要安全指标，但在实际生产中很难同时兼顾。光伏电缆的绝缘和护套材料主要采用两种不同的交联材料：XLPE和XLPO，它们分别针对防水和防火性能进行了优化。那么，这两种材料的特性是如何相互制约的呢？本文将从三个方面进行详细阐述：材料本身的差异、制造工艺的冲突以及物理性能的相互排斥。
a. 材料本身的差异
CCA级防火材料通常采用交联聚烯烃（XLPO），其特点是燃烧时不释放有毒气体且耐高温。AD8级防水材料一般采用交联聚乙烯（XLPE），其主要特点是密封性好、耐水解、耐紫外线。由于XLPO材料本身的分子结构相对松散，难以实现完全防水，而XLPE在高温下又容易吸水或释放有害气体，因此难以兼顾两者。
b. CCA防火材料和AD8防水材料制造过程中的冲突
为了达到CCA级防火性能，电缆生产过程中需要添加特殊的阻燃剂，而这些阻燃剂可能会影响电缆的防水性能。其次，防火材料中的无机填料（例如氢氧化铝和氢氧化镁）会降低材料的密封性，从而影响材料的防水性能。最后，防水材料对密封性的高要求使得某些防火添加剂难以均匀分布，这可能会影响整体的阻燃效果。
c. CCA防火材料与AD8防水材料物理性能的互斥性
·防火材料通常很脆，在长期水下环境中容易开裂或剥落。
· 防水材料通常比较柔软，但柔软的材料往往耐高温性能较差，可能无法达到 CCA 防火标准。
· 防火和防水的测试条件不同。防火测试侧重于高温下的阻燃能力，而防水测试侧重于长期浸水条件下的密封性能。
因此，很难用同一种材料和设计同时兼顾这两种特性。
如何平衡CCA防火和AD8防水性能？
由于光伏电缆经常用于室外、地下甚至水下，因此在选择电缆时需要在防火性和防水性之间进行权衡。
a. 光伏组件与逆变器之间使用的电缆
环境条件： 这些电缆通常安装在露天环境中，例如屋顶太阳能系统、地面光伏阵列或大型太阳能发电厂。虽然暴露于潮湿、雨水和阳光下很常见，但浸入水中的风险极低。然而，由于存在电气连接和高工作电流，火灾风险更为令人担忧。
推荐的线缆选择： CCA认证的阻燃光伏电缆。这些电缆的外护套应采用低烟、无卤阻燃材料制成，以最大程度地减少火灾发生时的有毒物质排放。
额外防护措施： 确保电缆布线和间距正确，以防止过热；在火灾风险较高的区域（例如逆变器或接线盒附近）安装防火导管或保护托盘；使用抗紫外线护套，以防止阳光照射造成的长期劣化。
b. 地下或水下直流电缆
环境条件： 在大型太阳能发电厂中，直流电缆通常埋在地下，以防止物理损坏和环境暴露。
漂浮式太阳能电站或海上光伏系统需要使用具有长期浸水耐受性的电缆，因为它们可能安装在水面或易受洪水侵袭的区域。水渗入是最大的问题，因为它会导致绝缘层损坏、短路和电缆加速老化。与地面安装相比，漂浮式光伏电站的火灾风险通常较低，但在高功率应用中仍需考虑火灾风险。
推荐的线缆选择： AD8级防水光伏电缆。AD8电缆采用特殊的阻水绝缘材料，例如高密度交联聚乙烯（XLPE）。导体应采用镀锡铜，以防止长期接触水而导致的氧化和腐蚀。外护套应具有极强的防水性能，确保即使是微量的水分也无法渗入绝缘层。
额外防护措施： 为了提高防火安全性，可在地下电缆沟内安装耐火电缆槽箱。发生电气故障时，这些外壳有助于控制火势；可采用双层护套设计，内层防水，外层阻燃，从而兼顾防火和防水性能；使用防水电缆接头和接线盒可防止水分渗入连接点。
c. 复杂且具有挑战性的环境的解决方案
在某些应用中，光伏电缆可能同时面临高火灾风险和极端潮湿环境，因此需要更先进的电缆解决方案。这些情况包括工业太阳能装置、混合电站（太阳能+水力发电）以及极端气候地区（沿海或潮湿环境）。
外部物理防护： 在关键区域，电缆可以敷设在防火、防水的金属导管中，以提高耐用性。
配备排水系统的架空电缆桥架可以帮助解决易涝地区的问题。此外，一些电缆采用硅基或纳米涂层技术进行处理，以增强其在极端条件下的耐受性。
电缆材料的未来发展趋势
光伏电缆的未来发展方向将侧重于新材料的研究与开发以及复合结构设计，以提高其防火和防水性能。
纳米级防火涂层： 利用纳米技术开发超薄防火涂层，在不影响防水性能的前提下提高耐火性能。
聚合物防水阻燃材料： 开发兼具防火和防水性能的聚合物材料，例如氟聚合物或特殊硅橡胶。
多层复合结构：采用防水外层和阻燃内层的多层结构，以实现两种性能的结合。
