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光伏发电系统中电缆的选型及敷设

国际太阳能光伏网  来源:智汇光伏  作者:万宏等  日期:2017-11-14
  说明:本文节选自万宏、王芳、沈恂如的《光伏发电系统中电缆的选型及敷设》。
 
  1光伏电站中电缆的分类
 
  电缆按照光伏电站的系统可分为直流电缆及交流电缆,根据用途及使用环境的不同分类如下:
 
  1.直流电缆
 
  (1)组件与组件之间的串联电缆
 
  (2)组串之间及其组串至直流配电箱(汇流箱)之间的并联电缆。
 
  (3)直流配电箱至逆变器之间电缆
 
  以上电缆均为直流电缆,户外敷设较多,需防潮、防暴晒、耐寒、耐热、抗紫外线,某些特殊的环境下还需防酸碱等化学物质。其中组件与组件之间的连接电缆通常与组件成套供应。
 
  2.交流电缆
 
  (1)逆变器至升压变压器的连接电缆。
 
  (2)升压变压器至配电装置的连接电缆。
 
  (3)配电装置至电网或用户的连接电缆。
 
  此部分电缆为交流负荷电缆,户内环境敷设较多,可按照一般电力电缆选型要求选择。
 
  2光伏电站中电缆选型的原则
 
  光伏发电的电缆选择遵循电缆选择的一般要求,即按照电压等级、满足持续工作允许的电流、短路热稳定性、允许电压降、经济电流密度及敷设环境条件因素等进行选型。同时光伏发电又具有自身的特点,太阳能系统常常会在恶劣环境条件下使用,如高温、严寒和紫外线辐射。所以光伏系统中电缆的选择需考虑如下因素:
 
  1)电缆的绝缘性能;
 
  2)电缆的耐热阻燃性能;
 
  3)电缆的防潮,防光;
 
  4)电缆的敷设方式;
 
  5)电缆芯的类型(铜芯,铝芯);
 
  6)电缆的大小规格。
 
  3电缆选型的计算
 
  1、电缆截面积的选择
 
  适当的电缆尺径选取基于两个因素,电流强度与电路电压损失。电缆截面的选择应满足允许温升、电压损失、机械强度等要求直流系统电缆按电缆长期允许载流量选择,并按电缆允许压降校验,计算公式如下:
 
 
  式中:
 
  Ipc——电缆允许载流量(A);
 
  Ica——回路计算电流(A);
 
  Scac——电缆计算截面(mm2);
 
  ρ一电阻系数,铜导体为0.0184Ωmm2/m,铝导体为0.031Ωmm2/m;
 
  L——电缆长度(m);
 
  △Up——回路允许压降(V)。
 
  2、电压损失计算
 
  考虑电压降不要超过2%,线损的计算公式为:
 
  线损 = 电流 × 电路总线长 × 线缆电压因子

      式中的数值,
 
  1)电流
 
  逆变器的连接,交流负载的连接,蓄电池到室内设备的短距离直流连接, 选取电缆的额定电流为计算电缆连续电流的1.25倍。
 
  方阵内部和方阵之间的连接,选取的电缆额定电流为计算所得电缆中最大连续电流的1.56倍。
 
  2)线缆电压因子
 
  可由电缆制造商处获得,或者用下列公式计算获得。
 
 
  电缆的直流标准电阻可以按照下式进行计算:
 
  R20:——电缆在20℃时的直流标准电阻,Q/km;
 
  ρ20:——导线的电阻率,Ωmm2/km (20℃时);
 
  d——每根心线的直径,mm2;
 
  n——心线数;
 
  K1——心线扭绞率,约0.02~0.03;
 
  K2——多心电缆是的扭绞率,约0.01~0.02;
 
  4光伏项目电缆选型需要特别注意的问题
 
  1、为何要采用光伏专用电缆
 
  光伏电站中大量的直流电缆需户外敷设,环境条件恶劣,其电缆材料应根据抗紫外线、臭氧、剧烈温度变化和化学侵蚀情况而定。普通材质电缆在该种环境下长期使用,将导致电缆护套易碎,甚至会分解电缆绝缘层。这些情况会直接损坏电缆系统,同时也会增大电缆短路的风险,从中长期看,发生火灾或人员伤害的可能性也更高,大大影响系统的使用寿命。
 
  因此,在光伏电站中使用光伏专用电缆和部件是非常有必要的。目前市场已开发出了多种规格的光伏专业电缆产品。比如,电子束交叉链接电缆额定温度为120℃,可抵御恶劣气候环境和经受机械冲击;又如RADOX电缆是根据国际标准IEC216研制的一种太阳能专用电缆,在户外环境下,使用寿命是橡胶电缆的8倍,是PVC电缆的32倍。光伏专用电缆和部件不仅具有最佳的耐风雨性、耐紫外线和臭氧侵蚀性,而且能承受更大范围的温度变化(例如:从-40~125℃)。在欧洲,技术人员通过测试,屋顶上可测得出的温度值高达100~110℃。
 
  光伏发电系统安装和运行维护期间,电缆可能在地面以下土壤内、也可能在杂草丛生乱石中、也有可能屋顶结构的锐边上布线、也有可能裸露在空气中,电缆须承受压力、弯折、张力、交叉拉伸载荷及强力冲击。如果电缆护套强度不够,则电缆绝缘层将会受到损坏,从而影响整个电缆的使用寿命,或者导致短路、火灾和人员伤害危险等问题的出现。电缆科研技术人员发现,经辐射交叉链接的材料,较辐射处理前有较高的机械强度。交叉链接工艺改变了电缆绝缘护套材料聚合物的化学结构,可熔性热塑材料转换为非可熔性弹性体材料,交叉链接辐射则显著改善了电缆绝缘材料的热学特性、机械特性和化学特性。
 
  2、铜芯VS铝芯
 
  铜芯电缆具有的抗氧化能力比铝要好,寿命长,稳定性能要好,压降小和电量损耗小的特点;在施工上由于铜芯柔性好,允许的弯度半径小,所以拐弯方便,穿管容易;而且铜芯抗疲劳、反复折弯不易断裂,所以接线方便;同时铜芯的机械强度高,能承受较大的机械拉力,给施工敷设带来很大便利,也为机械化施工创造了条件。
 
  由于铝材的化学特性,铝芯电缆的安装接头易出现氧化现象(电化学反应),特别是容易发生蠕变现象,易导致故障的发生。根据IEC287进行计算,在同等敷设条件下,要想获得同样的载流量,铝的截面要大二档,这样带来电缆敷设通道增大,有可能要采取专用敷设通道,增加投资成本。
 
  因此,铜电缆在光伏电站使用中,特别是直埋敷设电缆供电领域,具有突出的优势。可减低事故率低、提高供电可靠性、施工运行维护方便等特点。这正是国内目前在地下电缆供电中主要采用铜电缆的原因所在。
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