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光伏發電系統中電纜的選型及敷設

2017-11-14 15:36:01 智匯光伏　點擊量：評論 (0)

說明：本文節選自萬宏、王芳、沈恂如的《光伏發電系統中電纜的選型及敷設》。　　1光伏電站中電纜的分類　　電纜按照光伏電站的系統可分為直流電纜及交流電纜，根據用途及使用環境的不同分類如下：　　1 直

說明：本文節選自萬宏、王芳、沈恂如的《光伏發電系統中電纜的選型及敷設》。

　　1光伏電站中電纜的分類

　　電纜按照光伏電站的系統可分為直流電纜及交流電纜，根據用途及使用環境的不同分類如下：

　　1.直流電纜

　　（1）組件與組件之間的串聯電纜

　　（2）組串之間及其組串至直流配電箱（匯流箱）之間的并聯電纜。

　　（3）直流配電箱至逆變器之間電纜

　　以上電纜均為直流電纜，戶外敷設較多，需防潮、防暴曬、耐寒、耐熱、抗紫外線，某些特殊的環境下還需防酸堿等化學物質。其中組件與組件之間的連接電纜通常與組件成套供應。

　　2.交流電纜

　　（1）逆變器至升壓變壓器的連接電纜。

　　（2）升壓變壓器至配電裝置的連接電纜。

　　（3）配電裝置至電網或用戶的連接電纜。

　　此部分電纜為交流負荷電纜，戶內環境敷設較多，可按照一般電力電纜選型要求選擇。

　　2光伏電站中電纜選型的原則

　　光伏發電的電纜選擇遵循電纜選擇的一般要求，即按照電壓等級、滿足持續工作允許的電流、短路熱穩定性、允許電壓降、經濟電流密度及敷設環境條件因素等進行選型。同時光伏發電又具有自身的特點，太陽能系統常常會在惡劣環境條件下使用，如高溫、嚴寒和紫外線輻射。所以光伏系統中電纜的選擇需考慮如下因素：

　　1）電纜的絕緣性能；

　　2）電纜的耐熱阻燃性能；

　　3）電纜的防潮，防光；

　　4）電纜的敷設方式；

　　5）電纜芯的類型（銅芯，鋁芯）；

　　6）電纜的大小規格。

　　3電纜選型的計算

　　1、電纜截面積的選擇

　　適當的電纜尺徑選取基于兩個因素，電流強度與電路電壓損失。電纜截面的選擇應滿足允許溫升、電壓損失、機械強度等要求直流系統電纜按電纜長期允許載流量選擇，并按電纜允許壓降校驗，計算公式如下：

　　式中：

　　Ipc——電纜允許載流量（A）；

　　Ica——回路計算電流（A）；

　　Scac——電纜計算截面（mm2）；

　　ρ一電阻系數，銅導體為0.0184Ωmm2/m，鋁導體為0.031Ωmm2/m；

　　L——電纜長度（m）；

　　△Up——回路允許壓降（V）。

　　2、電壓損失計算

　　考慮電壓降不要超過2%，線損的計算公式為：

　　線損 = 電流 × 電路總線長 × 線纜電壓因子

式中的數值，

　　1）電流

　　逆變器的連接，交流負載的連接，蓄電池到室內設備的短距離直流連接，選取電纜的額定電流為計算電纜連續電流的1.25倍。

　　方陣內部和方陣之間的連接，選取的電纜額定電流為計算所得電纜中最大連續電流的1.56倍。

　　2）線纜電壓因子

　　可由電纜制造商處獲得，或者用下列公式計算獲得。

　　電纜的直流標準電阻可以按照下式進行計算：

　　R20：——電纜在20℃時的直流標準電阻，Q/km；

　　ρ20：——導線的電阻率，Ωmm2/km （20℃時）；

　　d——每根心線的直徑，mm2；

　　n——心線數；

　　K1——心線扭絞率，約0.02~0.03；

　　K2——多心電纜是的扭絞率，約0.01~0.02；

　　4光伏項目電纜選型需要特別注意的問題

　　1、為何要采用光伏專用電纜

　　光伏電站中大量的直流電纜需戶外敷設，環境條件惡劣，其電纜材料應根據抗紫外線、臭氧、劇烈溫度變化和化學侵蝕情況而定。普通材質電纜在該種環境下長期使用，將導致電纜護套易碎，甚至會分解電纜絕緣層。這些情況會直接損壞電纜系統，同時也會增大電纜短路的風險，從中長期看，發生火災或人員傷害的可能性也更高，大大影響系統的使用壽命。

　　因此，在光伏電站中使用光伏專用電纜和部件是非常有必要的。目前市場已開發出了多種規格的光伏專業電纜產品。比如，電子束交叉鏈接電纜額定溫度為120℃，可抵御惡劣氣候環境和經受機械沖擊；又如RADOX電纜是根據國際標準IEC216研制的一種太陽能專用電纜，在戶外環境下，使用壽命是橡膠電纜的8倍，是PVC電纜的32倍。光伏專用電纜和部件不僅具有最佳的耐風雨性、耐紫外線和臭氧侵蝕性，而且能承受更大范圍的溫度變化（例如：從-40～125℃）。在歐洲，技術人員通過測試，屋頂上可測得出的溫度值高達100～110℃。

　　光伏發電系統安裝和運行維護期間，電纜可能在地面以下土壤內、也可能在雜草叢生亂石中、也有可能屋頂結構的銳邊上布線、也有可能裸露在空氣中，電纜須承受壓力、彎折、張力、交叉拉伸載荷及強力沖擊。如果電纜護套強度不夠，則電纜絕緣層將會受到損壞，從而影響整個電纜的使用壽命，或者導致短路、火災和人員傷害危險等問題的出現。電纜科研技術人員發現，經輻射交叉鏈接的材料，較輻射處理前有較高的機械強度。交叉鏈接工藝改變了電纜絕緣護套材料聚合物的化學結構，可熔性熱塑材料轉換為非可熔性彈性體材料，交叉鏈接輻射則顯著改善了電纜絕緣材料的熱學特性、機械特性和化學特性。

　　2、銅芯VS鋁芯

　　銅芯電纜具有的抗氧化能力比鋁要好，壽命長，穩定性能要好，壓降小和電量損耗小的特點；在施工上由于銅芯柔性好，允許的彎度半徑小，所以拐彎方便，穿管容易；而且銅芯抗疲勞、反復折彎不易斷裂，所以接線方便；同時銅芯的機械強度高，能承受較大的機械拉力，給施工敷設帶來很大便利，也為機械化施工創造了條件。

　　由于鋁材的化學特性，鋁芯電纜的安裝接頭易出現氧化現象（電化學反應），特別是容易發生蠕變現象，易導致故障的發生。根據IEC287進行計算，在同等敷設條件下，要想獲得同樣的載流量，鋁的截面要大二檔，這樣帶來電纜敷設通道增大，有可能要采取專用敷設通道，增加投資成本。

　　因此，銅電纜在光伏電站使用中，特別是直埋敷設電纜供電領域，具有突出的優勢。可減低事故率低、提高供電可靠性、施工運行維護方便等特點。這正是國內目前在地下電纜供電中主要采用銅電纜的原因所在。