1光伏電站中電纜的分類
電纜按照光伏電站的系統(tǒng)可分為直流電纜及交流電纜,根據(jù)用途及使用環(huán)境的不同分類如下:
1.直流電纜
(1)組件與組件之間的串聯(lián)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(lián)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(shè)較多,需防潮、防暴曬、耐寒、耐熱、抗紫外線,某些特殊的環(huán)境下還需防酸堿等化學(xué)物質(zhì)。其中組件與組件之間的連接電纜通常與組件成套供應(yīng)。
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(wǎng)或用戶的連接電纜。
此部分電纜為交流負(fù)荷電纜,戶內(nèi)環(huán)境敷設(shè)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(fā)電的電纜選擇遵循電纜選擇的一般要求,即按照電壓等級(jí)、滿足持續(xù)工作允許的電流、短路熱穩(wěn)定性、允許電壓降、經(jīng)濟(jì)電流密度及敷設(shè)環(huán)境條件因素等進(jìn)行選型。同時(shí)光伏發(fā)電又具有自身的特點(diǎn),太陽能系統(tǒng)常常會(huì)在惡劣環(huán)境條件下使用,如高溫、嚴(yán)寒和紫外線輻射。所以光伏系統(tǒng)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(shè)方式;
5)電纜芯的類型(銅芯,鋁芯);
6)電纜的大小規(guī)格。
3電纜選型的計(jì)算
1、電纜截面積的選擇
適當(dāng)?shù)碾娎|尺徑選取基于兩個(gè)因素,電流強(qiáng)度與電路電壓損失。電纜截面的選擇應(yīng)滿足允許溫升、電壓損失、機(jī)械強(qiáng)度等要求直流系統(tǒng)電纜按電纜長(zhǎng)期允許載流量選擇,并按電纜允許壓降校驗(yàn),計(jì)算公式如下:
式中:
Ipc——電纜允許載流量(A);
Ica——回路計(jì)算電流(A);
Scac——電纜計(jì)算截面(mm2);
ρ一電阻系數(shù),銅導(dǎo)體為0.0184Ωmm2/m,鋁導(dǎo)體為0.031Ωmm2/m;
L——電纜長(zhǎng)度(m);
△Up——回路允許壓降(V)。
2、電壓損失計(jì)算
考慮電壓降不要超過2%,線損的計(jì)算公式為:
線損 = 電流 × 電路總線長(zhǎng) × 線纜電壓因子
式中的數(shù)值,
1)電流
逆變器的連接,交流負(fù)載的連接,蓄電池到室內(nèi)設(shè)備的短距離直流連接, 選取電纜的額定電流為計(jì)算電纜連續(xù)電流的1.25倍。
方陣內(nèi)部和方陣之間的連接,選取的電纜額定電流為計(jì)算所得電纜中最大連續(xù)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(jì)算獲得。
電纜的直流標(biāo)準(zhǔn)電阻可以按照下式進(jìn)行計(jì)算:
R20:——電纜在20℃時(shí)的直流標(biāo)準(zhǔn)電阻,Q/km;
ρ20:——導(dǎo)線的電阻率,Ωmm2/km (20℃時(shí));
d——每根心線的直徑,mm2;
n——心線數(shù);
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(xiàng)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(shè),環(huán)境條件惡劣,其電纜材料應(yīng)根據(jù)抗紫外線、臭氧、劇烈溫度變化和化學(xué)侵蝕情況而定。普通材質(zhì)電纜在該種環(huán)境下長(zhǎng)期使用,將導(dǎo)致電纜護(hù)套易碎,甚至?xí)纸怆娎|絕緣層。這些情況會(huì)直接損壞電纜系統(tǒng),同時(shí)也會(huì)增大電纜短路的風(fēng)險(xiǎn),從中長(zhǎng)期看,發(fā)生火災(zāi)或人員傷害的可能性也更高,大大影響系統(tǒng)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(chǎng)已開發(fā)出了多種規(guī)格的光伏專業(yè)電纜產(chǎn)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(huán)境和經(jīng)受機(jī)械沖擊;又如RADOX電纜是根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC216研制的一種太陽能專用電纜,在戶外環(huán)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(fēng)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(shù)人員通過測(cè)試,屋頂上可測(cè)得出的溫度值高達(dá)100~110℃。
光伏發(fā)電系統(tǒng)安裝和運(yùn)行維護(hù)期間,電纜可能在地面以下土壤內(nèi)、也可能在雜草叢生亂石中、也有可能屋頂結(jié)構(gòu)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(qiáng)力沖擊。如果電纜護(hù)套強(qiáng)度不夠,則電纜絕緣層將會(huì)受到損壞,從而影響整個(gè)電纜的使用壽命,或者導(dǎo)致短路、火災(zāi)和人員傷害危險(xiǎn)等問題的出現(xiàn)。電纜科研技術(shù)人員發(fā)現(xiàn),經(jīng)輻射交叉鏈接的材料,較輻射處理前有較高的機(jī)械強(qiáng)度。交叉鏈接工藝改變了電纜絕緣護(hù)套材料聚合物的化學(xué)結(jié)構(gòu),可熔性熱塑材料轉(zhuǎn)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(xué)特性、機(jī)械特性和化學(xué)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(zhǎng),穩(wěn)定性能要好,壓降小和電量損耗小的特點(diǎn);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(fù)折彎不易斷裂,所以接線方便;同時(shí)銅芯的機(jī)械強(qiáng)度高,能承受較大的機(jī)械拉力,給施工敷設(shè)帶來很大便利,也為機(jī)械化施工創(chuàng)造了條件。
由于鋁材的化學(xué)特性,鋁芯電纜的安裝接頭易出現(xiàn)氧化現(xiàn)象(電化學(xué)反應(yīng)),特別是容易發(fā)生蠕變現(xiàn)象,易導(dǎo)致故障的發(fā)生。根據(jù)IEC287進(jìn)行計(jì)算,在同等敷設(shè)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(shè)通道增大,有可能要采取專用敷設(shè)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(shè)電纜供電領(lǐng)域,具有突出的優(yōu)勢(shì)??蓽p低事故率低、提高供電可靠性、施工運(yùn)行維護(hù)方便等特點(diǎn)。這正是國(guó)內(nèi)目前在地下電纜供電中主要采用銅電纜的原因所在。