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光伏电站常见电缆的设计选型与施工要点
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    兰州众邦电线电缆作为电线电缆百强企业,专业的光伏电缆生产厂家,今天来为大家介绍一下光伏电站常见电缆的设计选型与施工要点。
    在光伏电站建设过程中除主要设备,如光伏组件、逆变器、升压变压器以外,配套连接的光伏电缆材料对光伏电站的整体盈利的能力、运行的安全性、是否高效,同样起着至关重要的作用,下面就对光伏电站中常见的电缆及材料的用途和使用环境做详细的介绍。
 
    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:
 
    一、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。
 
    二、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。
 
    三、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佳的耐风雨性、耐紫外线和臭氧侵蚀性,而且能承受大范围的温度变化(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缘材料的热学特性、机械特性和化学特性。

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    四、电缆导体材料
 
    光伏电站使用的直流电缆多数情况下为户外长期工作,受施工条件的限制,电缆连接多采用接插件。电缆导体材料可分为铜芯和铝芯。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。相反铝芯电缆,由于铝材的化学特性,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。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。
 
    五、电缆缘护套材料
 
    光伏电站安装和运行维护期间,电缆可能在地面以下土壤内、杂草丛生乱石中、屋顶结构的锐边上布线、裸露在空气中,电缆有可能承受各种外力的冲击。如果电缆护套强度不够,电缆缘层将会受到损坏,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。直流回路在运行中常常受到多种不利因素的影响而造成接地,使得系统不能正常运行。如挤压、电缆制造不良、缘材料不合格、缘性能低、直流系统缘老化、或存在某些损伤缺陷均可引起接地或成为一种接地隐患。另外户外环境小动物侵入或撕咬也会造成直流接地故障。
 
    六、电缆设计选型的原则
 
    (1)电缆的耐压值要大于系统的高电压。如380V输出的交流电缆,要选举450/750V的电缆。
 
    (2)光伏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大连续电流的1.56倍。
 
    (3)交流负载的连接,选取的电缆额定电流为计算所得电缆中大连续电流的1.25倍。
 
    (4)逆变器的连接,选取的电缆额定电流为计算所得电缆中大连续电流的1.25倍。
 
    (5)考虑温度对电缆的性能的影响。温度越高,电缆的载流量就越少,电缆要尽量安装在通风散热的地方。
 
    (6)考虑电压降不要超过2%。
 
    直流回路在运行中常常受到多种不利因素的影响而造成接地,使得系统不能正常运行。如挤压、电缆制造不良、缘材料不合格、缘性能低、直流系统缘老化、或存在某些损伤缺陷均可引起接地或成为一种接地隐患。另外户外环境小动物侵入或撕咬也会造成直流接地故障。因此在这种情况下一般使用铠装、带防鼠剂功能护套的电缆。
 
    分布式光伏常用逆变器电缆选择:
线径 40 0C 55 0C 60 0C 65 0C 逆变器功率
2.5 28 25 23 -- 单相1-5KW,三相4-12KW
4 37 33 29 -- 单相6KW,三相15,17KW
6 48 43 40 34 单相8KW,三相20KW
10 65 59 54 49 单相10KW,三相30KW
16 91 82 76 68 三相40KW
25 120 108 100 90 三相50KW
35 148 133 123 111 三相75KW
50 187 168 155 140 三相100KW 距离小于50米
70 231 208 192 173 三相100KW 距离大于50米
95 283 255 235 212 三相150KW 距离小于50米
120 326 293 271 237 三相150KW 距离大于50米
    注:表格里面的电缆是按国标铜线的标准定的。
 
    如果电缆长度大于于50米,请参考大一号规格的电缆。
    七、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;
 
    八、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。
 
    智汇光伏万宏等
 
    九、光伏发电系统的电缆施工
 
    光伏发电工程中电缆工程建设费用一般比较大,敷设方式选择直接影响着建设费用,所以合理规划、正确选择电缆的敷设方式,是电缆设计工作的重要环节。
 
    1、电缆的敷设电缆敷设方式根据工程情况、环境条件和电缆规格型号、数量等因素综合考虑,且按满足运行可靠、便于维护的要求和技术经济合理的原则来选择。光伏发电项目直流电缆的敷设主要有直埋铺沙垫砖敷设、穿管敷设、槽架内敷设、电缆沟敷设、隧道敷设等。
 
    交流电缆的敷设与一般电力系统敷设方式差异不大。直流电缆多用于光伏组件之间、组串至直流汇流箱之间、汇流箱至逆变器之间,其截面积小、数量大,通常情况下电缆沿组件支架绑扎或穿管直埋进行敷设,直流电缆在敷设时一般需要考虑:
 
    (1)组件之间连接电缆及组串与汇流箱之间连接电缆,尽可能利用组件支架作为电缆敷设的通道支撑与固定,可在一定程度上降低环境因素的影响的作用。
 
    (2)电缆敷设的受力要均匀适当,不宜过紧,光伏场所一般昼夜温差较大,应避免热胀冷缩造成线缆断裂。
 
    (3)在建筑物表面的光伏材料电缆引线,要考虑建筑整体美观,敷设位置应避开在墙和支架的锐角边缘布设电缆,以免切、磨损伤缘层引起短路,或受剪切力切断导线引起断路。同时要考虑电缆线路遭直击雷等问题。
 
    (4)合理规划电缆敷设路径,减少交叉,尽可能的合并敷设以减少项目施工过程中的土方开挖量以及电缆用量。
 
    2、电缆的连接光伏发电系统中的直流线缆多为室外敷设,连接方式以接头插接为主,可穿管中加以保护,利用组件支架作为电缆敷设的通道和固定,降低环境因素的影响。其他的电缆连接与一般电力系统中电缆连接方式大致相同。
 
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