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光伏系統直流干線電纜的特性及選型設計

放大字體  縮小字體 發布日期:2015-07-03  來源:歐樂光伏網  瀏覽次數:130
核心提示:  直流干線是光伏組件系統經匯流箱匯流后到逆變器的傳輸用線。如果說逆變器是整個方陣系統的心臟,那么直流干線系統就是一條條
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  直流干線是光伏組件系統經匯流箱匯流后到逆變器的傳輸用線。如果說逆變器是整個方陣系統的心臟,那么直流干線系統就是一條條主動脈。由于,直流干線系統采用不接地方案,如果電纜發生接地故障,將會給系統甚至設備帶來相比交流大得多的危害,因此,光伏系統工程師對直流干線電纜的認識,要比其他行業電氣工程師更為謹慎。
  綜合各種電纜事故分析,我們得出電纜的接地故障占整個電纜故障的90-95%。接地故障的主要原因有三種。第一,電纜制造缺陷,為非合格產品;第二,運行環境惡劣、自然老化、以及遭受外力破壞;第三,安裝不規范,接線粗糙。接地故障的根本原因卻只有一個---電纜的絕緣材料。光伏電站的直流干線運行環境比較惡劣。我國大型地面電站一般都在西部,這些地方一般都是荒漠、鹽堿地以及晝間溫差大,鼠害也比較嚴重,環境也會非常潮濕。電纜地埋敷設,電纜溝的填挖要求比較高;分布式電站電纜的運行環境也不比上述地面的要好,電纜會承受很高的溫度,有技術人員測控,屋頂溫度甚至能達到100-110℃的高溫,電纜的防火阻燃要求,以及高溫對電纜的絕緣擊穿電壓影響很大。
  因此,光伏電站直流干線電纜的選型設計要考慮以下幾點:
  1、電纜的絕緣性能2、電纜的防潮、防寒以及耐候性3、電纜的耐熱阻燃性能4、電纜的敷設方式5、電纜的導體材料(銅芯、鋁合金芯、鋁芯)6、電纜的截面規格目前,我國光伏電站的直流干線電纜,大多采用一般低壓交流電纜來代替,常用型號為ZR-YJV220.6/1kv、ZRYJY230.6/1kv,電纜大多數為銅芯電纜,也有些電站逐步開始采用鋁合金導體的電纜,但電纜的絕緣材料基本還是按1kv低壓電纜的標準生產。也就是說,我們的光伏系統工程師對直流電纜厲害關系有認識,但對電纜的技術方案并沒有過多重視。
  直流干線電纜的絕緣特性
  1.交流電纜的場強應力分布是均衡的,電纜絕緣材料著重的是電介質常數,電介質是不受溫度影響的;而直流電纜的應力分布是電纜絕內層為最大,受電纜絕緣材料的電阻系數影響,絕緣材料有負溫度系數現象,即溫度增高,電阻變小;電纜在運行時,線芯損耗會使溫度升高,電纜的絕緣材料的電阻系數會隨之變化,也將導致絕緣層的電場應力隨之變化,也就是說,同樣厚度的絕緣層,由于溫度升高,其擊穿電壓隨之變小。對于一些分布式電站的直流干線,由于環境溫度的高低變化,電纜的絕緣材料老化的速度比地埋敷設的電纜大得多,這點尤其應得到注意。
  2.電纜絕緣層生產過程中,不可避免地會溶入一些雜質,它們具有相對較小的絕緣電阻率,沿絕緣層徑向分布是不均勻的,這樣也將導致不同部位的體積電阻率不同,在直流電壓下,電纜絕緣層的電場也會不同,這樣,絕緣體積電阻率最小處會老化更快,成為最先被擊穿的隱患點。而交流電纜則不會有這種現象。通俗地說,交流電纜的材料受應力沖擊是整體的均衡的,而直流干線電纜絕緣應力總是在最弱處沖擊最大。所以,電纜制造環節中的交直流電纜應該有不同管理和標準。
  3.交聯聚乙烯絕緣的電纜在交流電纜中已經廣泛使用,它具有非常優良的介質性能和物理性能,性價比非常高,但作為直流電纜,其有一個很難解決的空間電荷問題,這點在高壓直流電纜中備受重視。聚合物作直流電纜絕緣時,絕緣層中有大量的局部陷阱,造成絕緣內部空間電荷集聚,空間電荷對絕緣材料的影響,主要體現在電場畸變效應和非電場畸變效應兩個方面,這兩種影響對絕緣材料的危害很大。
  所謂空間電荷,是指宏觀物質的一個結構單元中超過電中性的那部分電荷,在固體中,正或負空間電荷被束縛于某種局域能級而以束縛極化子態的形式提供極化效應。所謂空間電荷極化,就是當在電介質中含有自由離子時,由于離子移動,在正電極一側的界面上積累負離子,在負電極一側的界面上積累正離子過程。
  在交流電場中,材料正負電荷的遷移無法跟上工頻電場的快速變化,因此不會產生空間電荷效應;而直流電場中,電場按電阻率大小分布,將形成空間電荷并影響電場分布,聚乙烯絕緣中有大量的局部態,空間電荷效應特別嚴重。交聯聚乙烯絕緣層是化學交聯而成,是整體型交聯結構,屬于非極性高聚物,從電纜整個結構上看,電纜本身就像一個較大的電容器,直流輸電停止后,相當于已將一個電容器充電完成,雖然導體線芯有接地處理,但是,沒能有效進行放電,大量的直流電能仍然存在于電纜中,也就是所謂的空間電荷,這些空間電荷不會像交流電力電纜那樣隨介質損耗而消耗掉,而是在電纜缺陷處富集;交聯聚乙烯絕緣電纜,隨著使用時間的延長或頻繁斷停以及電流強弱變化而聚集越來越多的空間電荷,加快絕緣層老化速度,從而影響使用壽命。所以,直流干線電纜的絕緣性能和交流電纜差別還是很大。
 
關鍵詞: 電纜

 
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