光伏系统直流电缆的特性及选型设计

               
更新:2020-05-15 15:50:54 星期五
               
摘要:

直流干线是光伏组件系统经汇流箱合流后至逆变器的传输线。如果逆变器是整个阵列系统的心脏,那么直流主系统就是主动脉 […]

光伏系统直流电缆的特性及选型设计

 

直流干线是光伏组件系统经汇流箱合流后至逆变器的传输线。如果逆变器是整个阵列系统的心脏,那么直流主系统就是主动脉。由于直流干线系统采用不接地方案,如果电缆不能接地,对系统甚至设备的危害都会比交流大得多,因此光伏系统工程师在理解直流干线电缆时应比其他工业电气工程师更加谨慎。

 

通过分析光伏系统直流电缆的特点和选型设计

分析各种电缆事故,得出电缆接地故障占电缆总故障的90-95%。接地故障有三个主要原因。一是电缆制造缺陷为不合格产品;二是运行环境差,自然老化,外力损坏;三是安装不规范,接线粗糙。接地故障只有一个根本原因——电缆绝缘。光伏电站直流干线运行环境非常恶劣。我国大型地面电站一般位于西部。这些地方一般为沙漠、盐碱地,白天温差大。鼠害比较严重,环境会很潮湿。电缆埋地敷设、电缆沟填挖要求较高;分布式电站电缆运行环境不优于地面。电缆将承受非常高的温度,可由技术人员进行测量和控制。屋顶温度甚至可以达到100-110℃的高温。电缆的阻燃要求和高温对电缆的绝缘击穿电压有很大的影响。

 

因此,光伏电站直流干线电缆的选择和设计应考虑以下几点:
1。电缆绝缘性能
2。电缆防潮、防寒、耐候性
3。电缆的耐热阻燃性能
4。电缆敷设方法
5。电缆导体材料(铜芯、铝合金芯、铝芯)
6。电缆截面规格。

目前,我国光伏电站直流主电缆大多采用普通低压交流电缆替代。常见的型号是zr-yjv220.61kv型以及zryjy230.61kv. 电缆多为铜芯电缆,部分电站逐渐开始采用铝合金导体电缆,但电缆绝缘材料基本按1kV低压电缆标准生产。也就是说,我们的光伏系统工程师对直流电缆之间的严重关系有了很好的了解,但对电缆的技术方案却没有太多的重视。

 

直流主电缆的绝缘特性

1。交流电缆场强应力分布平衡,电缆绝缘材料集中在介电常数上,电介质不受温度影响;而直流电缆的应力分布在电缆内层最大,受电缆绝缘材料电阻系数的影响,绝缘材料有负温度系数现象,即温度升高,电阻降低;电缆运行时,铁心损耗会增加温度,电缆绝缘材料的电阻系数会随之变化,绝缘层的电场应力也会随之变化,即相同厚度的绝缘层的击穿电压会随着温度的升高而降低。对于一些分布式电站的直流干线,由于环境温度的变化,电缆绝缘材料的老化速度远远快于埋地电缆,应引起重视。

2。在电缆绝缘层的生产过程中,一些杂质不可避免地会溶入其中。它们的绝缘电阻率相对较小,沿绝缘层的径向分布不均匀,也会导致不同部位的体积电阻率不同。在直流电压作用下,电缆绝缘层的电场会发生变化,使绝缘体积电阻率最小的部位老化较快,成为最易发生故障的隐患点。交流电缆不是这样的。一般来说,交流电缆的材料在应力冲击下是整体平衡的,而直流主电缆的绝缘应力总是处于冲击最大的最弱处。因此,交流和直流电缆在电缆制造过程中应该有不同的管理和标准。

三。交联聚乙烯绝缘电缆已广泛应用于交流电缆中。它具有优异的介电性能和物理性能,具有较高的性价比。然而,作为一种直流电缆,其空间电荷问题一直是高压直流电缆研究的热点。聚合物用于直流电缆绝缘时,绝缘层中存在大量的局部陷阱,导致绝缘层中的空间电荷集中。空间电荷对绝缘材料的影响主要体现在电场畸变效应和非电场畸变效应两个方面,对绝缘材料的危害很大。

所谓空间电荷,是指在宏观物质的结构单元中,电荷的中性部分以上。在固体中,正或负的空间电荷被束缚在一定的局域能级上,以束缚极化子态的形式提供极化效应。所谓空间电荷极化,是在介质中存在自由离子时,由于离子的运动,在正极一侧界面和负极一侧界面积聚负离子的过程。

 

分析光伏系统中直流电缆的特点及选用设计

在交流电场中,材料正负电荷的转移不能跟上工频电场的快速变化,因此不会产生空间电荷效应;在直流电场中,电场按电阻率的分布会形成空间电荷,影响电场的分布。聚乙烯绝缘中存在大量的局域态,空间电荷效应尤为严重。交联聚乙烯绝缘层由化学交联制成,是一种整体交联结构,属于非极性聚合物。从电缆的整体结构来看,电缆本身就像一个大电容器。直流输电停止后,相当于给电容器充电。导体芯虽然接地,但不能有效地放电,仍有大量的直流电存在于电缆中,即所谓的空间电荷,它不会像交流电缆那样随着介质损耗而消耗,而是会在电缆的缺陷处富集;交联聚乙烯绝缘电缆随着使用时间的延长或频繁的中断以及电流强度的变化,积聚了越来越多的空间电荷,加速了绝缘层的老化速度,从而影响了电缆的使用寿命。因此,直流干线电缆的绝缘性能与交流干线电缆有很大的不同。

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