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光伏系统DC干线电缆的特点和要素
DC干线是光伏组件系统经汇流箱汇流后至逆变器的输电线路。如果逆变器是整个方形矩阵系统的心脏,那么DC主干系统就是一个主动脉。
DC干线是光伏组件系统经汇流箱汇流后至逆变器的输电线路。如果逆变器是整个方形矩阵系统的心脏,那么DC主干系统就是一个主动脉。由于DC干线系统采用不接地方案,如果电缆接地,对系统甚至设备的危害会比交流大得多。因此,与其他行业的电气工程师相比,光伏系统工程师应该对DC电缆更加谨慎。通过对各种电缆事故的分析,得出电缆接地故障占整个电缆故障的90-95%的结论。接地故障有三个主要原因。首先,电缆制造缺陷是不合格产品;二是操作环境恶劣,自然老化,受外力破坏;第三,安装不规则,布线粗糙。接地故障只有一个根本原因——电缆的绝缘材料。光伏电站DC干线的运行环境相当恶劣。中国的大型地面电站一般位于西部。这些地方一般都是沙漠、盐碱地,白天温差大,鼠害严重,环境非常潮湿。电缆敷设、电缆沟填充和开挖要求较高;分布式电站电缆的运行环境并不比上述地面好。电缆将承受高温,在技术人员的测量和控制下,屋顶温度甚至可以达到100-110。电缆的防火阻燃要求和高温对电缆的绝缘击穿电压有很大影响。因此,光伏电站DC干线电缆的选择和设计应考虑以下几点:1 .电缆的绝缘性能;2.电缆的防潮性、耐寒性和耐候性;3.电缆的耐热性和阻燃性;4.电缆的敷设方式;5.电缆导体材料(铜芯、铝合金芯和铝芯);6.电缆截面规格目前,我国光伏电站DC干线电缆大多被普通低压交流电缆所取代。常用型号有ZR-YJV22 0.6/1kv和ZRYJY23 0.6/1kv,多为铜芯电缆,部分电站逐渐开始使用铝合金导体电缆,但电缆的绝缘材料基本上是按照1kv低压电缆的标准生产的。也就是说,我们的光伏系统工程师了解DC电缆之间的严重关系,但他们对电缆的技术方案不太重视。DC电缆1的绝缘特性。交流电缆场强应力分布均衡,电缆绝缘材料注重介电常数,介质不受温度影响;DC电缆的应力分布在电缆绝缘层中最大,受电缆绝缘材料电阻系数的影响,绝缘材料存在负温度系数现象,即温度升高,电阻降低;电缆运行时,线芯损耗会使温度升高,电缆绝缘材料的电阻系数也会相应变化,这也会导致绝缘层的电场应力。也就是说,相同厚度的绝缘层的击穿电压将随着温度的升高而降低。对于一些分布式电站的DC干线,由于环境温度的变化,电缆绝缘材料的老化速度远快于埋地电缆,应引起特别关注。2.在电缆绝缘层的生产过程中,不可避免地会溶解一些杂质,这些杂质的绝缘电阻率相对较小,并且沿绝缘层的径向分布不均匀,这也将导致不同部位的体积电阻率不同。在DC电压下,电缆绝缘层的电场也会有所不同,使得绝缘体积电阻率最小的地方老化更快,成为击穿的第一个隐患点。交流电缆没有这种现象。一般来说,交流电缆材料的应力影响总体上是平衡的,而DC电缆的绝缘应力总是在最薄弱点处影响最大。因此,电缆制造中的交流电缆和DC电缆应该有不同的管理和标准。3.交联聚乙烯绝缘电缆因其优异的介电、物理性能和高性价比而被广泛应用于交流电缆中。然而,作为DC电缆,它有空间电荷问题
当聚合物用于DC电缆绝缘时,绝缘层中存在大量的局部陷阱,导致绝缘中空间电荷的积累。空间电荷对绝缘材料的影响主要体现在两个方面:电场畸变效应和非电场畸变效应,它们对绝缘材料非常有害。所谓的空间电荷是指宏观物质结构单元中超过电中性的电荷部分。在固体中,正或负空间电荷被束缚在某个局部能级上,并以束缚极化子态的形式提供极化效应。所谓的空间电荷极化是指当电介质中含有自由离子时,由于离子的移动,在正电极侧的界面上积累负离子和在负电极侧的界面上积累正离子的过程。在交流电场中,材料正负电荷的迁移跟不上工频电场的快速变化,所以不会有空间电荷效应;在DC电场中,电场按电阻率分布,会形成空间电荷,影响电场分布。聚乙烯绝缘中存在许多局域态,空间电荷效应尤为严重。交联聚乙烯绝缘层由化学交联形成,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。DC传输停止后,相当于给电容器充电。导体芯虽然接地,但不能有效放电,电缆中仍存在大量DC能量,这种能量称为空间电荷。这些空间电荷不会像交流电源电缆那样被介质损耗所消耗。交联聚乙烯绝缘电缆随着使用时间的延长或频繁停机以及电流强度的变化,积累了越来越多的空间电荷,加速了绝缘层的老化速度,从而影响其使用寿命。因此,DC电缆的绝缘性能与交流电缆有很大不同。
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