光伏发电系统中电缆的选型及敷设

说明：本文节选自万宏、王芳、沈恂如的《光伏发电系统中电缆的选型及敷设》。

　　1光伏电站中电缆的分类

　　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：

　　1.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。其中组件与组件之间的连接电缆通常与组件成套供应。

　　2.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。

　　2光伏电站中电缆选型的原则

　　光伏发电的电缆选择遵循电缆选择的一般要求，即按照电压等级、满足持续工作允许的电流、短路热稳定性、允许电压降、经济电流密度及敷设环境条件因素等进行选型。同时光伏发电又具有自身的特点，太阳能系统常常会在恶劣环境条件下使用，如高温、严寒和紫外线辐射。所以光伏系统中电缆的选择需考虑如下因素：

　　1）电缆的绝缘性能；

　　2）电缆的耐热阻燃性能；

　　3）电缆的防潮，防光；

　　4）电缆的敷设方式；

　　5）电缆芯的类型（铜芯，铝芯）；

　　6）电缆的大小规格。

　　3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最大连续电流的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；

　　4光伏项目电缆选型需要特别注意的问题

　　1、为何要采用光伏专用电缆

　　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，甚至会分解电缆绝缘层。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更高，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最佳的耐风雨性、耐紫外线和臭氧侵蚀性，而且能承受更大范围的温度变化（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，则电缆绝缘层将会受到损坏，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绝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绝缘材料的热学特性、机械特性和化学特性。

　　2、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。