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光伏電站使用專用電纜的必要性

人氣: 日期:2016-12-02 20:38:57 

  近年來,在國家相關政策支持、引導下,太陽能光伏發電產業迅猛發展,光伏電站裝機容量逐年遞增。但因國產光伏電站專用電纜的研發及其市場推廣工作相對滯后,在光伏電站建設及運行過程中,光伏電站設備連接電纜仍采用常規電纜。

  因常規電纜在設計及制造過程中沒有考慮復雜多變的光伏電站使用和敷設環境等因素而無法滿足使用要求,導致光伏電站質量問題頻發。特別是常規電纜本身的性能無法滿足電站使用環境的要求而導致的質量問題尤為明顯。

  專用的光伏電纜按照復雜多變的光伏電站使用環境進行設計,能夠滿足光伏電站的敷設、運行要求。在光伏電站特別是直流側使用專用光伏電纜能夠有效減少質量問題的發生。

   本文根據不同地區光伏電站所處環境,明確了作為光伏電站設備連接用電纜必須具備的相應技術特性,并通過對比常規電纜與光伏電纜在性能上的差異,闡述了光伏電站使用專用電纜(即“光伏電纜”)的必要性。

    高低溫特性的要求

  在我國的各地均建有光伏電站,這就要求電纜的耐溫等級范圍較大,如在我國的西部及北部地區要求電纜能夠承受較低的溫度,個別地區極端低溫能夠達到零下-40℃左右,甚至更低的氣溫。

  而在我國的東部及南部地區地表溫度很容易達到+70℃以上,考慮導體工作溫度高于環境溫度并產生熱量揮發,同時考慮在屋頂不通風及橋架的散熱效果不佳的區域極端溫度很可能超過+90℃以上,這就要求電纜的材料溫度能夠滿足電站在極端氣溫下工作的要求。

  電纜因絕緣、護層選用的材料不同,其耐溫性能也不同。下面以“VV-0.6/1”型和“YJV-0.6/1”型電力電纜和“GF-WDZEER-125 0.6/1kV”型光伏專用電纜為例進行對比說明。

  “VV-0.6/1”型電纜通常選用J70型聚氯乙烯絕緣料和H70型聚氯乙烯護套料。其中J70型和H70型的聚氯乙烯材料的最高工作溫度均為70℃。當環境溫度或導體的工作溫度高于70℃時,J70型絕緣會發生軟化、粘連現象,造成電纜絕緣性能下降,并有可能導致絕緣失效,造成電纜短路放炮的后果。

  另在溫度高于70℃時,H70護層材料也會發生軟化、粘連現象,使產品的護層失去保護作用。另H70型護套料的沖擊脆化性能的試驗溫度為-25℃,在上述溫度條件下通過沖擊脆化性能試驗護套料的耐低溫性能就算合格。這也意味著,當環境溫度分別低于-25℃時,電纜護層很有可能發生脆化、龜裂現象,降低或喪失其應有的保護作用。

  “YJV-0.6/1”型電纜使用的材料是交聯聚乙烯絕緣料和HI-90型聚氯乙烯護套料,其最高工作溫度均為90℃,另HI-90型聚氯乙烯護套材料沖擊脆化性能的試驗溫度為-20℃。當環境溫度或導體的工作溫度高于90℃時,仍將導致絕緣性能下降或失效問題;另當環境溫度低于-20℃時,電纜護層的保護作用將降低或喪失。

  而“GF-WDZEER-125 0.6/1kV”型光伏專用電纜分別采用了125℃輻照交聯聚烯烴絕緣料和護套料,只要其所處的環境溫度及電纜導體的最高工作溫度不高于125℃,該類電纜均不會發生絕緣性能降低或失效、護套保護作用降低或喪失的問題。另該類電纜的護套材料耐低溫限度為-40℃,能夠滿足我國絕大多數地區的低溫環境要求。

    濕熱特性要求

  溫度和濕度的頻繁變化對材料的絕緣和護層老化有直接影響,特別是日溫差及年溫差較大地區及潮濕多雨地區對材料的絕緣和護層老化性能影響更大。我國的魚光互補項目中很多電站直接建立在魚塘或水面之上,要求電纜長期在潮濕環境下正常工作。

  常規電纜的性能沒有考慮濕熱變化對材料老化性能的影響,而光伏專用電纜在設計上則考慮了濕熱環境對絕緣和護層材料老化性能的影響因素,其所選用的絕緣和護套材料在+90℃的溫度、85%濕度下,按照GB/T 2423.3-2006規定的方法進行試驗,試驗后絕緣及護套的抗張強度和斷裂伸長率的降低率均不大于30%。因此,合格的光伏電纜能夠滿足光伏電站對溫度及濕度變化的要求。

  耐日光、紫外線要求

  光伏電站日照時間均較長,其承受太陽光輻照的強度較大,而太陽光中含有多種射線,特別是紫外線能夠加速電纜的絕緣和護層的老化。光伏電站的電纜很多是裸露敷設的,太陽能組件到匯流箱甚至到逆變器的電纜大部分情況下是直接裸露敷設的,這要求電纜必須能夠耐受日光及紫外線的輻射,能夠保證在日光及紫外線的垂直輻射下長時間正常工作。

  在我國青海、西藏、新疆等地紫外光照射更加強烈,特別是戈壁灘和沙漠地區,光伏電站使用的電纜必須考慮耐日光及紫外線性能。按中國電器工業協會標準“CEEIA B218-2012 光伏發電系統用電纜”的規定,光伏電纜必須通過依據 GB/T 12527-2008 附錄A規定進行的人工氣候老化試驗。

  因此,合格的光伏電纜能夠在日光及紫外線輻射條件下長時間正常工作,而常規電纜在日光及紫外線輻射條件下,其絕緣和護套均會加速老化,從而導致絕緣性能降低或失效、護套保護作用降低的問題。

  耐酸堿、耐鹽霧要求

  光伏電站有些是建立在海邊、灘涂等特殊地區的。這些地區空氣鹽霧含量較高。某些光伏電站(如中電投在河北滄州的光伏電站)選址在以前的鹽場,該地區土壤中鹽份含量高。在上述環境條件下使用的電纜必須有較強耐鹽霧和酸堿性能。

  適用于此類環境的光伏電纜,其導體采用鍍錫銅導體,增強了導體的耐氧化和耐腐蝕性能,而其護層能夠通過按GB/T2423.17-2008規定進行的鹽霧試驗,和按GB/T 2951.12-2008規定進行的酸堿試驗。因此,合格的光伏電纜耐鹽霧和酸堿能力較強,而常規電力電纜執行的技術標準GB/T 12706-2008中,對產品的耐鹽霧和酸堿能力未作要求。

  臭氧要求

  某些光伏電站所在地區臭氧含量較高,而臭氧對電纜護層存在一定的腐蝕作用,即加快護層的老化,影響電纜的使用。常規電纜沒有考慮臭氧對電纜護層的影響,而光伏電纜設計時則考慮了這一影響。

  合格的光伏電纜必須通過按GB/T2951.21-2008規定耐臭氧試驗,即在0.025-0.030%的臭氧濃度環境下經過24小時后,護層不開裂。因此,即使在臭氧含量較高的地區,光伏電纜也能長時間正常工作。

  結論

  光伏電纜具備的上述特性,可適用于不同環境條件下的光伏電站,保證其能長期安全運行,而常規電纜則難以達到此目的。

  因此,在光伏電站建設項目中,特別是某些環境特殊的光伏電站建設項目,選用光伏電纜替代常規電纜能有效保證電站長期、穩定運行,從而保證了電站良好的長期運營效益。

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