直流干線電纜經(jīng)濟(jì)選型
截至目前，業(yè)內(nèi)人士研究結(jié)果表明，采用稀土鋁合金導(dǎo)體后，在電纜的絕緣和護(hù)套等材料經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)后，電纜的整體經(jīng)濟(jì)性能良好，全壽命期的故障概率相比會(huì)更低。比如EHLF、EHLVF22(DC0.9/1.5KV)電纜采用乙丙橡皮絕緣混合彈性體護(hù)套直流干線電纜。乙丙橡皮絕緣性能非常*，是目前鐵路機(jī)車牽引用直流電纜的*絕緣材料方案，同時(shí)還可以用于核電站核島外圍的K3類電纜中，產(chǎn)品使用壽命大于30年。此類電纜的彎曲半徑小，材料耐候性性能*，適合應(yīng)用于超熱帶地區(qū)，但價(jià)格較貴，相當(dāng)于等同載荷銅電纜的90%以上。
再如，YJHLF82、FS-YJHLF22(DC0.9/1.5KV)電纜絕緣加厚處理，采用交聯(lián)聚乙烯料，護(hù)套為防寒耐溫彈性體。鎧裝層為鋁鎂合金的連鎖鎧裝型電纜適用于西部荒漠、山坡地等;FS代表防水型，適合光伏農(nóng)業(yè)大棚、沿海灘涂等電站選用。連鎖鎧裝具有優(yōu)良的抗拉抗壓強(qiáng)度，且施工簡單，特別適合不利挖掘電纜溝或簡單地埋處理的場(chǎng)合。鎧裝層的非磁性材料，使得電纜不會(huì)產(chǎn)生渦流，散熱好，因此載流量相比鋼帶鎧裝大大提升。連鎖鎧裝電纜可以露天敷設(shè)，產(chǎn)品性價(jià)比非常高，等同載荷此型電纜的采購價(jià)格相當(dāng)于銅電纜的75%-80%。
另外，F(xiàn)Z-YJHLF、FZYJHLF22(DC0.9/1.5KV)電纜絕緣經(jīng)電子輻照而成，因此具有非常優(yōu)良的性能，特別適合作為分布式電站的直流干線使用，價(jià)格上相當(dāng)于等同載荷電纜的70%左右。
伴隨著我國分布式光伏電站投資建設(shè)熱潮的到來，預(yù)計(jì)從2014年第三季度起將活躍起來，且浙江省和山東省將成為分布式光伏電站的前沿戰(zhàn)場(chǎng)，光伏系統(tǒng)直流干線電纜勢(shì)必將在這一建設(shè)熱潮中有所作為，相關(guān)線纜企業(yè)也會(huì)緊緊抓住這一發(fā)展機(jī)遇，共同推動(dòng)分布式光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)長期向好發(fā)展。
*，將太陽能資源轉(zhuǎn)化為電能有兩種途徑：一是光熱，二是光伏。無論哪種轉(zhuǎn)換形式，都離不開電氣設(shè)備。尤其是電纜在分布式光伏產(chǎn)業(yè)中的大量應(yīng)用，電纜選用是否得當(dāng)直接關(guān)系到線纜運(yùn)行的安全性、經(jīng)濟(jì)性等。隨著分布式光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，相關(guān)配套產(chǎn)業(yè)線纜業(yè)內(nèi)企業(yè)也紛紛摩拳擦掌，準(zhǔn)備在光伏電纜領(lǐng)域內(nèi)大顯身手。如何保證電纜的絕緣性能、耐熱阻燃性能，防止電纜受潮、暴曬，以及電纜芯類型、大小規(guī)格的選取等要素都是電纜企業(yè)要考慮的。
聚焦光伏直流干線
在我國，光伏系統(tǒng)用直流干線電纜較多選用ZR-YJV22 0.6/1KV、ZRYJY23 0.6/1KV低壓交流電纜。電纜芯多為銅材料，隨著鋁合金導(dǎo)體的推廣，有些分布式光伏電站也開始應(yīng)用鋁合金電纜。但電纜的絕緣材料自始至終都是按照按1KV低壓電纜的標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)。因此，從一開始直流干線電纜都有可能存在著安全隱患。
直流干線是光伏組件系統(tǒng)經(jīng)匯流箱匯流后到逆變器的傳輸用線，被譽(yù)為是光伏電站系統(tǒng)的“主動(dòng)脈"。在安裝運(yùn)行中，直流干線系統(tǒng)采用不接地方案，但一旦發(fā)生接地故障，就會(huì)給系統(tǒng)甚至設(shè)備帶來致命危害。而直流干線電纜接地故障率占到電纜引發(fā)故障的90-95%。故此，謹(jǐn)慎分析直流干線故障是十分有必要的。
我國大型地面光伏電站一般設(shè)在荒漠成片、晝夜溫差大、環(huán)境潮濕、鼠害嚴(yán)重的西部地區(qū)，直接導(dǎo)致了直流干線電纜運(yùn)行環(huán)境惡劣。因此在選型設(shè)計(jì)時(shí)，務(wù)必要對(duì)電纜地埋敷設(shè)，電纜溝的填挖嚴(yán)格要求，保證電纜阻燃達(dá)到100-110℃的高溫防護(hù)要求，以及高溫對(duì)電纜的絕緣擊穿電壓影響控制在一定范圍內(nèi)。
有研究人士分析指出，直流干線電纜的接地故障原因有三種：一是電纜質(zhì)量不合格;二是運(yùn)行環(huán)境惡劣，發(fā)生自然老化，或者遭受外力破壞;三是安裝不規(guī)范，接線粗糙。但發(fā)生接地故障的根本原因都跟電纜絕緣材料脫不了干系。
解析直流干線絕緣性能
一般而言，交流電纜的場(chǎng)強(qiáng)應(yīng)力分布是均衡的，電纜絕緣材料著重的是電介質(zhì)常數(shù)，電介質(zhì)不受溫度影響。而直流電纜的應(yīng)力分布是電纜絕內(nèi)層為zui大，受電纜絕緣材料的電阻系數(shù)影響，絕緣材料有負(fù)溫度系數(shù)現(xiàn)象，即溫度增高，電阻變小;電纜在運(yùn)行時(shí)，線芯損耗會(huì)使溫度升高，電纜絕緣材料的電阻系數(shù)會(huì)隨之變化，從而導(dǎo)致絕緣層的電場(chǎng)應(yīng)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。尤其要注意的一點(diǎn)是：對(duì)于一些分布式電站的直流干線，由于環(huán)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(shè)的電纜快得多。
其次，在電纜絕緣層生產(chǎn)過程中，要按照直流電纜生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行嚴(yán)格管理。因?yàn)橐恍╇s質(zhì)會(huì)不可避免地進(jìn)入，由于其絕緣電阻率較小，沿絕緣層徑向分布不均勻，從而導(dǎo)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(chǎng)也會(huì)不同。因此，絕緣體積電阻率zui小處會(huì)老化更快，成為zui先被擊穿的隱患點(diǎn)。
再次，當(dāng)交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜作為直流電纜應(yīng)用時(shí)，存在著一個(gè)難以解決的問題：空間電荷問題。這一問題在高壓直流電纜中備受重視。因?yàn)榫酆衔镒鳛橹绷麟娎|絕緣時(shí)，絕緣層中有大量的局部缺陷，造成絕緣內(nèi)部空間電荷集聚。
空間電荷主要從電場(chǎng)畸變效應(yīng)和非電場(chǎng)畸變效應(yīng)兩個(gè)方面對(duì)絕緣材料產(chǎn)生影響。這兩種影響對(duì)絕緣材料的危害很大。所謂空間電荷，是指宏觀物質(zhì)的一個(gè)結(jié)構(gòu)單元中超過電中性的那部分電荷，在固體中，正或負(fù)空間電荷被束縛于某種局域能級(jí)而以束縛極化子態(tài)的形式提供極化效應(yīng)。所謂空間電荷極化，就是當(dāng)在電介質(zhì)中含有自由離子時(shí)，由于離子移動(dòng)，在正電極一側(cè)的界面上積累負(fù)離子，在負(fù)電極一側(cè)的界面上積累正離子過程。在交流電場(chǎng)中，材料正負(fù)電荷的遷移無法跟上工頻電場(chǎng)的快速變化，因此不會(huì)產(chǎn)生空間電荷效應(yīng);而直流電場(chǎng)中，電場(chǎng)按電阻率大小分布，將形成空間電荷并影響電場(chǎng)分布，聚乙烯絕緣中有大量的局部態(tài)，空間電荷效應(yīng)特別嚴(yán)重。
此外，交聯(lián)聚乙烯絕緣層是化學(xué)交聯(lián)而成，是整體型交聯(lián)結(jié)構(gòu)，屬于非極性高聚物。從電纜整個(gè)結(jié)構(gòu)上看，電纜本身就像一個(gè)較大的電容器，直流輸電停止后，相當(dāng)于已將一個(gè)電容器充電完成，雖然導(dǎo)體線芯有接地處理，但是，沒能有效進(jìn)行放電，大量的直流電能仍然儲(chǔ)存于電纜中，也就是所謂的空間電荷，這些空間電荷不會(huì)像交流電力電纜那樣隨介質(zhì)損耗而消耗掉，而是在電纜缺陷處富集。隨著使用時(shí)間的延長或頻繁斷停以及電流強(qiáng)弱變化而聚集的空間電荷越來越多，又加快了絕緣層的老化速度，從而影響交聯(lián)聚乙烯電纜的使用壽命。