并网光伏电站电缆大小选配分析

并网光伏电站电缆大小选配分析

国家规范与条例指定了并网光伏系统直流电缆的类型和尺寸，选择和确定直流电缆尺寸时应当参考这些规范和条例。下面的例子是基于在德国的实践。在其它国家的实践可能有所不同。但同样适用于保险丝和其它接线配件。

根据屋顶图所显示的组件布局和建筑勘测数据，可以算出大概配线长度。对于组件连线，善于排列组件可以缩短配线长度因而可以减少电缆上的损失和电涌耦合（图9-52）。

图9-52不同的组件布线，右边布线长度和电涌耦合得到了优化在安装前应当画出布线图，这样在安装过程中就有了知道并可作为系统说明的一部分。

在决定电缆粗细时，应当遵守三条最根本的标准：电缆的额定电压，电缆的载流容量和尽量减小电缆上的损失。

1.电缆的额定电压

在德国和其它欧洲国家，光伏系统的电压一般不能超过标准电缆的额定电压（一般在450V到1000V之间）。在大型光伏系统和长组件串中，应当查看电缆的额定电压，考虑组件串或串阵列连接起来的光伏阵列的最大开路电压（温度为－10℃）。

2.电缆的载流容量

电缆横截面大小可根据最大电流来选择。在这里，必须遵从IEC 60512第三

篇所给出的载流容量值。可能流经组件和串电缆的最大电流是光伏系统的短路电流减去串的短路电流。

电缆的选择应当根据该电流值或者串保险丝以保护电缆不被过流。最大电

I max 必需小于或等于电缆载流容量和设备保护电流I

z

，如表9-1。

表9-1 制造商说明书上的标准光伏电缆的载流容量

在使用串模式时，应当考虑光伏系统的短路电流与串联的额定电流相近。因

为保险丝只在电流倍增时才会熔断，在这种情况下使用串保险丝就不可能起到保护作用了。根据IEC 60364-7-712，串电缆的载流容量必须要达到光伏系统短路电流的1.25倍，而且还要能防止接地和短路。

在选择电缆大小时，路线要求必须遵循IEC 60512。电缆的载流容量会受到环境温度、与其它电缆束捆的和安装方法的影响（在电缆管道内、在木制隔板内或在灰泥后面等）。瓦片可达到70℃的环境温度，所以在屋顶系统的安装选择组件和串电缆必须考虑这个温度。

串保险丝主要用在有多个串阵列的光伏系统中，而且在有4串及以上的光伏系统中必须使用串保险丝，因为在这样的系统中出现故障可以导致极大的组件反向电流，可以配置保险丝或微型断路器（MCB

S

）。组件或串阵列的电缆横截面积

可以利用串保险丝的熔断电流来确定。许可的电缆载流容量I

z Cable

必须等于或大于串保险丝的熔断电流。

保险丝电流达到串阵列在标准条件下短路电流的2倍时应当熔断，2×I

SC String

＞I

String fuse ＞I

String

。

为了避免保险丝被错误的触发，保险丝的额定电流必需至少要达到串额定电

流的1.25倍：I

n String fuse ＞1.25×I

n String

。

由于在高电压和低电压下都可能出现错误，保险丝必需沿着所有未接地的电缆安装。保险丝或MCB还必需在直流条件下工作。

3.最小化电缆损失/电压降

在确定电缆横截面积的大小时需要考虑尽可能的减小电缆损失/电压降。1998年德国标准草案VDE 0100第712条规定：“直接电压电路的电压降不能大

于标准条件（STC）下光伏系统额定电压的1%”。这就限定了标准条件下所有直流电缆上的功率损失在1%以内。实践表明，对于使用标准电缆横截面积并且逆

＞120V）输入情况下的光伏系统，这个1%的规定是变器工作在高直流电压（V

MPP

能毫无任何问题的保持的。

（如低电压模式）下工作的光伏系统，在串阵列上和组对于逆变器在低V

MPP

件电缆上的电压降可能超过1%的限制，即使使用6mm2的电缆，特别是在逆变器和光伏阵列的距离比较远时。在这样的系统设计下，串电缆上1%的电压降和另外的直流主干电缆上的电压降也是可以接受的。

电流的大小取决于光照情况，几乎总是小于系统的额定电流，只在标准条件下可以达到。在电流为一半大小时，电缆损失为P =12×R，损失只有标准电流下的1/4。由于这个原因，当在标准条件下使用2%的电压降限制时，可以预期在直流一侧的年电能损失大概为1%。这种系统模式的优点是补偿比损失更大，特别是在有阴影的情况下。如果使用一条电缆很困难，则在某些情况下可以使用下一个最小的横断面。但这得接受更大的功率损失。

额定载流2～3A/mm2可以作为直流电缆（表9-2）的参考。在确定电缆大小时这只能作为初步估算。

表9-2 确定直流电缆大小时所用的电学参数

4.确定组件和串电缆的大小

在确定了横截面大小后再考虑载流容量，选择的横截面积应该在1%的规定内，使用下面的三个公式可以算出组件电缆和串电缆有几乎相同的长度。在这里，可以假定在标准条件下串功率在电缆上的损失为1%：

组件电缆和串电缆横截面的计算值A

集中在标准电缆横截面的下一个最大

M

值周围（2.5mm2、4mm2和6mm2）。在选择电缆大小时下面的公式可用来计算在所有组件电缆和串电缆上的总损失：

光伏系统的规划通常会出现不同的串电缆长度，因而出现组件电缆和串电缆的不同横截面积：

5. 确定直流主干电缆的大小

表9-3 确定直流主干电缆所用的电学参数

直流主干电缆（表9-3）和从光伏亚阵列上导出的直流总线电缆必需能输送光伏阵列所产生的最大电流。由于光伏阵列的短路电流只比额定电流高一点，这就不会触发保险丝熔断。为了保持隔离和防止接地故障，可以使用直流敏感的接地故障漏电断路器。

一般而言，根据标准条件下的IEC 60364-7-712（虽然国家法律和条例也必

= 须参考），直流主干电缆的大小确定为光伏阵列短路电流的 1.25倍I

max 1.25×I

。

SCPV

电缆横截面积的必须根据许可的电缆载流容量来确定。需要注意温度降低的因素、在电缆束捆时的累积系数也需要考虑在内。

电缆的横截面积可以使用下面的公式以能量的方式来优化选择。这里可以再次假定与光伏阵列额定功率相关的电缆损失为1%。

的计算公式为：

横截面A

DC cable

损失因数ν= 1%，或在低电压模式下ν= 2%。

直流主干电缆横截面的计算值A

集中在标准电缆横截面的下一个最大值周

Z

围（2.5mm2、4mm2、6mm2、10mm2、16mm2、25mm2、35 mm2等）。

根据选择的电缆横截面计算直流主干电缆上的实际损失如下：

由于在安装中需要防止接地故障和短路，推荐正极和负极都使用独立的单芯铠装电缆。如果使用多芯电缆，则绿/黄线（接地——欧洲的颜色规则）不能承载任何电压。为了使光伏设施能承受闪电风险，应当使用屏蔽电缆（见4.7节）。如果直流和交流电缆铺设在一起，则铺设中的具体要求必需遵循国家规范与条例并在电缆上贴上标签。

6.确定交流接线电缆的大小

表9-4 确定交流供电电缆大小中所用的电学参数

计算交流接线电缆（表9-4）的横截面积时可假定相对于额定电网电压相关（德国标准）的电压降为3%。

计算如下：

在单相供电时横截面积A

AC cable

对于对称三相供电，三相交流电缆横截面积的计算如下：

在功率达到5KW的光伏系统中，输出电缆的横截面A

可达6mm2。例如，

AC cable

在单相逆变器供电的情况下，使用的标准电缆型号为NYM-J 3×1.5mm2~6mm2。对于三相供电，使用的电缆型号为NYM-J 5×1.5mm2～4mm2。

为了计算所选电缆横截面的电缆损失P

，使用下面的公式。

AC cable

在单相供电情况下：

在三相供电情况下：

对于由为多个单相单元组成的对称三相供电，电缆损失为各异相电缆的损失以及中性线损失的和：

在这个公式中，需要知道各个异相电缆L

1、L

2

、L

3

和中性线N中的电流。允

许的相与相之间的不对称负载只差不超过4.6kVA（德国标准）。

此外，被称为环路电阻的电网阻抗不能大于逆变器输入的1.25Q。这样会产生一个逆变器供电电缆的电阻率。这个阻抗由电缆长度（到供电点的距离）和交流接线电缆的横截面决定。