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。如果說逆變器是整個(gè)方陣系統(tǒng)的心臟，那么直流干線系統(tǒng)就是一條條主動(dòng)脈。由于，直流干線系統(tǒng)采用不接地方案，如果電纜發(fā)生接地故障，將會(huì)給系統(tǒng)甚至設(shè)備帶來相比交流大得多的危害，因此，光伏系統(tǒng)工程師對(duì)直流干線電纜的認(rèn)識(shí)，要比其他行業(yè)電氣工程師更為謹(jǐn)慎。
綜合各種電纜事故分析，我們得出電纜的接地故障占整個(gè)電纜故障的90-95%。接地故障的主要原因有三種。第一，電纜制造缺陷，為非合格產(chǎn)品;第二，運(yùn)行環(huán)境惡劣、自然老化、以及遭受外力破壞;第三，安裝不規(guī)范，接線粗糙。接地故障的根本原因卻只有一個(gè)---電纜的絕緣材料。光伏電站的直流干線運(yùn)行環(huán)境比較惡劣。我國(guó)大型地面電站一般都在西部，這些地方一般都是荒漠、鹽堿地以及晝間溫差大，鼠害也比較嚴(yán)重，環(huán)境也會(huì)非常潮濕。電纜地埋敷設(shè)，電纜溝的填挖要求比較高;分布式電站電纜的運(yùn)行環(huán)境也不比上述地面的要好，電纜會(huì)承受很高的溫度，有技術(shù)人員測(cè)控，屋頂溫度甚至能達(dá)到100-110℃的高溫，電纜的防火阻燃要求，以及高溫對(duì)電纜的絕緣擊穿電壓影響很大。
因此，光伏電站直流干線電纜的選型設(shè)計(jì)要考慮以下幾點(diǎn)：
1、電纜的絕緣性能2、電纜的防潮、防寒以及耐候性3、電纜的耐熱阻燃性能4、電纜的敷設(shè)方式5、電纜的導(dǎo)體材料(銅芯、鋁合金芯、鋁芯)6、電纜的截面規(guī)格目前，我國(guó)光伏電站的直流干線電纜，大多采用一般低壓交流電纜來代替，常用型號(hào)為ZR-YJV220.6/1kv、ZRYJY230.6/1kv，電纜大多數(shù)為銅芯電纜，也有些電站逐步開始采用鋁合金導(dǎo)體的電纜，但電纜的絕緣材料基本還是按1kv低壓電纜的標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)。也就是說，我們的光伏系統(tǒng)工程師對(duì)直流電纜厲害關(guān)系有認(rèn)識(shí)，但對(duì)電纜的技術(shù)方案并沒有過多重視。
直流干線電纜的絕緣特性
1.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)是不受溫度影響的;而直流電纜的應(yīng)力分布是電纜絕內(nèi)層為最大，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，電纜的絕緣材料的電阻系數(shù)會(huì)隨之變化，也將導(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。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)的電纜大得多，這點(diǎn)尤其應(yīng)得到注意。
2.電纜絕緣層生產(chǎn)過程中，不可避免地會(huì)溶入一些雜質(zhì)，它們具有相對(duì)較小的絕緣電阻率，沿絕緣層徑向分布是不均勻的，這樣也將導(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，這樣，絕緣體積電阻率最小處會(huì)老化更快，成為最先被擊穿的隱患點(diǎn)。而交流電纜則不會(huì)有這種現(xiàn)象。通俗地說，交流電纜的材料受應(yīng)力沖擊是整體的均衡的，而直流干線電纜絕緣應(yīng)力總是在最弱處沖擊最大。所以，電纜制造環(huán)節(jié)中的交直流電纜應(yīng)該有不同管理和標(biāo)準(zhǔn)。
3.交聯(lián)聚乙烯絕緣的電纜在交流電纜中已經(jīng)廣泛使用，它具有非常優(yōu)良的介質(zhì)性能和物理性能，性價(jià)比非常高，但作為直流電纜，其有一個(gè)很難解決的空間電荷問題，這點(diǎn)在高壓直流電纜中備受重視。聚合物作直流電纜絕緣時(shí)，絕緣層中有大量的局部陷阱，造成絕緣內(nèi)部空間電荷集聚，空間電荷對(duì)絕緣材料的影響，主要體現(xiàn)在電場(chǎng)畸變效應(yīng)和非電場(chǎng)畸變效應(yīng)兩個(gè)方面，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。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存在于電纜中，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;交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜，隨著使用時(shí)間的延長(zhǎng)或頻繁斷停以及電流強(qiáng)弱變化而聚集越來越多的空間電荷，加快絕緣層老化速度，從而影響使用壽命。所以，直流干線電纜的絕緣性能和交流電纜差別還是很大。
