光伏:复杂电路的专用电缆尺寸是多少「光伏电缆标准」

今天带来光伏:复杂电路的专用电缆尺寸是多少「光伏电缆标准」，关于光伏:复杂电路的专用电缆尺寸是多少「光伏电缆标准」很多人还不知道，现在让我们一起来看看吧！

电缆尺寸和降额是任何电气项目中的关键要素，不仅仅是太阳能装置。大多数电工依赖澳大利亚/新西兰标准AS/NZS 3008.1.1和AS/NZS 3000为在任何情况下为给定负载提供适当尺寸和降额电缆所需的答案。在某些情况下，特定地点或安装可能会出现与制定 AS/NZS 3008.1.1 时不同的条件，并且可能需要允许更大灵活性的其他规范或计算方法来选择合适的电缆。在本文中，我们将比较 AS/NZS 3008.1.1 和 IEC 60287 电缆尺寸和降额方法，以解决所选电缆的热载流容量限制。在此过程中，我们将说明 AS/NZS 3008.1.1 设计使用的案例，其中更详细的工程解决方案为现场特定条件提供量身定制的输入，并提供两者之间的比较。

什么是载流量？

在任何电气安装中，无论是 LV 还是 HV，电缆的尺寸必须适当以承载其供电的设备或设备的工作电流，这一点至关重要。此外，电缆需要在没有显着电阻损耗的情况下这样做，并且还需要在发生故障时防止过电流。

在以下情况下，电缆的载流能力（或 CCC）被认为是合适的：

I B ≤ I Z，其中：

I B = 电路的设计电流，即负载的最大需求或发电机的最大发电量I Z = 所选电缆的连续载流能力，根据安装方法、与其他电缆分组（互热效应）和环境条件而降额同样重要的是要注意， 根据 AS/NZS 3000 或 AS/NZS 5033 ，I Z还应大于该电路上使用的任何保护装置（例如熔断器或断路器）的跳闸额定值。这在安装了熔断器的 PV DC 电路中尤为重要。

在澳大利亚和新西兰， AS/NZS 3008.1.1 – 交流电压高达并包括 0.6/1 kV 的电缆是计算 I z值的主要资源，为最常见的安装场景提供表格 CCC 和降额值这些区域，使其成为广泛应用得非常有用的资源。部分被允许用于我-计算AS / NZS 3008.1.1名替代规格的1.3 Ž 被下的安装方法/场景 不覆盖由AS / NZS 3008.1.1，其中一个按照IEC是通过计算60287.关于AS/NZS 3008.1.1直流电路选线流程的详细解释，可以看我们之前的技术文章：

太阳能光伏和电缆选择

随着光伏系统成本的不断降低以及大型、统一的商业屋顶和地面安装系统的开发变得越来越普遍，对单个串或 MPPT 电路的依赖减少，并转向中央（或所谓的“分布式中央”） ”) 逆变器，允许在阵列和逆变器之间运行更少、更大的子阵列电缆。由于子阵列电缆的尺寸通常比串电缆更接近其设计电流，因此必须将降额正确应用于子阵列电缆。

典型光伏发电机直流电路的安装和应用条件与 AS/NZS 3008.1.1 中提供的条件明显不同。使用此标准可能会产生 I Z 的保守值，导致电缆尺寸大于可能需要的尺寸。同时，虽然 AS/NZS 3008.1.1 中列出的降额对简单沟槽有用，但更复杂的沟槽可能会引入额外的降额，进一步降低 CCC，超出 AS/NZS 3008.1.1 中的降额。本文将探讨 AS/NZS 3008.1.1 和 IEC 60287 在确定地下电路的 CCC 时产生的结果之间的一些主要差异，考虑到：

简单对比：直流而不是交流电压和电流每日负载曲线分层沟槽设计。沟槽之间的最小间隙，以避免相互降额。I B < 35% I Z 的电缆的热降额。

IEC 60287 计算将使用 Cableizer 软件包执行，该软件包使用基于 IEC 标准的计算分析来计算热电缆额定值，即在不超过其最大允许工作温度的情况下，电路可以承载的最大稳态电流。该软件提供了一系列在国际标准 (IEC) 和其他技术规范中发布的不同计算方法。可以使用电气、机械、热和环境输入参数的综合规范来构建模型，以进行特定地点的模拟。

AS/NZS 3008.1.1 和 IEC 60287：比较1. 地下配线箱内电缆的比较案例 1.1 – 交流电路

在基本情况下，我们将根据 IEC 60287 计算的最大连续电流与来自 AS/NZS 3008.1.1 的表格结果进行比较。建模电路为：

400V (ph-ph) 交流电。2x1C/ph 400mm² Cu X-90 电缆（每个导管一个电路）。请注意，该模型中省略了中性线，因为假设三相是平衡的，即没有中性线电流，因此中性线没有热量贡献。2x150mm 导管埋在 500mm 覆盖范围内，一排接触。环境土壤温度为 25°C，热阻为 1.2mK/W。

图 1：案例 1.1 – 400V 交流电路，在单独的导管中有两个电路

案件

每个电路的 CCC (AS/NZS 3008.1.1)

每个电路的 CCC (IEC 60287)

％ 不同之处

1.1 – 交流电路

498.0 安

498.3A

0.060%

两种方法的结果相互支​持，差异可以忽略不计。

案例 1.2 – 直流电路（恒定负载）

接下来，我们保持设计的所有元素一致，但将电路电压更改为 1000V（ ve 到 -ve）DC，每个电路使用两条载流电缆。

图 2：案例 1.2 – 1000V 直流电路，两根电缆在单独的导管中

使用 AS/NZS 3008.1.1，我们参考两根单芯电缆的表格，而不是案例 1.1 中的三根单芯电缆。但是请注意，由于 AS/NZS 3008.1.1 专门适用于交流电路，因此该方法产生的 CCC 是 适用的，但对于太阳能直流电路仍然不完全准确，我们现在预计计算结果会有一些偏差。但是，请注意这个空间，因为 AS/NZS 3008.1 系列的未来版本可能很快会包含直流电路的 CCC，以解决与交流电缆相比的操作特性差异。

案件

每个电路的 AC CCC (AS/NZS 3008.1.1)

每个电路的 DC CCC (IEC 60287)

％ 不同之处

1.2 – 直流电路
（连续负载）

584.0 安

619.6A

6.10%

对于这种配置，IEC 60287 计算允许更高的 CCC（用于直流电路）。这可以归因于趋肤效应和邻近效应的现象，它们都增加了导体的交流电阻，但对直流电阻没有影响。您可以在我们下面的技术文章中阅读有关这些和其他降额现象的更多信息：

找出为什么我们需要降低电缆的额定值

案例 1.3 – 直流电路（循环负载）

AS/NZS 3008.1.1 中的表格值基于电路在设计电流（即满载）下的连续运行。当电路的负载曲线高度可变或未知时，这是一个适当的假设。然而，在考虑太阳能 PV 电路时，负载电流全年遵循高度一致且可预测的每日发电量分布，其中电缆负载的时间比例要低得多。

每日损耗因子的计算 (IEC 60853)

Daily Loss Factor（用符号μ表示 ）描述了电路在每小时间隔内的平均电流（可以消耗或产生）与给定一天内最大电流的比值，可以用以下公式定义：

I i =给定日期的每小时时间间隔 ( i )内的平均电流，单位为 AI max = 当天达到的最大瞬时电流，单位为 A

提供特定太阳能发电机的每小时间隔数据（可以使用PVsyst等软件模拟），可以计算出一年中每一天的损耗因子，并使用μ值最高的24小时时段 作为代表。下面的示例图比较了模拟 PV 系统负载曲线 ( μ = 0.28) 与正弦负载曲线 ( μ = 0.40) 和连续负载曲线 ( μ = 1)。光伏系统的每日损耗系数通常介于 0.2 和 0.38 之间，具体取决于位置、安装类型（固定或跟踪）和一年中的时间。Cableizer 软件包允许的最小损耗因子为 0.4，因此该值将用于我们的分析。

图 3：具有不同日常运行容量的负载曲线示例，其中案例 1.3 的负载曲线以蓝色表示

案件

每个电路的连续 AC CCC (AS/NZS 3008.1.1)

每个电路的循环直流 CCC（IEC 60287 和 IEC 60853）

％ 不同之处

1.3 – 直流电路
（循环负载，μ = 0.4））

584.0 安

793.5A

35.87%

当应用损耗因子 0.4 时，我们可以看到模拟计算出电缆的 CCC 进一步增加了 29%，与 AS/NZS 3008.1.1 值相比总共增加了 35%。这是因为光伏系统电路在一天中的大部分时间都处于欠载状态，使电缆环境能够定期冷却，从而与连续负载相比允许更高的电流流过电路。

2. 分层沟槽设计

与电流承载能力一样，AS/NZS 3008.1.1 中提出的降额方法已被开发以涵盖最普遍的沟渠配置，但特别是不包括多层沟渠（根据标准的第 1.3 (c) 节）。在物理限制（例如，小型或密集占用的场地，或设备规格）无法容纳越来越宽的单排（或“层”）电缆沟渠的情况下，多层沟渠可能变得可取。一旦管道布置成两层或更多层，这些输入开始显着偏离 AS/NZS 3008.1.1 中的输入，因此有必要使用替代标准或计算方法来准确确定电路的 CCC .

以下示例将 IEC 60287 确定的电路 CCC 与通过不当应用 AS/NZS 3008.1.1确定的 CCC 进行比较，以强调使用正确输入的重要性。根据 AS/NZS 3008.1.1 中规定的限制，这两种方法都允许 X-90 绝缘的导体温度最高达到 90°C。

模型化的沟槽定义如下：

400V (ph-ph) 交流电。连续满载 ( μ = 1)。3x1C/ph 400mm² Cu X-90 电缆，然后是 6x1C/ph 400mm² Cu X-90，在两种情况下每个导管使用一个电路。3x100mm 导管埋在 500mm，然后 6x100mm 导管（两层）埋在 500mm（两种情况下的覆盖深度相同）。

图 4：（左）案例 2a – 一层中有 3 个电路，图 5：（右）案例 2b – 两层中有 6 个电路

案件

每个电路的 CCC (AS/NZS 3008.1.1)

每个电路的 CCC (IEC 60287)

％ 减少

2a – 一层有 3 个电路

450.0 安

432.9A

3.800%

图 6：案例 2a – 一层中有 3 个电路（热图模拟）

2b – 两层 6 条线路

396.0 A* 1

336.4A

15.05%

图 7：案例 2b – 两层中的 6 个电路（热图模拟）

* 1 AS/NZS 3008.1.1 结果是由于不正确地将沟槽视为埋在两层沟槽中最深导管深处的单排导管而得出的两层沟槽。

结果表明，尽管对单层沟槽的一致性相当高，但如果不适当地应用于两层沟槽，AS/NZS 3008.1.1 显着夸大了电路的 CCC。如果设计用于承载 396A，两层沟槽中的电缆将面临过热风险，可能会导致火灾和/或损坏电缆和连接的设备。由于 AS/NZS 3008.1.1 使用特定假设来限制对层状敷设的地下电缆降额系数的应用，因此观察到结果存在很大差异。这就是为什么了解如何应用该标准以及应在何处使用替代标准或计算方法（如 IEC 60287）来确保电缆的安全负载至关重要的原因。

3. 沟槽之间的最小间隙，以避免相互降额

某些安装需要将多个电路彼此靠近安装在地下，有时并联运行短段或相互交叉。这在涉及大型集中设备的情况下尤其重要，例如具有多个直流汇流箱输入的中央逆变器，或具有多个输入和/或输出电路的主配电板。

在场地限制和设备规格允许的情况下，通常最佳做法是避免或尽量减少电路之间的降额，以降低组件成本。这可以通过将沟槽隔开以减少它们相互间的热降额效应来实现。AS/NZS 3008.1.1 规定，避免相互降额的导管之间的最小间隙为 2m。以下两个测试案例检查根据沟槽设计的复杂性可以应用此规则的程度。

案例 3.1 – 简单的沟槽

在第一种情况下，我们将查看如下定义的单个埋入电路；首先完全隔离，然后与相同的电路相距 2m 的间隙。将比较两种情况下电路的 CCC。

1000V（ ve 到 -ve）直流。每个电路 2x1C 300mm² Al X-90 电缆（每个导管一个电路）。损耗因子 = 0.5。100 毫米导管埋设，覆盖范围为 500 毫米。

图 8：案例 3.1 – 沟渠中的 1 条电路（左），2m 间隙的 2 条电路（右）

案件

CCC – 1x 电路 (IEC 60287)

CCC – 2x 电路 (IEC 60287)

％ 减少

3.1 – 简单的沟槽

532.1A

530.0 安

0.395%

图 9：案例 3.1 – 2 条间距为 2m 的电路（热图模拟）

结果表明，两个简单的沟槽由一个单独的导管组成，间隔为 2m，对沟槽之间热降额的相互影响确实可以忽略不计。

案例 3.2 – 分层海沟

在下一个案例中，我们将重复上面的实验，但使用由 6 个管道组成的沟槽，排列成两行，每行三个。每个单独的管道将与案例 3.1 中的每个管道定义相同。

图 10：案例 3.2 – 两层 6 条线路（左），两层 12 条线路，间距 2m（右）

案件

CCC – 6 电路 (IEC 60287)

CCC – 12 电路 (IEC 60287)

％ 减少

3.2 – 分层海沟

399.0 安

391.9A

1.779%

图 11：案例 3.2 – 2m 间距的两层 12 个电路（热图模拟）

尽管引入第二个沟槽时对每个电路的 CCC 的影响相对较小，但与案例 3.1 相比，降额仍然有所增加。随着每个沟槽变得更大（即越来越多的管道被并入每个沟槽），沟槽之间的 2m 间隙相对于沟槽的有效尺寸变得更小。随着这种情况的继续，我们可以预期 CCC 将继续下降到不可忽略的程度。建议对所有分组的沟槽进行项目特定的沟槽设计验证，以确保相互热降额的影响在所用组件的限制范围内。

4. 验证 IB< 35% IZ 的电缆的可忽略降额

在电路的设计电流明显低于（<35%）电缆的持续 CCC 的情况下，AS/NZS 3008.1.1 不要求电路的 CCC 由于分组或成束而降额，但仍要求降额由于环境条件，例如环境温度（标准的第 3.5.2.2 (d) 条）。这通常适用于直流串电路，其中 4-6mm² 的典型模块引线或串电缆的 CCC 远高于 ~10A 的典型串电流。但是，请记住，I z 仍然是相关安装类型（例如在空气中、封闭式等中）中电缆的额定电流，并且仍需要考虑其他降额因素，例如环境温度和埋设深度。

基于下面的一个常见测试案例，我们将使用 IEC 60287 计算来评估由不同数量的相邻轻载电路组成的地下沟槽所达到的最高温度。建模电路为：

1000V（ ve 到 -ve）直流。每个电路 2x1C 6mm² Cu X-90 电缆（每个导管两个电路）。每条电缆/电路 10A，连续负载 ( μ = 1)。50 毫米埋管覆盖 500 毫米，以不同的配置接触。

图 12：案例 4.1 – 带有 1x 电路（左上）的沟槽，案例 4.2 – 4x 电路（右上），
案例 4.3 – 10x 电路（左中），案例 4.4 – 20x 电路（右中），
案例 4.5 – 40x 电路（左下）和 Case 4.6 – 40x 电路排列成五行八行（右下）。

案件

最大电缆温度 (IEC 60287)

％ 增加

最高允许温度的百分比

4.1 – 1x 电路

26.4°C

0%

29.33%

4.2 – 4x 电路

28.5°C

8%

31.67%

4.3 – 10x 电路

30.6℃

16%

34.00%

4.4 – 20x 电路

33.0°C

25%

36.67%

4.5 – 40x 电路

36.1°C

37%

40.11%

4.6 – 40x 电路（五行）

42.0°C

59%

46.67%

即使在最极端的情况 (4.6) 中，导管以最小有效表面积的布置成束，任何电缆达到的最高温度仍然小于最大允许值的一半。虽然相互的热降额效应不可忽略，但已经证明，对于大多数可以想象的轻负载电缆，达到的最高温度远低于电缆的极限。线性外推表明，在此特定示例中使用的条件下，直到相邻电路（一排平放）的数量超过 250 条时，才会达到 90°C 的最高护套温度。但是，请注意，此数字为如果电缆安装在公共接线盒中并且不应依赖本文中的数字进行验证，则较低。

结论

为了安全、高效和可靠地运行电缆及其所服务的设备，必须验证它们的额定电流是否符合其设计承载的电流。AS/NZS 3008.1.1 提供了一种方便、易于应用和可靠的方法来计算标准假设内简单配置的埋地电缆的载流量，但对于需要使用的直流和间歇负载电路，建议使用更专业的方法基于电缆安装方法的特定输入，对于 AS/NZS 3008.1.1 范围未涵盖的更复杂的沟槽设计，需要这些输入。 编译 陈讲运