Dobór i projektowanie kabli dla elektrowni fotowoltaicznych jest jednym z kluczowych ogniw zapewniających sprawną i bezpieczną pracę systemu. Rozsądny dobór kabli może nie tylko zmniejszyć straty energii, ale także wydłużyć żywotność systemu i obniżyć koszty konserwacji.
Kluczowe punkty dotyczące doboru i projektowania kabli
W zależności od doboru napięcia znamionowego instalacji fotowoltaicznej:kabel musi spełniać wymagania dotyczące napięcia znamionowego systemu fotowoltaicznego. Przykładowo w elektrowni fotowoltaicznej o napięciu roboczym prądu stałego wynoszącym 600 V lub wyższym należy dobrać kable, które wytrzymują odpowiedni poziom napięcia.
Biorąc pod uwagę charakterystykę obciążenia:Aby określić wielkość przekroju poprzecznego i nośność kabla, należy wziąć pod uwagę charakterystykę obciążenia pomiędzy panelem fotowoltaicznym a falownikiem, w tym prąd maksymalny, prąd zwarciowy itp. W przypadku domowych systemów fotowoltaicznych do kontroli kosztów zwykle stosuje się kable z rdzeniem aluminiowym, ale kable z rdzeniem miedzianym są bardziej preferowane do wzbudzania silników, ważnych źródeł zasilania i przy innych okazjach.
Odporność na warunki atmosferyczne i zdolność adaptacji do środowiska:Kable zewnętrzne powinny charakteryzować się wodoodpornością i odpornością na promieniowanie UV, a także dobrą odpornością na ciepło i ognioodpornością, szczególnie w przypadku kabli pracujących w środowiskach o wysokiej temperaturze, takich jak te zakopane w ziemi, należy zwrócić szczególną uwagę na ich zdolność do rozpraszania ciepła.
Poziom izolacji i poziom ochrony:Poziom izolacji kabli elektroenergetycznych do przesyłu prądu stałego powinien spełniać wymagania dotyczące przepięć wewnętrznych; Poziom napięcia udarowego kabli w systemie komunikacyjnym powinien być również zgodny z obowiązującymi przepisami. Ponadto należy wziąć pod uwagę wpływ metod układania kabli na materiały izolacyjne.
Współczynnik korygujący obciążalność prądową:Dostosuj rzeczywistą obciążalność prądową kabla w zależności od różnych metod układania (bezpośrednie zakopanie, penetracja rury itp.), temperatury otoczenia i innych czynników. Na przykład w warunkach wyższej temperatury obciążalność prądowa kabli zmniejszy się, dlatego przy wyborze należy pozostawić pewien margines.
Kontrola utraty linii i spadku napięcia:Aby zapewnić wydajność systemu, straty liniowe w kablach fotowoltaicznych prądu stałego nie powinny zasadniczo przekraczać 2%, podczas gdy spadek napięcia w kablach po stronie prądu stałego zwykle musi być kontrolowany w zakresie od 1% do 2%.
Wybór typów kabli:Istnieją różne wymagania dotyczące typów kabli w różnych scenariuszach zastosowań. Na przykład w przypadku mobilnego sprzętu elektrycznego lub w sytuacjach o specjalnych wymaganiach dotyczących niezawodności zaleca się stosowanie kabli z rdzeniem miedzianym.
Zgodność ze standardami branżowymi:Przy wyborze kabla należy także odnieść się do odpowiednich norm krajowych, takich jak GB50217-2007 „Kodeks projektowania kabli w energetyce”, a także norm opublikowanych przez Międzynarodową Komisję Elektrotechniczną (IEC), aby mieć pewność, że wybór jest zgodny z najnowsze specyfikacje techniczne.
Zasada przewodnia
1. Środowisko aplikacji
Konieczne jest określenie konkretnych warunków środowiskowych, w jakich kabel będzie instalowany. W przypadku stosowania w pomieszczeniach zamkniętych należy wybierać kable standardowe, które nie wymagają dodatkowych warstw ochronnych; W przypadku kabli zewnętrznych należy wziąć pod uwagę takie czynniki, jak ochrona przed promieniowaniem UV, wodoodporność i odporność na zimno. Ponadto należy ocenić, czy w pobliżu panują wysokie lub niskie temperatury, środki chemiczne, plamy oleju lub inne trudne warunki, które mogą mieć wpływ na dobór kabli.
2. Poziom napięcia
Określenie maksymalnego napięcia, jakie musi wytrzymać kabel, jest kluczowym krokiem. Aby zapewnić bezpieczeństwo i niezawodność, napięcie znamionowe kabla powinno być wyższe lub równe rzeczywistemu napięciu roboczemu systemu. Przykładowo w instalacjach fotowoltaicznych napięcie robocze po stronie prądu stałego wynosi zwykle 600 V lub więcej, dlatego należy dobierać kable o odpowiednim poziomie napięcia.
3. Aktualne obciążenie
Ważne jest, aby określić przekrój poprzeczny kabla na podstawie maksymalnego prądu, jaki musi on przenosić. Zgodnie ze wzorem obliczeniowym jednofazowy I=P/(U × cos Φ), trójfazowy I=P/(√ 3 × U × cos Φ), gdzie P to moc ( W), U to napięcie (V), a cos Φ to współczynnik mocy (zwykle przyjmowany jako 0,8). W przypadku konkretnych zastosowań, takich jak elektrownie fotowoltaiczne, należy również wziąć pod uwagę prąd wyjściowy komponentów i maksymalny prąd wyjściowy falownika.
4. Typ kabla
Instalacja stała: Nadaje się do większości sytuacji związanych z okablowaniem w budynkach, powszechnie stosowane obejmują kable w izolacji z polietylenu usieciowanego (XLPE), kable w izolacji z polichlorku winylu (PVC) itp.
Instalacja mobilna: Gdy kable muszą być często zginane lub wibrowane, np. wewnątrz urządzeń mechanicznych, należy wybrać kable w izolacji gumowej lub kable w izolacji gumowej, ponieważ mają one lepszą elastyczność i odporność na zużycie.
5. Materiały izolacyjne
Wybór materiału izolacyjnego zależy od konkretnego scenariusza użytkowania. Na przykład izolacja XLPE nadaje się do środowisk o wysokiej temperaturze i wysokim napięciu, podczas gdy izolacja PVC jest bardziej odpowiednia do stosowania w środowiskach ogólnych.
6. Materiał osłony
Materiał osłony powinien także odpowiadać środowisku użytkowania. Typowe materiały osłonowe obejmują osłonę z PVC, osłonę z PE, osłonę gumową itp. W sytuacjach o specjalnych wymaganiach, takich jak odporność na olej, odporność na kwasy i zasady, odporność na zimno, odporność na ciepło itp., należy wybrać odpowiednie kable specjalne.
7. Materiał przewodnika
Materiały przewodzące dzielą się głównie na dwa typy: miedź i aluminium. Miedź ma lepszą przewodność niż aluminium, ale jej koszt jest wyższy; Kable z przewodnikami aluminiowymi są lżejsze i tańsze, ale kable z rdzeniem miedzianym mają wyższą obciążalność prądową i lepszą wydajność rozpraszania ciepła przy tej samej powierzchni przekroju poprzecznego.
8. Ognioodporność i odporność ogniowa
W niektórych specyficznych środowiskach, np. wewnątrz budynków, w celu poprawy bezpieczeństwa może być konieczne zastosowanie kabli o właściwościach zmniejszających palność lub ognioodporność.
9. Ekonomia
Wreszcie, spełniając wszystkie standardy techniczne i bezpieczeństwa, należy również wziąć pod uwagę opłacalność kabli. Oznacza to uwzględnienie nie tylko początkowej ceny zakupu, ale także długoterminowych kosztów utrzymania i innych potencjalnych kosztów.
10. Normy i specyfikacje
Bardzo ważne jest przestrzeganie odpowiednich norm i specyfikacji krajowych i branżowych, takich jak GB/T, IEC, ASTM itp. Normy te określają szczegółowe wymagania dotyczące projektowania, produkcji, testowania kabli i innych aspektów, zapewniając spójność i niezawodność produktu jakość.
Przykład
Zakładając, że musimy zaprojektować schemat okablowania dla dużej naziemnej elektrowni fotowoltaicznej, należy zapoznać się z następującymi konkretnymi krokami:
Wybór kabla prądu stałego
Komponent do skrzynki przyłączeniowej: W przypadku kabla DC pomiędzy modułem fotowoltaicznym a skrzynką przyłączeniową, biorąc pod uwagę duże natężenie prądu, wybrano kabel PV1-F o specyfikacji 1 * 6 mm ². Ten typ kabla ma dobrą wytrzymałość mechaniczną i parametry elektryczne i nadaje się do długotrwałego narażenia na zewnętrzne warunki środowiskowe.
Od skrzynki przyłączeniowej do falownika: odległość ta jest stosunkowo niewielka, ale jeśli prąd jest wysoki, wymagany jest kabel o większym przekroju, np. PV1-F 1 * 10 mm ² lub większy. Jednocześnie należy rozważyć kwestię spadku ciśnienia, aby upewnić się, że nie przekracza on określonego limitu procentowego.
Dobór kabli komunikacyjnych
Wyjście falownika do transformatora: Ta część kabla jest głównie odpowiedzialna za przesyłanie przetworzonej mocy prądu przemiennego, dlatego należy rozważyć, czy jej obciążalność prądowa jest wystarczająca, aby poradzić sobie z mocą szczytową. Ogólnie rzecz biorąc, stosuje się trzyżyłowe lub wielożyłowe kable pancerne, a materiał należy wybrać jako rdzeń miedziany lub aluminiowy, zgodnie z rzeczywistą sytuacją.
Obsługa specjalnych przypadków
Zastosowanie dwustronnych modułów fotowoltaicznych: Wraz z rosnącym wykorzystaniem dwustronnych modułów fotowoltaicznych przy wyborze kabla należy również wziąć pod uwagę dodatkowy przyrost prądu spowodowany wzmocnieniem zwrotnym. IEC 61215: W 2021 r. wprowadzono dwustronną tabliczkę znamionową natężenia promieniowania słonecznego (BNPI) i dwustronną niezawodność natężenia promieniowania słonecznego (BSI), co pomaga lepiej ocenić stan pracy komponentów dwustronnych i odpowiednio dostosować dobór kabla.
Jak uniknąć utraty linii kablowej i spadku napięcia?
Metody techniczne:
1. Rozsądnie wybieraj specyfikacje kabli
Dobierz przekrój przewodu w oparciu o prąd obciążenia: w przypadku krótkich odległości ogranicz przekrój przewodu w oparciu o warunki nagrzewania (bezpieczna obciążalność prądowa), a w przypadku dużych odległości przekrój przewodu dobierz w oparciu o warunki utraty napięcia na podstawą bezpiecznej obciążalności prądowej, aby zapewnić, że napięcie robocze w punkcie obciążenia mieści się w dopuszczalnym zakresie. Na przykład, przy obliczaniu linii o mocy 50 kW i długości 300 metrów, jeśli zostanie zastosowany kabel z rdzeniem miedzianym o przekroju 25 mm², spadek napięcia w jednej fazie wyniesie 20 V, a całkowity spadek napięcia między dwiema fazami osiągnie 40 V, powodując napięcie na zaciskach spadek do 360 V; Po zastosowaniu kabli z żyłami miedzianymi o przekroju 35 milimetrów kwadratowych lub żyłami aluminiowymi o przekroju 50 milimetrów kwadratowych napięcia na zaciskach utrzymują się odpowiednio na poziomie około 370 V i 366 V, spełniając wymagania normalnej pracy sprzętu.
Należy wziąć pod uwagę wpływ czynników środowiskowych: wraz ze wzrostem temperatury otoczenia wzrasta rezystancja kabla, a co za tym idzie, wzrasta również spadek napięcia. Dlatego należy unikać stosowania kabli w środowiskach o wysokiej temperaturze, a w przypadku sprzętu, który pracuje nieprzerwanie przez dłuższy czas, zaleca się stosowanie kabli o większej specyfikacji, aby zapewnić stabilną pracę przy wahaniach napięcia.
2. Zoptymalizuj projekt i układanie linii
Skróć odległość zasilania: Określ optymalne położenie środka obciążenia, aby zmniejszyć lub uniknąć zjawiska przekroczenia promienia zasilania. Ogólny wymóg dotyczący promienia zasilania linii wiejskiej sieci energetycznej stanowi, że linia 400 V nie powinna przekraczać określonego zakresu, co skutecznie zmniejsza współczynnik strat linii.
Udoskonalenie toru obwodu: Instalując nowe linie przesyłowe i dystrybucyjne lub remontując istniejące linie, uwzględniając efektywność kosztową, odpowiednio zwiększając przekrój przewodu i dobierając odpowiednie materiały, takie jak nowe, energooszczędne przewodniki, niższy opór elektryczny i lepsza przewodność można osiągnąć.
Rozsądne planowanie punktów zwrotnych: Kable zasilające mają rygorystyczne wymagania dotyczące promienia skrętu. Podczas procesu budowy należy dołożyć wszelkich starań, aby zminimalizować moment obrotowy działający na kable oraz zachować naturalne zginanie w częściach skrętnych kabla i rezerwach, aby zapobiec wewnętrznym uszkodzeniom mechanicznym.
3. Popraw wydajność systemu
Poprawa współczynnika mocy: Zainstalowanie urządzeń kompensujących moc bierną na obu końcach linii, takich jak równoległe baterie kondensatorów, może poprawić współczynnik mocy, zmniejszyć indukcyjną moc bierną, a tym samym obniżyć wartość prądu w linii, co pomaga zmniejszyć straty w linii.
Dostosowywanie równowagi obciążeń trójfazowych: Lepsze równoważenie obciążeń trójfazowych jest jednym z najbardziej ekonomicznych i skutecznych środków redukcji strat. Dzięki równomiernemu rozdzieleniu użytkowników jednofazowych na fazy A, B i C w celu zmniejszenia prądu w linii neutralnej można osiągnąć cel polegający na zmniejszeniu strat w linii.
4. Wzmocnij codzienne zarządzanie i monitorowanie
Regularne przeglądy i konserwacja: Ustanów kompleksowy system zarządzania, przeprowadzaj inspekcje w obszarach, w których mogą wystąpić problemy, szybko identyfikuj i eliminuj potencjalne zagrożenia, takie jak starzenie się izolacji, słabe złącza itp., aby zapobiec ich eskalacji w poważne awarie.
Korzystanie z zaawansowanych środków technologicznych: przyjęcie zaawansowanych narzędzi monitorowania online, takich jak technologia monitorowania obiegu płaszcza zewnętrznego, technologia pomiaru temperatury światłowodu online i technologia wykrywania wyładowań niezupełnych, w celu wzmocnienia monitorowania stanu działania kabla w czasie rzeczywistym, wczesnego ostrzegania o defektach i zapobiegania zasilaniu wypadki związane z przestojami.