Odabir i projektiranje kabela za fotonaponske elektrane jedna je od ključnih karika za osiguranje učinkovitog i sigurnog rada sustava. Razuman odabir kabela ne samo da može smanjiti gubitak energije, već i produljiti životni vijek sustava i smanjiti troškove održavanja.
Ključne točke odabira i dizajna kabela
Prema izboru nazivnog napona fotonaponskog sustava:kabel mora zadovoljiti zahtjeve nazivnog napona fotonaponskog sustava. Na primjer, u fotonaponskoj elektrani s istosmjernim radnim naponom od 600 V ili višim, potrebno je odabrati kabele koji mogu izdržati odgovarajuću razinu napona.
Uzimajući u obzir karakteristike opterećenja:Potrebno je uzeti u obzir karakteristike opterećenja između fotonaponske ploče i pretvarača, uključujući maksimalnu struju, struju kratkog spoja itd., kako bi se odredila veličina poprečnog presjeka i nosivosti kabela. Za kućanske fotonaponske sustave, kabeli s aluminijskom jezgrom obično se koriste za kontrolu troškova, ali kabeli s bakrenom jezgrom više se preferiraju za pobudu motora, važne izvore energije i druge prilike.
Otpornost na vremenske uvjete i prilagodljivost okolišu:Kabeli za vanjsku upotrebu trebaju imati funkcije vodootpornosti i otpornosti na UV zračenje, kao i dobru otpornost na toplinu i otpornost na plamen, posebno za kabele koji rade u okruženjima s visokim temperaturama, kao što su oni zakopani u tlo, posebnu pozornost treba posvetiti njihovoj disipaciji topline.
Razina izolacije i razina zaštite:Razina izolacije energetskih kabela za prijenos istosmjerne struje treba zadovoljiti zahtjeve unutarnjeg prenapona; Razina napona otpornog na udar kabela u komunikacijskom sustavu također treba biti u skladu sa standardnim propisima. Osim toga, potrebno je uzeti u obzir i utjecaj metoda polaganja kabela na izolacijske materijale.
Faktor korekcije trenutne nosivosti:Prilagodite stvarnu nosivost struje kabela prema različitim metodama polaganja (izravno ukopavanje, probijanje cijevi itd.), temperaturi okoline i drugim čimbenicima. Na primjer, u uvjetima viših temperatura, strujna nosivost kabela će se smanjiti, pa je potrebno ostaviti rezervu pri odabiru.
Gubitak u liniji i kontrola pada napona:Kako bi se osigurala učinkovitost sustava, linijski gubitak fotonaponskih DC kabela općenito ne bi trebao prelaziti 2%, dok pad napona DC bočnih kabela obično treba kontrolirati između 1% i 2%.
Odabir vrsta kabela:Postoje različiti zahtjevi za vrste kabela u različitim scenarijima primjene. Na primjer, za mobilnu električnu opremu ili situacije s posebnim zahtjevima pouzdanosti, preporučuje se korištenje kabela s bakrenom jezgrom.
Usklađenost s industrijskim standardima:Odabir kabela također se treba odnositi na relevantne nacionalne standarde, kao što je GB50217-2007 "Kodeks za projektiranje kabela u elektroenergetici", kao i standarde koje je objavila Međunarodna elektrotehnička komisija (IEC), kako bi se osiguralo da je odabir u skladu s najnovije tehničke specifikacije.
Vodeći princip
1. Aplikacijsko okruženje
Potrebno je navesti posebne uvjete okoline u kojima će se kabel instalirati. Ako se koriste u zatvorenom prostoru, odaberite standardne kabele koji ne zahtijevaju dodatne zaštitne slojeve; I vanjski kabeli moraju uzeti u obzir faktore kao što su UV zaštita, vodonepropusnost i otpornost na hladnoću. Osim toga, potrebno je procijeniti postoje li u blizini visoke temperature, niske temperature, kemikalije, mrlje od ulja ili drugi teški uvjeti koji mogu utjecati na odabir kabela.
2. Razina napona
Određivanje maksimalnog napona koji kabel treba izdržati ključni je korak. Nazivni napon kabela trebao bi biti veći ili jednak stvarnom radnom naponu sustava kako bi se osigurala sigurnost i pouzdanost. Na primjer, u fotonaponskim sustavima, radni napon na istosmjernoj strani je obično 600 V ili viši, pa treba odabrati kabele odgovarajuće razine napona.
3. Strujno opterećenje
Bitno je odrediti površinu poprečnog presjeka kabela na temelju maksimalne struje koju treba provesti. Prema formuli za izračun, jednofazni I=P/(U × cos Φ), trofazni I=P/(√ 3 × U × cos Φ), gdje je P snaga ( W), U je napon (V), a cos Φ je faktor snage (obično se uzima kao 0.8). Za specifične scenarije primjene, kao što su fotonaponske elektrane, također je potrebno uzeti u obzir izlaznu struju komponenti i maksimalnu izlaznu struju pretvarača.
4. Vrsta kabela
Fiksna instalacija: Prikladno za većinu situacija ožičenja u zgradama, najčešće korišteni uključuju kabele izolirane umreženim polietilenom (XLPE), kabele izolirane polivinil kloridom (PVC), itd.
Mobilna instalacija: Kada se kabeli moraju često savijati ili vibrirati, kao što je unutar mehaničke opreme, potrebno je odabrati kabele izolirane gumom ili silikonskom gumom jer imaju bolju fleksibilnost i otpornost na habanje.
5. Izolacijski materijali
Izbor izolacijskog materijala ovisi o specifičnom scenariju uporabe. Na primjer, XLPE izolacija je prikladna za okruženja visoke temperature i visokog napona, dok je PVC izolacija prikladnija za korištenje u općim okruženjima.
6. Materijal plašta
Materijal omotača također bi trebao odgovarati okruženju uporabe. Uobičajeni materijali za plašt uključuju PVC plašt, PE plašt, gumeni plašt itd. Za situacije s posebnim zahtjevima kao što su otpornost na ulja, kiseline i lužine, otpornost na hladnoću, otpornost na toplinu itd., potrebno je odabrati odgovarajuće posebne kabele.
7. Materijal vodiča
Materijali vodiča uglavnom se dijele na dvije vrste: bakar i aluminij. Bakar ima bolju vodljivost od aluminija, ali je njegova cijena veća; Kabeli s aluminijskim vodičem su lakši i jeftiniji, ali kabeli s bakrenim jezgrama imaju veću nosivost struje i bolju disipaciju topline pod istom površinom poprečnog presjeka.
8. Otpornost na plamen i otpornost na vatru
U određenim specifičnim okruženjima, kao što je unutar zgrada, može biti potrebno koristiti kabele sa svojstvima otpornim na plamen ili vatrootpornost radi poboljšanja sigurnosti.
9. Gospodarstvo
Konačno, uz ispunjavanje svih tehničkih i sigurnosnih standarda, potrebno je uzeti u obzir i isplativost kabela. To ne znači samo razmatranje početne nabavne cijene, već i dugoročnih troškova održavanja i drugih potencijalnih troškova.
10. Norme i specifikacije
Vrlo je važno pridržavati se relevantnih nacionalnih i industrijskih standarda i specifikacija, kao što su GB/T, IEC, ASTM, itd. Ovi standardi daju posebne zahtjeve za dizajn kabela, proizvodnju, testiranje i druge aspekte, osiguravajući dosljednost i pouzdanost proizvoda kvaliteta.
Primjer
Pod pretpostavkom da trebamo dizajnirati shemu kabela za veliku zemaljsku fotonaponsku elektranu, pogledajte sljedeće korake:
Izbor DC kabela
Komponenta do kombinirane kutije: Za istosmjerni kabel između fotonaponskog modula i kombinirane kutije, s obzirom na visoku jakost struje, PV1-F odabran je 1 * 6 mm² kabel specifikacije. Ova vrsta kabela ima dobru mehaničku čvrstoću i električnu izvedbu te je pogodna za dugotrajno izlaganje vanjskim uvjetima okoline.
Od kombinirane kutije do pretvarača: Ova udaljenost je relativno kratka, ali ako je struja velika, potreban je kabel veće površine poprečnog presjeka, kao što je PV1-F 1 * 10 mm² ili veće veličine. U isto vrijeme, problem pada tlaka također treba uzeti u obzir kako bi se osiguralo da ne premaši navedeno ograničenje postotka.
Izbor komunikacijskih kabela
Izlaz pretvarača do transformatora: Ovaj dio kabela uglavnom je odgovoran za prijenos pretvorene izmjenične struje, pa je potrebno razmotriti je li njegov trenutni nosivi kapacitet dovoljan da se nosi s vršnom izlaznom snagom. Općenito se koriste trožilni ili višežilni oklopni kabeli, a materijal bi trebao biti odabran kao bakrena ili aluminijska jezgra prema stvarnoj situaciji.
Obrada posebnih slučajeva
Primjena dvostranih fotonaponskih modula: Uz sve veću upotrebu dvostranih fotonaponskih modula, odabir kabela također treba uzeti u obzir dodatni prirast struje koji donosi povratno pojačanje. IEC 61215: U 2021. uvedeni su dvostrano solarno zračenje s natpisnom pločicom (BNPI) i dvostrano pouzdano solarno zračenje (BSI), što pomaže u boljoj procjeni radnog statusa dvostranih komponenti i prilagođavanju odabira kabela u skladu s tim.
Kako izbjeći gubitak kabelske linije i pad napona?
Tehničke metode:
1. Razumno odaberite specifikacije kabela
Odaberite poprečni presjek žice na temelju struje opterećenja: za kratke udaljenosti ograničite poprečni presjek žice na temelju uvjeta grijanja (sigurna nosivost struje), a za velike udaljenosti odaberite poprečni presjek žice na temelju uvjeta gubitka napona na temelj sigurne nosivosti struje kako bi se osiguralo da je radni napon na točki opterećenja unutar kvalificiranog raspona. Na primjer, kada se izračunava snaga od 50 kW i vod dug 300 metara, ako se koristi kabel s bakrenom jezgrom od 25 mm², jednofazni pad napona je 20 V, a ukupni pad napona između dvije faze doseže 40 V, uzrokujući da napon na terminalu pad na 360V; Nakon korištenja kabela s bakrenim jezgrama od 35 četvornih milimetara ili aluminijskih jezgri od 50 četvornih milimetara, naponi na terminalima održavaju se na oko 370 V odnosno 366 V, ispunjavajući zahtjeve za normalan rad opreme.
Uzmite u obzir utjecaj čimbenika okoline: kada temperatura okoline raste, otpor kabela se povećava, a pad napona također se povećava u skladu s tim. Stoga treba izbjegavati korištenje kabela u okruženjima s visokim temperaturama, a za opremu koja neprekidno radi dulje vrijeme preporuča se korištenje kabela veće specifikacije kako bi se osigurao stabilan rad pod fluktuacijama napona.
2. Optimizirajte dizajn linije i polaganje
Skratite udaljenost napajanja: Odredite optimalni položaj središta opterećenja kako biste smanjili ili izbjegli fenomen prekoračenja radijusa napajanja. Opći zahtjev za radijus napajanja ruralnih vodova električne mreže je da linija od 400 V ne smije premašiti određeni raspon, što učinkovito smanjuje stopu gubitka linije.
Poboljšanje strujnog kruga: Instaliranjem novih prijenosnih i distribucijskih vodova ili renoviranjem postojećih vodova, uzimajući u obzir isplativost, odgovarajućim povećanjem poprečnog presjeka žice i odabirom odgovarajućih materijala kao što su novi vodiči koji štede energiju, manji električni otpor i bolja vodljivost može se postići.
Razumno planiranje točaka skretanja: Kabeli za napajanje imaju stroge zahtjeve za radijus skretanja. Tijekom procesa izgradnje treba nastojati minimalizirati okretni moment na kabelima, a potrebno je održavati prirodno savijanje u dijelovima za okretanje kabela i rezerviranim dijelovima kako bi se spriječilo unutarnje mehaničko oštećenje.
3. Poboljšajte učinkovitost sustava
Poboljšanje faktora snage: Instaliranje uređaja za kompenzaciju jalove snage na oba kraja linije, kao što su paralelne kondenzatorske baterije, može poboljšati faktor snage, smanjiti induktivnu jalovu snagu i time smanjiti vrijednost struje u liniji, što pomaže smanjiti gubitke u liniji.
Podešavanje ravnoteže trofaznih opterećenja: Bolje uravnoteženje trofaznih opterećenja jedna je od najekonomičnijih i najučinkovitijih mjera za smanjenje gubitaka. Ravnomjernom raspodjelom jednofaznih korisnika na faze A, B i C kako bi se smanjila struja na neutralnoj liniji, može se postići cilj smanjenja gubitaka u liniji.
4. Ojačati svakodnevno upravljanje i praćenje
Redovita inspekcija i održavanje: Uspostavite sveobuhvatan sustav upravljanja, provedite inspekcije na područjima gdje se mogu pojaviti problemi, odmah identificirajte i pozabavite se potencijalnim opasnostima kao što su starenje izolacije, loši spojevi itd., kako biste spriječili njihovu eskalaciju u ozbiljne kvarove.
Korištenje naprednih tehnoloških sredstava: usvajanje naprednih mrežnih alata za praćenje kao što je tehnologija praćenja cirkulacije vanjskog plašta, mrežna tehnologija mjerenja temperature optičkim vlaknima i tehnologija otkrivanja djelomičnog pražnjenja, kako bi se ojačao nadzor stanja rada kabela u stvarnom vremenu, rano upozorenje na kvarove i spriječilo napajanje nesreće s prekidima.