Izbor i projektovanje kablova za fotonaponske elektrane jedna je od ključnih karika za efikasan i siguran rad sistema. Razuman izbor kablova ne samo da može smanjiti gubitak energije, već i produžiti životni vek sistema i smanjiti troškove održavanja.
Ključne tačke izbora i dizajna kablova
Prema izboru nazivnog napona fotonaponskog sistema:kabl mora zadovoljiti zahtjeve nazivnog napona fotonaponskog sistema. Na primjer, u fotonaponskoj elektrani s istosmjernim radnim naponom od 600V ili više, treba odabrati kablove koji mogu izdržati odgovarajući nivo napona.
S obzirom na karakteristike opterećenja:Potrebno je uzeti u obzir karakteristike opterećenja između fotonaponskog panela i pretvarača, uključujući maksimalnu struju, struju kratkog spoja itd., kako bi se odredila veličina poprečnog presjeka i nosivost kabela. Za kućne fotonaponske sisteme, kablovi sa aluminijumskim jezgrom se obično koriste za kontrolu troškova, ali bakarni kablovi su poželjniji za pobudu motora, važne izvore energije i druge prilike.
Otpornost na vremenske uslove i prilagodljivost okolini:Spoljni kablovi treba da imaju vodootporne i UV otporne funkcije, kao i dobru otpornost na toplotu i otpornost na vatru, posebno za kablove koji rade u okruženjima sa visokim temperaturama, kao što su oni zakopani u tlu, posebnu pažnju treba obratiti na njihov učinak odvođenja toplote.
Nivo izolacije i nivo zaštite:Nivo izolacije energetskih kablova za prenos jednosmerne struje treba da zadovolji zahteve unutrašnjeg prenapona; Nivo napona otpornog na udarce kablova u komunikacijskom sistemu takođe treba da bude u skladu sa standardnim propisima. Osim toga, potrebno je uzeti u obzir i utjecaj metoda polaganja kablova na izolacijske materijale.
Korekcioni faktor trenutne nosivosti:Podesite stvarnu strujnu nosivost kabla prema različitim metodama polaganja (direktno ukopavanje, prodor cijevi, itd.), temperaturi okoline i drugim faktorima. Na primjer, pod višim temperaturnim uvjetima, trenutna nosivost kablova će se smanjiti, pa je potrebno ostaviti određenu marginu pri odabiru.
Kontrola gubitka linije i pada napona:Da bi se osigurala efikasnost sistema, gubici na liniji fotonaponskih DC kablova generalno ne bi trebalo da prelaze 2%, dok pad napona DC bočnih kablova obično treba kontrolisati između 1% i 2%.
Izbor tipova kablova:Postoje različiti zahtjevi za tipove kabela u različitim scenarijima primjene. Na primjer, za mobilnu električnu opremu ili situacije sa posebnim zahtjevima za pouzdanost, preporučuje se korištenje bakrenih kabela.
Usklađenost sa industrijskim standardima:Odabir kabela također se treba odnositi na relevantne nacionalne standarde, kao što je GB50217-2007 "Kodeks za projektovanje kablova u elektroenergetici", kao i na standarde koje je objavila Međunarodna elektrotehnička komisija (IEC), kako bi se osiguralo da je odabir u skladu sa najnovije tehničke specifikacije.
Vodeći princip
1. Okruženje aplikacije
Potrebno je navesti specifične uslove okoline u kojima će se kabl instalirati. Ako se koristi u zatvorenom prostoru, odaberite standardne kablove koji ne zahtijevaju dodatne zaštitne slojeve; I vanjski kablovi moraju uzeti u obzir faktore kao što su UV zaštita, vodootpornost i otpornost na hladnoću. Osim toga, potrebno je procijeniti da li postoje visoke temperature, niske temperature, hemikalije, mrlje od ulja ili drugi teški uslovi koji mogu uticati na izbor kablova.
2. Nivo napona
Određivanje maksimalnog napona koji kabel treba izdržati je ključni korak. Nazivni napon kabla treba da bude veći ili jednak stvarnom radnom naponu sistema kako bi se osigurala sigurnost i pouzdanost. Na primjer, u fotonaponskim sistemima, radni napon na DC strani je obično 600V ili više, tako da treba odabrati kablove odgovarajućeg naponskog nivoa.
3. Trenutna opterećenja
Neophodno je odrediti površinu poprečnog presjeka kabla na osnovu maksimalne struje koju treba da prenese. Prema formuli proračuna, 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 kabla
Fiksna instalacija: Pogodno za većinu situacija ožičenja u zgradama, obično se koriste uključuju kablove izolovane umreženim polietilenom (XLPE), kablove izolovane polivinil hloridom (PVC) itd.
Mobilna instalacija: Kada se kablovi moraju često savijati ili vibrirati, kao što je unutar mehaničke opreme, treba odabrati kablove izolovane gumom ili kablove izolovane silikonskom gumom jer imaju bolju fleksibilnost i otpornost na habanje.
5. Izolacijski materijali
Izbor izolacijskog materijala ovisi o specifičnom scenariju upotrebe. Na primjer, XLPE izolacija je pogodna za okruženja visoke temperature i visokog napona, dok je PVC izolacija pogodnija za korištenje u općim okruženjima.
6. Materijal omotača
Materijal omotača također treba odgovarati okruženju upotrebe. Uobičajeni materijali omotača uključuju PVC plašt, PE omotač, gumeni omotač, itd. Za situacije sa posebnim zahtjevima kao što su otpornost na ulje, otpornost na kiseline i alkalije, otpornost na hladnoću, otpornost na toplinu itd., potrebno je odabrati odgovarajuće posebne kablove.
7. Materijal provodnika
Materijali provodnika se uglavnom dijele na dvije vrste: bakar i aluminij. Bakar ima bolju provodljivost od aluminija, ali je njegova cijena veća; Kablovi sa aluminijumskim provodnicima su lakši i jeftiniji, ali kablovi sa bakrenim jezgrom imaju veći strujni kapacitet i bolje performanse odvođenja toplote pod istim poprečnim presekom.
8. Otpornost na vatru i otpornost na vatru
U određenim specifičnim okruženjima, kao što su unutar zgrada, možda će biti potrebno koristiti kablove sa svojstvima otpornosti na vatru ili vatru kako bi se poboljšala sigurnost.
9. Ekonomija
Konačno, uz ispunjavanje svih tehničkih i sigurnosnih standarda, potrebno je uzeti u obzir i isplativost kablova. To znači ne samo razmatranje početne nabavne cijene, već i dugoročne troškove održavanja i druge potencijalne troškove.
10. Standardi i specifikacije
Veoma je važno poštovati relevantne nacionalne i industrijske standarde i specifikacije, kao što su GB/T, IEC, ASTM, itd. Ovi standardi daju specifične zahtjeve za dizajn kablova, proizvodnju, testiranje i druge aspekte, osiguravajući konzistentnost i pouzdanost proizvoda kvaliteta.
Primjer
Pod pretpostavkom da trebamo dizajnirati kablovsku shemu za veliku zemaljsku fotonaponsku elektranu, molimo pogledajte sljedeće konkretne korake:
Izbor DC kabla
Komponenta do kutije za kombinovanje: Za DC kabl između fotonaponskog modula i kombinatorske kutije, s obzirom na visok intenzitet struje, PV1-F je odabran 1 * 6mm² kabl specifikacije. Ovaj tip kabela ima dobru mehaničku čvrstoću i električne performanse, te je pogodan za dugotrajno izlaganje vanjskim uvjetima okoline.
Od kombinatora do invertera: Ova udaljenost je relativno kratka, ali ako je struja velika, potreban je kabl većeg poprečnog presjeka, kao što je PV1-F 1 * 10 mm² ili veće veličine. U isto vrijeme, problem pada tlaka također treba razmotriti kako bi se osiguralo da on ne premašuje specificiranu procentnu granicu.
Izbor komunikacionih kablova
Izlaz pretvarača u transformator: Ovaj dio kabela je uglavnom odgovoran za prijenos pretvorene AC snage, pa je potrebno razmotriti da li je njegov trenutni kapacitet dovoljan da se nosi sa vršnom izlaznom snagom. Uglavnom se koriste trožilni ili višežilni oklopni kablovi, a materijal treba odabrati kao bakrenu ili aluminijsku jezgru prema stvarnoj situaciji.
Rukovanje posebnim slučajevima
Primjena dvostranih fotonaponskih modula: Uz sve veću upotrebu dvostranih fotonaponskih modula, pri odabiru kabela također treba uzeti u obzir dodatni prirast struje koji donosi povratno pojačanje. IEC 61215: 2021. godine uvedeni su dvostrano solarno zračenje na pločici s nazivima (BNPI) i dvostruko pouzdano solarno zračenje (BSI), što pomaže da se bolje procijeni radni status dvostranih komponenti i u skladu s tim prilagodi odabir kabela.
Kako izbjeći gubitak kablovske linije i pad napona?
Tehničke metode:
1. Razumno odaberite specifikacije kablova
Odaberite poprečni presjek žice na osnovu struje opterećenja: za kratke udaljenosti, ograničite poprečni presjek žice na osnovu uvjeta grijanja (sigurna nosivost struje), a za velike udaljenosti odaberite presjek žice na osnovu uslova gubitka napona na osnova sigurne nosivosti struje kako bi se osiguralo da je radni napon na mjestu opterećenja unutar kvalificiranog raspona. Na primjer, kada se izračunava snaga od 50 kW i 300 metara dugačak vod, ako se koristi kabel s bakrenim jezgrom od 25 mm², jednofazni pad napona iznosi 20 V, a ukupan pad napona između dvije faze dostigne 40 V, što uzrokuje napon na terminalu. pad na 360V; Nakon upotrebe kablova sa bakrenim jezgrama od 35 kvadratnih milimetara ili aluminijumskim jezgrama od 50 kvadratnih milimetara, naponi terminala se održavaju na oko 370V odnosno 366V, što ispunjava uslove za normalan rad opreme.
Uzmite u obzir uticaj faktora okoline: Kada temperatura okoline raste, otpor kabla se povećava, a u skladu s tim se povećava i pad napona. Zbog toga treba izbegavati upotrebu kablova u okruženjima sa visokim temperaturama, a za opremu koja radi neprekidno u dužem vremenskom periodu, preporučuje se korišćenje kablova veće specifikacije kako bi se obezbedio stabilan rad pod naponskim fluktuacijama.
2. Optimizirajte dizajn linija i polaganje
Skratite udaljenost napajanja: Odredite optimalnu poziciju centra opterećenja kako biste smanjili ili izbjegli pojavu prekoračenja radijusa napajanja. Opšti zahtjev za radijus napajanja ruralnih linija električne mreže je da linija od 400 V ne smije prelaziti određeni raspon, što efektivno smanjuje stopu gubitka linije.
Poboljšanje putanje strujnog kola: Ugradnjom novih dalekovoda za prijenos i distribuciju ili renoviranjem postojećih vodova, uzimajući u obzir ekonomičnost, odgovarajuće povećanje poprečnog presjeka žice i odabirom odgovarajućih materijala kao što su novi provodnici koji štede energiju, niža električna otpornost i bolja vodljivost može se postići.
Razumno planiranje točaka okretanja: Kablovi za napajanje imaju stroge zahtjeve za radijus okretanja. Tokom procesa izgradnje, potrebno je uložiti napore da se minimizira obrtni moment na kablovima, a prirodno savijanje treba održavati u okretanju kabla i rezervisanim delovima kako bi se sprečila unutrašnja mehanička oštećenja.
3. Poboljšajte efikasnost sistema
Poboljšanje faktora snage: Instaliranje uređaja za kompenzaciju reaktivne snage na oba kraja linije, kao što su paralelne kondenzatorske banke, može poboljšati faktor snage, smanjiti induktivnu reaktivnu snagu i na taj način smanjiti vrijednost struje u liniji, što pomaže u smanjenju gubitaka u liniji.
Podešavanje balansa trofaznih opterećenja: Bolje balansiranje trofaznih opterećenja jedna je od najekonomičnijih i najefikasnijih mjera za smanjenje gubitaka. Ravnomjernom distribucijom monofaznih korisnika na faze A, B i C kako bi se smanjila struja na neutralnoj liniji, može se postići cilj smanjenja gubitka linije.
4. Ojačati svakodnevno upravljanje i praćenje
Redovne inspekcije i održavanje: Uspostavite sveobuhvatan sistem upravljanja, izvršite inspekcije u oblastima u kojima se mogu pojaviti problemi, blagovremeno identifikovati i adresirati potencijalne opasnosti kao što su starenje izolacije, loši spojevi, itd., kako bi se sprečilo njihovo eskaliranje u ozbiljne kvarove.
Koristeći napredna tehnološka sredstva: usvajanje naprednih alata za praćenje na mreži kao što su tehnologija za praćenje cirkulacije vanjskog omotača, online tehnologija mjerenja temperature optičkim vlaknima i tehnologija za detekciju djelomičnog pražnjenja, kako bi se ojačalo praćenje stanja rada kabela u stvarnom vremenu, rano upozorenje na kvarove i sprječavanje napajanja nesreće u slučaju prekida rada.