Výber a návrh káblov pre fotovoltaické elektrárne je jedným z kľúčových článkov na zabezpečenie efektívnej a bezpečnej prevádzky systému. Rozumný výber kábla môže nielen znížiť straty energie, ale aj predĺžiť životnosť systému a znížiť náklady na údržbu.
Kľúčové body výberu a dizajnu káblov
Podľa výberu menovitého napätia fotovoltaického systému:kábel musí spĺňať požiadavky na menovité napätie fotovoltaického systému. Napríklad vo fotovoltaickej elektrárni s jednosmerným pracovným napätím 600 V alebo vyšším by sa mali zvoliť káble, ktoré znesú zodpovedajúcu úroveň napätia.
Vzhľadom na charakteristiky zaťaženia:Pre určenie veľkosti prierezu a nosnosti kábla je potrebné zohľadniť záťažové charakteristiky medzi fotovoltaickým panelom a meničom vrátane maximálneho prúdu, skratového prúdu a pod. V prípade fotovoltaických systémov pre domácnosť sa na kontrolu nákladov zvyčajne používajú káble s hliníkovým jadrom, ale káble s medeným jadrom sú vhodnejšie na budenie motora, dôležité zdroje energie a iné príležitosti.
Odolnosť voči poveternostným vplyvom a prispôsobivosť prostrediu:Vonkajšie káble by mali mať vodotesné funkcie a funkcie odolné voči UV žiareniu, ako aj dobrú tepelnú odolnosť a spomaľovanie horenia, najmä pri kábloch pracujúcich v prostrediach s vysokou teplotou, ako sú tie, ktoré sú zakopané v pôde, osobitná pozornosť by sa mala venovať ich výkonu pri odvádzaní tepla.
Úroveň izolácie a úroveň ochrany:Úroveň izolácie silových káblov na prenos jednosmerného prúdu by mala spĺňať požiadavky vnútorného prepätia; Úroveň napätia odolných voči nárazom káblov v komunikačnom systéme by mala tiež spĺňať štandardné predpisy. Okrem toho je potrebné zvážiť aj vplyv metód kladenia káblov na izolačné materiály.
Korekčný faktor aktuálnej únosnosti:Upravte aktuálnu prúdovú zaťažiteľnosť kábla podľa rôznych metód kladenia (priame zakopanie, prienik potrubia atď.), okolitej teploty a iných faktorov. Napríklad pri vyšších teplotných podmienkach sa zníži prúdová zaťažiteľnosť káblov, preto je potrebné pri výbere nechať určitú rezervu.
Riadenie straty vedenia a poklesu napätia:Aby sa zabezpečila účinnosť systému, strata vedenia fotovoltaických jednosmerných káblov by vo všeobecnosti nemala presiahnuť 2 %, zatiaľ čo pokles napätia na bočných jednosmerných kábloch je zvyčajne potrebné kontrolovať medzi 1 % a 2 %.
Výber typov káblov:V rôznych aplikačných scenároch existujú rôzne požiadavky na typy káblov. Napríklad pre mobilné elektrické zariadenia alebo situácie so špeciálnymi požiadavkami na spoľahlivosť sa odporúča použiť medené káble.
Súlad s priemyselnými normami:Výber káblov by sa mal riadiť aj príslušnými národnými normami, ako je GB50217-2007 „Kódex pre navrhovanie káblov v energetike“, ako aj normy publikované Medzinárodnou elektrotechnickou komisiou (IEC), aby sa zabezpečilo, že výber bude v súlade s najnovšie technické špecifikácie.
Vedúci princíp
1. Prostredie aplikácie
Je potrebné špecifikovať špecifické podmienky prostredia, za ktorých bude kábel inštalovaný. Ak sa používa v interiéri, vyberte štandardné káble, ktoré nevyžadujú dodatočné ochranné vrstvy; A vonkajšie káble musia brať do úvahy faktory, ako je UV ochrana, vodotesnosť a odolnosť proti chladu. Okrem toho je potrebné vyhodnotiť, či v okolí nie sú vysoké teploty, nízke teploty, chemikálie, olejové škvrny alebo iné drsné podmienky, ktoré môžu ovplyvniť výber káblov.
2. Úroveň napätia
Určenie maximálneho napätia, ktoré musí kábel vydržať, je zásadným krokom. Menovité napätie kábla by malo byť vyššie alebo rovné skutočnému prevádzkovému napätiu systému, aby sa zaistila bezpečnosť a spoľahlivosť. Napríklad vo fotovoltaických systémoch je prevádzkové napätie na jednosmernej strane zvyčajne 600 V alebo vyššie, preto by sa mali zvoliť káble zodpovedajúcej napäťovej úrovne.
3. Aktuálne zaťaženie
Je dôležité určiť plochu prierezu kábla na základe maximálneho prúdu, ktorý potrebuje preniesť. Podľa výpočtového vzorca jednofázový I=P/(U × cos Φ), trojfázový I=P/(√ 3 × U × cos Φ), kde P je výkon ( W), U je napätie (V) a cos Φ je účinník (zvyčajne sa berie ako 0.8). Pri špecifických aplikačných scenároch, ako sú fotovoltaické elektrárne, je potrebné zvážiť aj výstupný prúd komponentov a maximálny výstupný prúd meniča.
4. Typ kábla
Pevná inštalácia: Vhodné pre väčšinu elektroinštalácií v budovách, bežne používané zahŕňajú káble izolované zosieťovaným polyetylénom (XLPE), káble izolované polyvinylchloridom (PVC) atď.
Mobilná inštalácia: Ak je potrebné káble často ohýbať alebo vibrovať, ako napríklad vo vnútri mechanických zariadení, mali by sa zvoliť káble s gumovou izoláciou alebo káble s izoláciou silikónovou gumou, pretože majú lepšiu flexibilitu a odolnosť proti opotrebovaniu.
5. Izolačné materiály
Výber izolačného materiálu závisí od konkrétneho scenára použitia. Napríklad izolácia XLPE je vhodná pre prostredia s vysokou teplotou a vysokým napätím, zatiaľ čo izolácia z PVC je vhodnejšia na použitie vo všeobecnom prostredí.
6. Materiál plášťa
Materiál plášťa by mal tiež zodpovedať prostrediu používania. Bežné materiály plášťa zahŕňajú plášť z PVC, plášť z PE, plášť z gumy atď. Pre situácie so špeciálnymi požiadavkami, ako je odolnosť voči olejom, odolnosť voči kyselinám a zásadám, odolnosť voči chladu, tepelná odolnosť atď., by sa mali zvoliť zodpovedajúce špeciálne káble.
7. Materiál vodiča
Materiály vodičov sa delia hlavne na dva typy: meď a hliník. Meď má lepšiu vodivosť ako hliník, ale jej cena je vyššia; Káble s hliníkovými vodičmi sú ľahšie a lacnejšie, ale káble s medeným jadrom majú vyššiu prúdovú zaťažiteľnosť a lepší výkon pri odvádzaní tepla pri rovnakej ploche prierezu.
8. Nehorľavosť a požiarna odolnosť
V určitých špecifických prostrediach, ako napríklad vo vnútri budov, môže byť potrebné použiť káble s vlastnosťami spomaľujúcimi horenie alebo ohňovzdornosť na zvýšenie bezpečnosti.
9. Ekonomika
Napokon, pri splnení všetkých technických a bezpečnostných noriem je potrebné zvážiť aj nákladovú efektívnosť káblov. To znamená nielen zvážiť počiatočnú obstarávaciu cenu, ale aj dlhodobé náklady na údržbu a ďalšie potenciálne náklady.
10. Normy a špecifikácie
Je veľmi dôležité dodržiavať príslušné národné a priemyselné normy a špecifikácie, ako sú GB/T, IEC, ASTM atď. Tieto normy poskytujú špecifické požiadavky na dizajn káblov, výrobu, testovanie a ďalšie aspekty, čím sa zabezpečuje konzistentnosť a spoľahlivosť produktu kvalitu.
Príklad
Za predpokladu, že potrebujeme navrhnúť schému káblov pre veľkú pozemnú fotovoltaickú elektráreň, postupujte podľa nasledujúcich konkrétnych krokov:
Výber kábla DC
Komponent do zlučovacej skrinky: Pre jednosmerný kábel medzi fotovoltaickým modulom a zlučovacou skrinkou sa vzhľadom na vysokú intenzitu prúdu vyberie kábel špecifikácie PV1-F 1 * 6 mm². Tento typ kábla má dobrú mechanickú pevnosť a elektrický výkon a je vhodný na dlhodobé vystavenie vonkajším podmienkam prostredia.
Od zlučovača k meniču: Táto vzdialenosť je relatívne krátka, ale ak je prúd vysoký, je potrebný kábel s väčším prierezom, napríklad PV1-F 1 * 10 mm ² alebo väčší. Zároveň by sa mala zvážiť aj otázka poklesu tlaku, aby sa zabezpečilo, že neprekročí stanovený percentuálny limit.
Výber komunikačných káblov
Výstup meniča do transformátora: Táto časť kábla je zodpovedná hlavne za prenos premeneného striedavého prúdu, preto je potrebné zvážiť, či jeho prúdová zaťažiteľnosť postačuje na zvládnutie špičkového výkonu. Vo všeobecnosti sa používajú pancierové káble s tromi alebo viacerými žilami a materiál by sa mal zvoliť ako medené alebo hliníkové jadro podľa aktuálnej situácie.
Špeciálna manipulácia s prípadom
Použitie obojstranných fotovoltaických modulov: So zvyšujúcim sa používaním obojstranných fotovoltaických modulov je potrebné pri výbere káblov zvážiť aj dodatočné zvýšenie prúdu spôsobené spätným ziskom. IEC 61215: V roku 2021 boli zavedené obojstranné typové štítky slnečného žiarenia (BNPI) a obojstranné spoľahlivé slnečné žiarenie (BSI), čo pomáha lepšie vyhodnotiť pracovný stav obojstranných komponentov a zodpovedajúcim spôsobom upraviť výber káblov.
Ako sa vyhnúť strate káblového vedenia a poklesu napätia?
Technické metódy:
1. Rozumne si vyberte špecifikácie káblov
Prierez vodiča zvoľte podľa záťažového prúdu: na krátke vzdialenosti obmedzte prierez vodiča podľa podmienok ohrevu (bezpečná prúdová zaťažiteľnosť) a na veľké vzdialenosti zvoľte prierez vodiča podľa podmienok straty napätia na základom bezpečnej prúdovej zaťažiteľnosti, aby sa zabezpečilo, že prevádzkové napätie v bode zaťaženia je v kvalifikovanom rozsahu. Napríklad pri výpočte výkonu 50 kW a 300 metrov dlhej linky, ak sa použije kábel s medeným jadrom 25 mm², jednofázový pokles napätia je 20 V a celkový pokles napätia medzi dvoma fázami dosiahne 40 V, čo spôsobí, že napätie na svorkách pokles na 360 V; Po použití káblov s medenými jadrami s plochou 35 milimetrov štvorcových alebo hliníkovými jadrami s veľkosťou 50 milimetrov štvorcových sa svorkové napätia udržiavajú na hodnote okolo 370 V a 366 V, čo spĺňa požiadavky na normálnu prevádzku zariadenia.
Zvážte vplyv faktorov prostredia: Keď teplota okolia stúpa, zvyšuje sa odpor kábla a zodpovedajúcim spôsobom sa zvyšuje aj pokles napätia. Preto je potrebné vyhnúť sa používaniu káblov v prostredí s vysokou teplotou a pre zariadenia, ktoré pracujú nepretržite po dlhú dobu, sa odporúča použiť káble väčšej špecifikácie, aby sa zabezpečila stabilná prevádzka pri kolísaní napätia.
2. Optimalizujte dizajn a kladenie liniek
Skráťte vzdialenosť napájacieho zdroja: Určite optimálnu polohu ťažiska záťaže, aby ste znížili alebo predišli javu prekročenia polomeru napájacieho zdroja. Všeobecnou požiadavkou na polomer napájania vidieckych vedení elektrickej siete je, že vedenie 400 V by nemalo prekročiť určitý rozsah, čo účinne znižuje stratu vedenia.
Zlepšenie trasy obvodu: Inštaláciou nových prenosových a rozvodných vedení alebo renováciou existujúcich vedení, pričom sa zohľadní efektívnosť nákladov, primeraným zvýšením prierezu vodičov a výberom vhodných materiálov, ako sú nové energeticky úsporné vodiče, nižší elektrický odpor a lepšia vodivosť. možno dosiahnuť.
Rozumné plánovanie otočných bodov: Silové káble majú prísne požiadavky na polomer otáčania. Počas procesu výstavby by sa malo vynaložiť úsilie na minimalizáciu krútiaceho momentu na kábloch a malo by sa zachovať prirodzené ohýbanie otáčania kábla a vyhradených častí, aby sa zabránilo vnútornému mechanickému poškodeniu.
3. Zlepšite efektivitu systému
Zlepšenie účinníka: Inštalácia zariadení na kompenzáciu jalového výkonu na oboch koncoch linky, ako sú paralelné kondenzátorové banky, môže zlepšiť účinník, znížiť indukčný jalový výkon, a tým znížiť hodnotu prúdu vo vedení, čo pomáha znižovať straty vo vedení.
Úprava vyváženia trojfázovej záťaže: Lepšie vyváženie trojfázovej záťaže je jedným z najhospodárnejších a najúčinnejších opatrení na zníženie strát. Rovnomerným rozdelením jednofázových užívateľov do fáz A, B a C na zníženie prúdu na neutrálnom vedení je možné dosiahnuť cieľ zníženia straty vedenia.
4. Posilniť každodenné riadenie a monitorovanie
Pravidelná kontrola a údržba: Vytvorte komplexný systém riadenia, vykonávajte inšpekcie v oblastiach, kde sa môžu vyskytnúť problémy, okamžite identifikujte a riešte potenciálne nebezpečenstvá, ako je starnutie izolácie, zlé spoje atď., aby ste zabránili ich prerastaniu do vážnych porúch.
Použitie pokročilých technologických prostriedkov: prijatie pokročilých online monitorovacích nástrojov, ako je technológia monitorovania cirkulácie vonkajšieho plášťa, online technológia merania teploty z optických vlákien a technológia detekcie čiastočného výboja, na posilnenie monitorovania stavu prevádzky kábla v reálnom čase, včasné varovanie pred chybami a zabránenie napájania výpadkové nehody.