انتخاب کابل برای طرح طراحی نیروگاه فتوولتائیک

انتخاب و طراحی کابل برای نیروگاه های فتوولتائیک یکی از پیوندهای کلیدی برای اطمینان از عملکرد کارآمد و ایمن سیستم است. انتخاب مناسب کابل نه تنها می تواند اتلاف انرژی را کاهش دهد، بلکه طول عمر سیستم را افزایش داده و هزینه های تعمیر و نگهداری را کاهش می دهد.

نکات کلیدی انتخاب و طراحی کابل

با توجه به انتخاب ولتاژ نامی سیستم فتوولتائیک:کابل باید الزامات ولتاژ نامی سیستم فتوولتائیک را برآورده کند. به عنوان مثال، در یک نیروگاه فتوولتائیک با ولتاژ کاری DC 600 ولت یا بالاتر، باید کابل هایی انتخاب شوند که بتوانند سطح ولتاژ مربوطه را تحمل کنند.

در نظر گرفتن مشخصات بار:برای تعیین اندازه مقطع و ظرفیت باربری کابل، لازم است مشخصات بار بین پانل فتوولتائیک و اینورتر شامل حداکثر جریان، جریان اتصال کوتاه و غیره در نظر گرفته شود. برای سیستم‌های فتوولتائیک خانگی، کابل‌های هسته‌ای آلومینیومی معمولاً برای کنترل هزینه‌ها استفاده می‌شوند، اما کابل‌های هسته مسی برای تحریک موتور، منابع مهم برق و موارد دیگر ترجیح داده می‌شوند.

مقاومت در برابر آب و هوا و سازگاری محیطی:کابل های فضای باز باید عملکردهای ضد آب و مقاوم در برابر اشعه ماوراء بنفش و همچنین مقاومت در برابر حرارت و مقاوم در برابر شعله داشته باشند، به ویژه برای کابل هایی که در محیط های با دمای بالا کار می کنند، مانند آن هایی که در خاک مدفون شده اند، باید به عملکرد اتلاف حرارت آنها توجه ویژه ای شود.

سطح عایق و سطح حفاظت:سطح عایق کابل های برق برای انتقال جریان مستقیم باید الزامات اضافه ولتاژ داخلی را برآورده کند. سطح ولتاژ مقاومت کابل ها در سیستم ارتباطی نیز باید با مقررات استاندارد مطابقت داشته باشد. علاوه بر این، تاثیر روش های کابل گذاری بر روی مواد عایق نیز باید در نظر گرفته شود.

ضریب تصحیح ظرفیت حمل فعلی:ظرفیت واقعی انتقال جریان کابل را با توجه به روش های مختلف تخمگذار (دفن مستقیم، نفوذ لوله و غیره)، دمای محیط و سایر عوامل تنظیم کنید. به عنوان مثال، در شرایط دمایی بالاتر، ظرفیت حمل جریان کابل ها کاهش می یابد، بنابراین لازم است هنگام انتخاب مقداری حاشیه باقی بماند.

کنترل تلفات خط و افت ولتاژ:به منظور اطمینان از کارایی سیستم، افت خط کابل های DC فتوولتائیک به طور کلی نباید از 2٪ تجاوز کند، در حالی که افت ولتاژ کابل های جانبی DC معمولاً باید بین 1٪ تا 2٪ کنترل شود.

انتخاب انواع کابل:الزامات مختلفی برای انواع کابل در سناریوهای کاربردی مختلف وجود دارد. به عنوان مثال، برای تجهیزات الکتریکی سیار یا موقعیت هایی با الزامات قابلیت اطمینان خاص، استفاده از کابل های هسته مسی توصیه می شود.

رعایت استانداردهای صنعت:انتخاب کابل همچنین باید به استانداردهای ملی مربوطه، مانند GB50217-2007 «کد طراحی کابل‌ها در مهندسی برق» و همچنین استانداردهای منتشر شده توسط کمیسیون بین‌المللی الکتروتکنیکی (IEC) مراجعه کند تا اطمینان حاصل شود که انتخاب با آن مطابقت دارد. آخرین مشخصات فنی

اصل راهنما

1. محیط برنامه

لازم است شرایط محیطی خاصی که در آن کابل نصب می شود، مشخص شود. اگر در داخل خانه استفاده می شود، کابل های استانداردی را انتخاب کنید که به لایه های محافظ اضافی نیاز ندارند. و کابل های فضای باز باید عواملی مانند محافظت در برابر اشعه ماوراء بنفش، ضد آب و مقاومت در برابر سرما را در نظر بگیرند. علاوه بر این، لازم است ارزیابی شود که آیا دماهای بالا، دمای پایین، مواد شیمیایی، لکه های روغن یا سایر شرایط سخت در اطراف وجود دارد که می تواند بر انتخاب کابل ها تأثیر بگذارد.

2. سطح ولتاژ

تعیین حداکثر ولتاژی که کابل برای تحمل آن نیاز دارد یک مرحله بسیار مهم است. ولتاژ نامی کابل باید بالاتر یا برابر با ولتاژ عملیاتی واقعی سیستم باشد تا از ایمنی و قابلیت اطمینان اطمینان حاصل شود. به عنوان مثال، در سیستم های فتوولتائیک، ولتاژ کار در سمت DC معمولاً 600 ولت یا بالاتر است، بنابراین باید کابل هایی با سطح ولتاژ مربوطه انتخاب شوند.

3. بار فعلی

تعیین سطح مقطع کابل بر اساس حداکثر جریان مورد نیاز برای حمل آن ضروری است. طبق فرمول محاسبه، تک فاز I=P/(U × cos Φ)، سه فاز I=P/(√ 3 × U × cos Φ)، که در آن P توان است ( W)، U ولتاژ (V) و cos Φ ضریب توان است (معمولاً به صورت 0.8 گرفته می شود). برای سناریوهای کاربردی خاص، مانند نیروگاه های فتوولتائیک، همچنین لازم است جریان خروجی قطعات و حداکثر جریان خروجی اینورتر در نظر گرفته شود.

4. نوع کابل

نصب ثابت: مناسب برای اکثر موقعیت‌های سیم‌کشی در ساختمان‌ها، که معمولاً مورد استفاده قرار می‌گیرد شامل کابل‌های عایق‌شده پلی‌اتیلن متقاطع (XLPE)، کابل‌های عایق‌شده پلی‌وینیل کلرید (PVC) و غیره است.

نصب موبایل: زمانی که کابل ها نیاز به خم شدن یا لرزش مکرر دارند، مانند داخل تجهیزات مکانیکی، کابل های عایق لاستیکی یا کابل های عایق شده با لاستیک سیلیکونی باید انتخاب شوند زیرا انعطاف پذیری و مقاومت در برابر سایش بهتری دارند.

5. مواد عایق

انتخاب مواد عایق بستگی به سناریوی استفاده خاص دارد. به عنوان مثال، عایق XLPE برای محیط های با دمای بالا و ولتاژ بالا مناسب است، در حالی که عایق PVC برای استفاده در محیط های عمومی مناسب تر است.

6. مواد غلاف

مواد غلاف نیز باید با محیط استفاده مطابقت داشته باشد. مواد غلاف متداول شامل غلاف PVC، غلاف پلی اتیلن، غلاف لاستیکی و غیره می باشد. برای شرایط با شرایط خاص مانند مقاومت در برابر روغن، مقاومت در برابر اسید و قلیایی، مقاومت در برابر سرما، مقاومت در برابر حرارت و غیره، باید کابل های مخصوص مربوطه انتخاب شود.

7. مواد هادی

مواد هادی عمدتاً به دو نوع مس و آلومینیوم تقسیم می شوند. مس رسانایی بهتری نسبت به آلومینیوم دارد، اما هزینه آن بالاتر است. کابل‌های رسانای آلومینیومی سبک‌تر و ارزان‌تر هستند، اما کابل‌های هسته مسی ظرفیت انتقال جریان بالاتر و عملکرد بهتر اتلاف گرما در سطح مقطع یکسان دارند.

8. عملکرد مقاوم در برابر شعله و مقاومت در برابر آتش

در برخی محیط‌های خاص، مانند داخل ساختمان‌ها، ممکن است برای بهبود ایمنی، استفاده از کابل‌هایی با ویژگی‌های مقاوم در برابر شعله یا مقاوم در برابر آتش ضروری باشد.

9. اقتصاد

در نهایت، ضمن رعایت تمامی استانداردهای فنی و ایمنی، مقرون به صرفه بودن کابل ها نیز باید در نظر گرفته شود. این نه تنها به معنای در نظر گرفتن قیمت اولیه خرید، بلکه هزینه های نگهداری طولانی مدت و سایر هزینه های احتمالی است.

10. استانداردها و مشخصات

رعایت استانداردها و مشخصات ملی و صنعتی مربوطه مانند GB/T، IEC، ASTM و غیره بسیار مهم است. این استانداردها الزامات خاصی را برای طراحی، ساخت، آزمایش و سایر جنبه‌های کابل فراهم می‌کنند و از سازگاری و قابلیت اطمینان محصول اطمینان می‌دهند. کیفیت

مثال

با فرض اینکه ما نیاز به طراحی یک طرح کابلی برای یک نیروگاه برق فتوولتائیک زمینی بزرگ داریم، لطفاً به مراحل خاص زیر مراجعه کنید:

انتخاب کابل DC

جزء به جعبه ترکیبی: برای کابل DC بین ماژول فتوولتائیک و جعبه ترکیبی، با توجه به شدت جریان بالا، PV{0}}F کابل مشخصات 1 * 6 میلی متر مربع انتخاب شده است. این نوع کابل استحکام مکانیکی و عملکرد الکتریکی خوبی دارد و برای قرار گرفتن طولانی مدت در شرایط محیطی خارجی مناسب است.

از جعبه ترکیب کننده تا اینورتر: این فاصله نسبتاً کوتاه است، اما اگر جریان زیاد باشد، به کابل سطح مقطع بزرگتر مانند PV1-F 1 * 10mm² یا اندازه بزرگتر نیاز است. در عین حال، مسئله افت فشار نیز باید در نظر گرفته شود تا اطمینان حاصل شود که از حد درصد مشخص شده تجاوز نمی کند.

انتخاب کابل های ارتباطی

خروجی اینورتر به ترانسفورماتور: این قسمت از کابل عمدتاً وظیفه انتقال برق AC تبدیل شده را بر عهده دارد، بنابراین باید در نظر گرفت که آیا ظرفیت حمل جریان آن برای مقابله با حداکثر توان خروجی کافی است یا خیر. به طور کلی، از سه هسته یا کابل زره پوش چند هسته ای استفاده می شود و مواد باید به عنوان هسته مس یا آلومینیوم با توجه به وضعیت واقعی انتخاب شود.

رسیدگی به پرونده های خاص

کاربرد ماژول های فتوولتائیک دو طرفه: با استفاده روزافزون از ماژول های فتوولتائیک دو طرفه، انتخاب کابل نیز نیاز به در نظر گرفتن افزایش جریان اضافی ناشی از بهره برگشت دارد. IEC 61215: در سال 2021، تابش خورشیدی پلاک دو طرفه (BNPI) و تابش خورشیدی با قابلیت اطمینان دو طرفه (BSI) معرفی شدند که به ارزیابی بهتر وضعیت کار اجزای دو طرفه و تنظیم انتخاب کابل بر اساس آن کمک می کند.

چگونه از افت خط کابل و افت ولتاژ جلوگیری کنیم؟

روشهای فنی:

1. معقولانه مشخصات کابل را انتخاب کنید

سطح مقطع سیم را بر اساس جریان بار انتخاب کنید: برای فواصل کوتاه، سطح مقطع سیم را بر اساس شرایط گرمایش محدود کنید (ظرفیت حمل جریان مطمئن) و برای مسافت های طولانی، مقطع سیم را بر اساس شرایط افت ولتاژ انتخاب کنید. اساس ظرفیت حمل جریان ایمن برای اطمینان از اینکه ولتاژ کاری در نقطه بار در محدوده مجاز است. به عنوان مثال، هنگام محاسبه یک خط برق 50 کیلو وات و طول 300 متر، اگر از کابل مسی 25 میلی متر مربع استفاده شود، افت ولتاژ تک فاز 20 ولت است و افت ولتاژ کل بین دو فاز به 40 ولت می رسد که باعث می شود ولتاژ پایانه کاهش تا 360 ولت؛ پس از استفاده از کابل هایی با هسته های مسی 35 میلی متر مربع یا هسته های آلومینیومی 50 میلی متر مربعی، ولتاژ ترمینال به ترتیب در حدود 370 ولت و 366 ولت حفظ می شود و شرایط لازم برای عملکرد عادی تجهیزات را برآورده می کند.

تأثیر عوامل محیطی را در نظر بگیرید: هنگامی که دمای محیط افزایش می یابد، مقاومت کابل افزایش می یابد و افت ولتاژ نیز بر همین اساس افزایش می یابد. بنابراین باید از استفاده از کابل ها در محیط های با دمای بالا خودداری شود و برای تجهیزاتی که به طور مداوم برای مدت طولانی کار می کنند، توصیه می شود از کابل هایی با مشخصات بزرگتر استفاده شود تا از عملکرد پایدار تحت نوسانات ولتاژ اطمینان حاصل شود.

2. طراحی خط و تخمگذار را بهینه کنید

فاصله منبع تغذیه را کوتاه کنید: موقعیت بهینه مرکز بار را برای کاهش یا اجتناب از پدیده تجاوز از شعاع منبع تغذیه تعیین کنید. نیاز کلی برای شعاع منبع تغذیه خطوط شبکه برق روستایی این است که خط 400 ولت نباید از محدوده خاصی تجاوز کند که به طور موثر نرخ تلفات خط را کاهش می دهد.

بهبود مسیر مدار: با نصب خطوط انتقال و توزیع جدید یا بازسازی خطوط موجود، با در نظر گرفتن مقرون به صرفه بودن، افزایش مناسب مقطع سیم و انتخاب مصالح مناسب مانند هادی های جدید کم مصرف، مقاومت الکتریکی کمتر و رسانایی بهتر. می توان به دست آورد.

برنامه ریزی معقول نقاط عطف: کابل های برق دارای الزامات سختگیرانه ای برای شعاع چرخش هستند. در طول فرآیند ساخت، باید تلاش کرد تا گشتاور روی کابل ها به حداقل برسد و خمش طبیعی در چرخش کابل و قطعات رزرو شده حفظ شود تا از آسیب مکانیکی داخلی جلوگیری شود.

3. بهبود کارایی سیستم

بهبود ضریب توان: نصب دستگاه های جبران توان راکتیو در دو انتهای خط، مانند بانک های خازن موازی، می تواند ضریب توان را بهبود بخشد، توان راکتیو القایی را کاهش دهد و در نتیجه مقدار جریان را در خط کاهش دهد که به کاهش تلفات خط کمک می کند.

تنظیم تعادل بارهای سه فاز: بالانس بهتر بارهای سه فاز یکی از اقتصادی ترین و موثرترین اقدامات برای کاهش تلفات است. با توزیع یکنواخت کاربران تک فاز در فازهای A، B و C برای کاهش جریان در خط نول، می توان به هدف کاهش تلفات خط دست یافت.

4. تقویت مدیریت و نظارت روزانه

بازرسی و نگهداری منظم: ایجاد یک سیستم مدیریت جامع، انجام بازرسی در مناطقی که ممکن است مشکلاتی رخ دهد، به سرعت خطرات احتمالی مانند قدیمی شدن عایق، اتصالات ضعیف و غیره را شناسایی کرده و به آنها رسیدگی کنید تا از تبدیل آنها به خرابی های جدی جلوگیری کنید.

استفاده از ابزارهای پیشرفته فناوری: استفاده از ابزارهای نظارت آنلاین پیشرفته مانند فناوری نظارت بر گردش غلاف بیرونی، فناوری اندازه‌گیری دمای فیبر نوری آنلاین و فناوری تشخیص تخلیه جزئی، برای تقویت نظارت بر زمان واقعی وضعیت عملکرد کابل، هشدار اولیه نقص و جلوگیری از برق. حوادث قطعی