يعد اختيار وتصميم الكابلات لمحطات الطاقة الكهروضوئية أحد الروابط الرئيسية لضمان التشغيل الفعال والآمن للنظام. لا يؤدي الاختيار المعقول للكابلات إلى تقليل فقدان الطاقة فحسب، بل يمكنه أيضًا إطالة عمر خدمة النظام وتقليل تكاليف الصيانة.
النقاط الرئيسية لاختيار الكابل والتصميم
وفقًا لاختيار الجهد المقنن للنظام الكهروضوئي:يجب أن يلبي الكابل متطلبات الجهد المقنن للنظام الكهروضوئي. على سبيل المثال، في محطة الطاقة الكهروضوئية ذات جهد تشغيل تيار مستمر يبلغ 600 فولت أو أعلى، يجب اختيار الكابلات التي يمكنها تحمل مستوى الجهد المقابل.
النظر في خصائص التحميل:من الضروري أن تأخذ في الاعتبار خصائص الحمل بين اللوحة الكهروضوئية والعاكس، بما في ذلك التيار الأقصى، وتيار الدائرة القصيرة، وما إلى ذلك، من أجل تحديد حجم المقطع العرضي وقدرة الحمل للكابل. بالنسبة للأنظمة الكهروضوئية المنزلية، عادةً ما يتم استخدام الكابلات الأساسية المصنوعة من الألومنيوم للتحكم في التكاليف، ولكن الكابلات الأساسية النحاسية مفضلة أكثر لإثارة المحرك ومصادر الطاقة المهمة ومناسبات أخرى.
مقاومة الطقس والقدرة على التكيف البيئي:يجب أن تتمتع الكابلات الخارجية بوظائف مقاومة للماء والأشعة فوق البنفسجية، بالإضافة إلى مقاومة جيدة للحرارة ومثبطات اللهب، خاصة بالنسبة للكابلات التي تعمل في بيئات ذات درجات حرارة عالية، مثل تلك المدفونة في التربة، يجب إيلاء اهتمام خاص لأداء تبديد الحرارة.
مستوى العزل ومستوى الحماية:يجب أن يفي مستوى العزل لكابلات الطاقة لنقل التيار المباشر بمتطلبات الجهد الزائد الداخلي؛ يجب أيضًا أن يتوافق مستوى جهد تحمل الصدمات للكابلات في نظام الاتصالات مع اللوائح القياسية. بالإضافة إلى ذلك، يجب أيضًا أخذ تأثير طرق مد الكابلات على المواد العازلة بعين الاعتبار.
عامل تصحيح القدرة الاستيعابية الحالية:اضبط القدرة الاستيعابية الحالية الفعلية للكابل وفقًا لطرق التمديد المختلفة (الدفن المباشر، اختراق الأنابيب، وما إلى ذلك)، ودرجة الحرارة البيئية، وعوامل أخرى. على سبيل المثال، في ظل ظروف درجات الحرارة المرتفعة، ستنخفض القدرة الاستيعابية الحالية للكابلات، لذلك من الضروري ترك بعض الهامش عند الاختيار.
فقدان الخط والتحكم في انخفاض الجهد:من أجل ضمان كفاءة النظام، يجب ألا يتجاوز فقدان خط كابلات التيار المستمر الكهروضوئية بشكل عام 2%، بينما يجب عادةً التحكم في انخفاض جهد الكابلات الجانبية للتيار المستمر بنسبة تتراوح بين 1% و2%.
اختيار أنواع الكابلات:هناك متطلبات مختلفة لأنواع الكابلات في سيناريوهات التطبيقات المختلفة. على سبيل المثال، بالنسبة للمعدات الكهربائية المتنقلة أو المواقف ذات متطلبات الموثوقية الخاصة، يوصى باستخدام الكابلات النحاسية الأساسية.
الامتثال لمعايير الصناعة:يجب أن يشير اختيار الكابلات أيضًا إلى المعايير الوطنية ذات الصلة، مثل GB50217-2007 "كود تصميم الكابلات في هندسة الطاقة"، بالإضافة إلى المعايير التي نشرتها اللجنة الكهروتقنية الدولية (IEC)، لضمان توافق التحديد مع أحدث المواصفات الفنية.
المبدأ التوجيهي
1. بيئة التطبيق
من الضروري تحديد الظروف البيئية المحددة التي سيتم تركيب الكابل بموجبها. إذا تم استخدامها في الداخل، فاختر الكابلات القياسية التي لا تتطلب طبقات حماية إضافية؛ وتحتاج الكابلات الخارجية إلى مراعاة عوامل مثل الحماية من الأشعة فوق البنفسجية والعزل المائي ومقاومة البرد. بالإضافة إلى ذلك، من الضروري تقييم ما إذا كانت هناك درجات حرارة عالية، أو درجات حرارة منخفضة، أو مواد كيميائية، أو بقع زيتية، أو غيرها من الظروف القاسية، والتي يمكن أن تؤثر على اختيار الكابلات.
2. مستوى الجهد
يعد تحديد الحد الأقصى للجهد الذي يحتاج الكابل لتحمله خطوة حاسمة. يجب أن يكون الجهد المقنن للكابل أعلى من أو يساوي جهد التشغيل الفعلي للنظام لضمان السلامة والموثوقية. على سبيل المثال، في الأنظمة الكهروضوئية، يكون جهد التشغيل على جانب التيار المستمر عادةً 600 فولت أو أعلى، لذلك يجب اختيار الكابلات ذات مستوى الجهد المقابل.
3. الحمل الحالي
من الضروري تحديد مساحة المقطع العرضي للكابل بناءً على الحد الأقصى للتيار الذي يحتاج إلى حمله. وفقًا لصيغة الحساب، مرحلة واحدة I=P/(U × cos Φ)، ثلاث مراحل I=P/(√ 3 × U × cos Φ)، حيث P هي الطاقة ( W)، U هو الجهد (V)، وcos Φ هو عامل الطاقة (يُؤخذ عادةً كـ 0.8). بالنسبة لسيناريوهات التطبيقات المحددة، مثل محطات الطاقة الكهروضوئية، من الضروري أيضًا مراعاة تيار الخرج للمكونات والحد الأقصى لتيار الخرج للعاكس.
4. نوع الكابل
التثبيت الثابت: مناسب لمعظم حالات الأسلاك في المباني، ويشمل الاستخدام الشائع الكابلات المعزولة من البولي إيثيلين المتقاطع (XLPE)، والكابلات المعزولة من كلوريد البولي فينيل (PVC)، وما إلى ذلك.
التثبيت المتنقل: عندما تحتاج الكابلات إلى الثني أو الاهتزاز بشكل متكرر، كما هو الحال داخل المعدات الميكانيكية، يجب اختيار الكابلات المعزولة بالمطاط أو الكابلات المعزولة بمطاط السيليكون لأنها تتمتع بمرونة أفضل ومقاومة للتآكل.
5. المواد العازلة
يعتمد اختيار المواد العازلة على سيناريو الاستخدام المحدد. على سبيل المثال، يعتبر العزل XLPE مناسبًا لبيئات درجة الحرارة العالية والجهد العالي، في حين أن العزل PVC أكثر ملاءمة للاستخدام في البيئات العامة.
6. مادة غمد
يجب أن تتوافق مادة الغلاف أيضًا مع بيئة الاستخدام. تشتمل مواد الغلاف الشائعة على الغلاف PVC، والغلاف PE، والغلاف المطاطي، وما إلى ذلك. بالنسبة للحالات ذات المتطلبات الخاصة مثل مقاومة الزيت، ومقاومة الأحماض والقلويات، ومقاومة البرد، ومقاومة الحرارة، وما إلى ذلك، يجب اختيار الكابلات الخاصة المقابلة.
7. مادة موصلة
تنقسم المواد الموصلة بشكل أساسي إلى نوعين: النحاس والألومنيوم. يتمتع النحاس بموصلية أفضل من الألومنيوم، لكن تكلفته أعلى؛ تعتبر الكابلات الموصلة المصنوعة من الألومنيوم أخف وزنًا وأقل تكلفة، لكن الكابلات ذات القلب النحاسي تتمتع بقدرة حمل تيار أعلى وأداء أفضل لتبديد الحرارة تحت نفس منطقة المقطع العرضي.
8. أداء تثبيط اللهب ومقاومة الحريق
في بعض البيئات المحددة، مثل داخل المباني، قد يكون من الضروري استخدام كابلات ذات خصائص مثبطة للهب أو مقاومة للحريق لتحسين السلامة.
9. الاقتصاد
أخيرًا، مع تلبية جميع المعايير الفنية ومعايير السلامة، يجب أيضًا مراعاة فعالية الكابلات من حيث التكلفة. وهذا لا يعني فقط النظر في سعر الشراء الأولي، ولكن أيضًا تكاليف الصيانة طويلة المدى والتكاليف المحتملة الأخرى.
10. المعايير والمواصفات
من المهم جدًا الالتزام بالمعايير والمواصفات الوطنية والصناعية ذات الصلة، مثل GB/T وIEC وASTM وما إلى ذلك. توفر هذه المعايير متطلبات محددة لتصميم الكابلات وتصنيعها واختبارها وجوانب أخرى، مما يضمن اتساق المنتج وموثوقيته. جودة.
مثال
بافتراض أننا بحاجة إلى تصميم مخطط كابل لمحطة طاقة كهروضوئية كبيرة على الأرض، يرجى الرجوع إلى الخطوات المحددة التالية:
اختيار كابل العاصمة
مكون إلى صندوق الموحد: بالنسبة لكابل التيار المستمر بين الوحدة الكهروضوئية وصندوق الموحد، مع الأخذ في الاعتبار كثافة التيار العالية، يتم تحديد PV 1-F كبل مواصفات 1 * 6 مم ². يتمتع هذا النوع من الكابلات بقوة ميكانيكية وأداء كهربائي جيد، وهو مناسب للتعرض طويل الأمد للظروف البيئية الخارجية.
من صندوق الدمج إلى العاكس: هذه المسافة قصيرة نسبيًا، ولكن إذا كان التيار مرتفعًا، يلزم وجود كابل ذو مساحة مقطعية أكبر، مثل PV1-F 1 * 10mm ² أو حجم أكبر. وفي الوقت نفسه، ينبغي أيضًا النظر في مسألة انخفاض الضغط للتأكد من عدم تجاوزه النسبة المئوية المحددة.
اختيار كابلات الاتصالات
مخرج العاكس إلى المحول: هذا الجزء من الكابل مسؤول بشكل أساسي عن نقل طاقة التيار المتردد المحولة، لذلك من الضروري النظر فيما إذا كانت قدرته الاستيعابية الحالية كافية للتعامل مع ذروة خرج الطاقة. بشكل عام، يتم استخدام الكابلات المدرعة ذات ثلاثة مراكز أو متعددة النواة، ويجب اختيار المادة كنواة من النحاس أو الألومنيوم وفقًا للحالة الفعلية.
التعامل مع الحالات الخاصة
تطبيق الوحدات الكهروضوئية ذات الوجهين: مع الاستخدام المتزايد للوحدات الكهروضوئية ذات الوجهين، يحتاج اختيار الكابلات أيضًا إلى مراعاة الزيادة الحالية الإضافية الناتجة عن الكسب الخلفي. IEC 61215: في عام 2021، تم تقديم الإشعاع الشمسي للوحة الاسم على الوجهين (BNPI) والإشعاع الشمسي الموثوق به على الوجهين (BSI)، مما يساعد على تقييم حالة عمل المكونات ذات الوجهين بشكل أفضل وضبط اختيار الكابل وفقًا لذلك.
كيف تتجنب فقدان خط الكابل وانخفاض الجهد؟
الأساليب الفنية:
1. اختر مواصفات الكابل بشكل معقول
حدد المقطع العرضي للسلك بناءً على تيار الحمل: بالنسبة للمسافات القصيرة، حدد المقطع العرضي للسلك بناءً على ظروف التسخين (قدرة حمل التيار الآمن)، وبالنسبة للمسافات الطويلة، حدد المقطع العرضي للسلك بناءً على ظروف فقدان الجهد على أساس القدرة الاستيعابية الآمنة للتيار لضمان أن جهد التشغيل عند نقطة التحميل ضمن النطاق المؤهل. على سبيل المثال، عند حساب طاقة بقدرة 50 كيلووات وخط طوله 300 متر، إذا تم استخدام كبل نحاسي 25 مم²، فإن انخفاض الجهد أحادي الطور يبلغ 20 فولت، ويصل إجمالي انخفاض الجهد بين المرحلتين إلى 40 فولت، مما يؤدي إلى انخفاض الجهد الطرفي انخفاض إلى 360 فولت. بعد استخدام الكابلات ذات قلب نحاسي 35 ملليمتر مربع أو قلب ألومنيوم 50 ملليمتر مربع، يتم الحفاظ على الفولتية الطرفية عند حوالي 370 فولت و366 فولت، على التوالي، لتلبية متطلبات التشغيل العادي للمعدات.
ضع في اعتبارك تأثير العوامل البيئية: عندما ترتفع درجة الحرارة المحيطة، تزداد مقاومة الكابل، ويزداد أيضًا انخفاض الجهد وفقًا لذلك. لذلك، يجب تجنب استخدام الكابلات في البيئات ذات درجات الحرارة العالية، وبالنسبة للمعدات التي تعمل بشكل مستمر لفترات طويلة من الزمن، يوصى باستخدام كابلات ذات مواصفات أكبر لضمان التشغيل المستقر في ظل تقلبات الجهد.
2. تحسين تصميم الخط ووضعه
تقصير مسافة مصدر الطاقة: تحديد الموضع الأمثل لمركز التحميل لتقليل أو تجنب ظاهرة تجاوز نصف قطر مصدر الطاقة. الشرط العام لنصف قطر مصدر الطاقة لخطوط شبكة الطاقة الريفية هو أن خط 400 فولت يجب ألا يتجاوز نطاقًا معينًا، مما يقلل بشكل فعال من معدل فقدان الخط.
تحسين مسار الدائرة: من خلال تركيب خطوط نقل وتوزيع جديدة أو تجديد الخطوط الحالية، مع مراعاة فعالية التكلفة، وزيادة المقطع العرضي للسلك بشكل مناسب، واختيار المواد المناسبة مثل الموصلات الجديدة الموفرة للطاقة، والمقاومة الكهربائية المنخفضة والتوصيل الأفضل يمكن تحقيقه.
التخطيط المعقول لنقاط التحول: تتمتع كابلات الطاقة بمتطلبات صارمة لنصف قطر الدوران. أثناء عملية البناء، يجب بذل الجهود لتقليل عزم الدوران على الكابلات، ويجب الحفاظ على الانحناء الطبيعي في أجزاء الدوران والأجزاء المحجوزة لمنع الضرر الميكانيكي الداخلي.
3. تحسين كفاءة النظام
تحسين معامل القدرة: يمكن أن يؤدي تركيب أجهزة تعويض الطاقة التفاعلية على طرفي الخط، مثل بنوك المكثفات المتوازية، إلى تحسين معامل القدرة، وتقليل الطاقة التفاعلية الحثية، وبالتالي خفض القيمة الحالية في الخط، مما يساعد على تقليل خسائر الخط.
ضبط توازن الأحمال ثلاثية الطور: يعد الموازنة الأفضل للأحمال ثلاثية الطور أحد أكثر الإجراءات اقتصادية وفعالية لتقليل الخسائر. من خلال توزيع المستخدمين أحادي الطور بالتساوي على المراحل A وB وC لتقليل التيار على الخط المحايد، يمكن تحقيق هدف تقليل فقد الخط.
4. تعزيز الإدارة والرصد اليومي
الفحص والصيانة المنتظمة: إنشاء نظام إدارة شامل، وإجراء عمليات تفتيش في المناطق التي قد تحدث فيها مشكلات، وتحديد المخاطر المحتملة على الفور ومعالجتها مثل تقادم العزل، وضعف المفاصل، وما إلى ذلك، لمنعها من التفاقم إلى أعطال خطيرة.
استخدام الوسائل التكنولوجية المتقدمة: اعتماد أدوات مراقبة متقدمة عبر الإنترنت مثل تقنية مراقبة دوران الغلاف الخارجي، وتقنية قياس درجة حرارة الألياف الضوئية عبر الإنترنت، وتقنية الكشف عن التفريغ الجزئي، لتعزيز المراقبة في الوقت الحقيقي لحالة تشغيل الكابل، والإنذار المبكر بالعيوب، ومنع الطاقة حوادث انقطاع.