הבחירה והעיצוב של כבלים לתחנות כוח פוטו-וולטאיות הוא אחד מהחוליות המרכזיות להבטחת תפעול יעיל ובטוח של המערכת. בחירת כבלים סבירה יכולה לא רק להפחית את אובדן האנרגיה, אלא גם להאריך את חיי השירות של המערכת ולהפחית את עלויות התחזוקה.
נקודות מפתח של בחירת כבלים ועיצוב
על פי בחירת המתח המדורג של המערכת הפוטו-וולטאית:הכבל חייב לעמוד בדרישות המתח המדורג של המערכת הפוטו-וולטאית. לדוגמה, בתחנת כוח פוטו-וולטאית עם מתח עבודה DC של 600V ומעלה, יש לבחור כבלים שיכולים לעמוד ברמת המתח המתאימה.
בהתחשב במאפייני עומס:יש צורך לקחת בחשבון את מאפייני העומס בין הפאנל הפוטו-וולטאי למהפך, לרבות זרם מרבי, זרם קצר וכו', על מנת לקבוע את גודל החתך ויכולת הנשיאה של הכבל. עבור מערכות פוטו-וולטאיות ביתיות, כבלי ליבת אלומיניום משמשים בדרך כלל לשליטה בעלויות, אך כבלי ליבת נחושת עדיפים יותר עבור עירור מנוע, מקורות כוח חשובים ואירועים אחרים.
עמידות למזג האוויר ויכולת הסתגלות לסביבה:כבלים חיצוניים צריכים להיות בעלי פונקציות עמידות למים ועמידות בפני קרינת UV, כמו גם עמידות טובה בחום ועיכוב בעירה, במיוחד עבור כבלים הפועלים בסביבות טמפרטורות גבוהות, כגון אלו הקבורות באדמה, יש להקדיש תשומת לב מיוחדת לביצועי פיזור החום שלהם.
רמת בידוד ורמת הגנה:רמת הבידוד של כבלי חשמל להעברת זרם ישר צריכה לעמוד בדרישות של מתח יתר פנימי; הפגיעה ברמת המתח של כבלים במערכת התקשורת צריכה לעמוד גם בתקנות הסטנדרטיות. בנוסף, יש לקחת בחשבון את ההשפעה של שיטות הנחת כבלים על חומרי בידוד.
מקדם תיקון קיבולת נשיאה נוכחית:התאם את כושר נשיאת הזרם בפועל של הכבל לפי שיטות הנחת שונות (קבורה ישירה, חדירת צינור וכו'), טמפרטורת הסביבה וגורמים נוספים. לדוגמה, בתנאי טמפרטורה גבוהים יותר, כושר הנשיאה הנוכחי של כבלים תקטן, ולכן יש צורך להשאיר מרווח מסוים בעת הבחירה.
בקרת אובדן קו ונפילת מתח:על מנת להבטיח את יעילות המערכת, אובדן הקו של כבלי DC פוטו-וולטאיים בדרך כלל לא יעלה על 2%, בעוד שבדרך כלל יש לשלוט על ירידת המתח של כבלי צד DC בין 1% ל-2%.
מבחר סוגי הכבלים:קיימות דרישות שונות לסוגי כבלים בתרחישי יישומים שונים. לדוגמה, עבור ציוד חשמלי נייד או מצבים עם דרישות אמינות מיוחדות, מומלץ להשתמש בכבלי ליבת נחושת.
תאימות לסטנדרטים בתעשייה:בחירת כבלים צריכה להתייחס גם לתקנים לאומיים רלוונטיים, כגון GB50217-2007 "קוד לתכנון כבלים בהנדסת חשמל", וכן לתקנים שפורסמו על ידי הנציבות האלקטרוטכנית הבינלאומית (IEC), כדי להבטיח שהבחירה תואמת את המפרט הטכני העדכני ביותר.
עקרון מנחה
1. סביבת אפליקציה
יש צורך לציין את התנאים הסביבתיים הספציפיים שבהם יותקן הכבל. אם משתמשים בפנים, בחרו בכבלים סטנדרטיים שאינם דורשים שכבות הגנה נוספות; וכבלים חיצוניים צריכים לקחת בחשבון גורמים כמו הגנת UV, איטום ועמידות בפני קור. בנוסף, יש צורך להעריך אם יש טמפרטורות גבוהות, טמפרטורות נמוכות, כימיקלים, כתמי שמן או תנאים קשים אחרים בסביבה, שיכולים להשפיע על בחירת הכבלים.
2. רמת מתח
קביעת המתח המרבי שהכבל צריך לעמוד בו היא שלב מכריע. המתח הנקוב של הכבל צריך להיות גבוה או שווה למתח ההפעלה בפועל של המערכת כדי להבטיח בטיחות ואמינות. לדוגמה, במערכות פוטו-וולטאיות, מתח ההפעלה בצד DC הוא בדרך כלל 600V ומעלה, ולכן יש לבחור כבלים ברמת המתח המתאימה.
3. עומס נוכחי
חיוני לקבוע את שטח החתך של כבל על סמך הזרם המרבי שהוא צריך לשאת. לפי נוסחת החישוב, חד פאזי I=P/(U × cos Φ), תלת פאזי I=P/(√ 3 × U × cos Φ), כאשר P הוא הספק ( W), U הוא מתח (V), ו-cos Φ הוא גורם הספק (בדרך כלל נלקח כ-0.8). עבור תרחישי יישום ספציפיים, כגון תחנות כוח פוטו-וולטאיות, יש צורך לשקול גם את זרם המוצא של הרכיבים ואת זרם המוצא המרבי של המהפך.
4. סוג כבל
התקנה קבועה: מתאים לרוב מצבי החיווט בבניינים, בשימוש נפוץ כוללים כבלים מבודדים מפוליאתילן צולב (XLPE), כבלים מבודדים מפוליויניל כלוריד (PVC), וכו'.
התקנה ניידת: כאשר יש צורך לכופף או לרטט כבלים לעיתים קרובות, כגון בתוך ציוד מכני, יש לבחור כבלים מבודדים מגומי או כבלים מבודדים מגומי סיליקון מכיוון שהם בעלי גמישות ועמידות בפני שחיקה טובים יותר.
5. חומרי בידוד
בחירת חומר הבידוד תלויה בתרחיש השימוש הספציפי. לדוגמה, בידוד XLPE מתאים לסביבות טמפרטורה גבוהה ומתח גבוה, בעוד בידוד PVC מתאים יותר לשימוש בסביבות כלליות.
6. חומר נדן
חומר המעטפת צריך להתאים גם לסביבת השימוש. חומרי המעטפת הנפוצים כוללים מעטפת PVC, מעטפת PE, מעטפת גומי וכו'. במצבים עם דרישות מיוחדות כגון עמידות בשמן, עמידות לחומצה ואלקלי, עמידות בפני קור, עמידות בחום וכו', יש לבחור כבלים מיוחדים מתאימים.
7. חומר מוליך
חומרי מוליכים מתחלקים בעיקר לשני סוגים: נחושת ואלומיניום. לנחושת מוליכות טובה יותר מאלומיניום, אך העלות שלה גבוהה יותר; כבלי מוליכים מאלומיניום הם קלים יותר ובעלות נמוכה יותר, אך לכבלי ליבת נחושת יש יכולת נשיאת זרם גבוהה יותר וביצועי פיזור חום טובים יותר תחת אותו שטח חתך.
8. ביצועי עיכוב בעירה ועמידות באש
בסביבות ספציפיות מסוימות, כגון בתוך מבנים, ייתכן שיהיה צורך להשתמש בכבלים בעלי תכונות מעכבי בעירה או עמידות בפני אש כדי לשפר את הבטיחות.
9. כלכלה
לבסוף, תוך עמידה בכל התקנים הטכניים והבטיחותיים, יש לקחת בחשבון גם את העלות-תועלת של כבלים. משמעות הדבר היא לא רק לקחת בחשבון את מחיר הרכישה הראשוני, אלא גם עלויות תחזוקה ארוכות טווח ועלויות פוטנציאליות אחרות.
10. תקנים ומפרטים
חשוב מאוד לעמוד בתקנים ומפרטים לאומיים ותעשייתיים רלוונטיים, כגון GB/T, IEC, ASTM וכו'. תקנים אלה מספקים דרישות ספציפיות לתכנון, ייצור, בדיקות והיבטים אחרים של כבלים, תוך הבטחת עקביות ואמינות המוצר. אֵיכוּת.
דוּגמָה
בהנחה שעלינו לתכנן ערכת כבלים עבור תחנת כוח פוטו-וולטאית גדולה מבוססת קרקע, אנא עיין בשלבים הספציפיים הבאים:
בחירת כבל DC
רכיב לתיבת קומבינר: עבור כבל DC בין המודול הפוטו-וולטאי לקופסת המשלב, בהתחשב בעוצמת הזרם הגבוהה, PV1-F נבחר במפרט כבל 1*6 מ"מ ². כבל מסוג זה בעל חוזק מכני וביצועים חשמליים טובים, והוא מתאים לחשיפה ארוכת טווח לתנאי סביבה חיצוניים.
מקופסת המשלב למהפך: מרחק זה קצר יחסית, אך אם הזרם גבוה, נדרש כבל שטח חתך גדול יותר, כגון PV1-F 1 * 10mm ² או גודל גדול יותר. יחד עם זאת, יש לשקול גם את סוגיית ירידת הלחץ על מנת לוודא שהיא אינה חורגת ממגבלת האחוזים שצוינה.
בחירת כבלי תקשורת
פלט מהפך לשנאי: חלק זה של הכבל אחראי בעיקר על העברת הספק ה-AC המומר, ולכן יש לשקול האם כושר נשיאת הזרם שלו מספיק כדי להתמודד עם שיא הספק. בדרך כלל, נעשה שימוש בשלושה כבלים או כבלים משוריינים מרובי ליבות, ויש לבחור את החומר כליבה נחושת או אלומיניום בהתאם למצב בפועל.
טיפול בתיקים מיוחדים
היישום של מודולים פוטו-וולטאיים דו-צדדיים: עם השימוש ההולך וגובר במודולים פוטו-וולטאיים דו-צדדיים, בחירת הכבלים צריכה גם לקחת בחשבון את תוספת הזרם הנוספת שהביאה הרווח האחורי. IEC 61215: בשנת 2021, הוצגו הקרנת שמש דו-צדדית (BNPI) וקרינת שמש דו-צדדית (BSI), מה שעוזר להעריך טוב יותר את מצב העבודה של רכיבים דו-צדדיים ולהתאים את בחירת הכבלים בהתאם.
כיצד להימנע מאובדן קו כבלים ומפיל מתח?
שיטות טכניות:
1. בחר באופן סביר מפרטי כבלים
בחר את חתך החוט בהתבסס על זרם העומס: למרחקים קצרים, הגבל את חתך החוט בהתבסס על תנאי החימום (כושר נשיאת זרם בטוח), ולמרחקים ארוכים, בחר את חתך החוט על סמך תנאי אובדן המתח ב הבסיס של כושר נשיאת זרם בטוח כדי להבטיח שמתח ההפעלה בנקודת העומס נמצא בטווח המותאם. לדוגמה, בעת חישוב הספק של 50 קילוואט וקו באורך 300 מטר, אם נעשה שימוש בכבל ליבת נחושת בגודל 25 מ"מ, מפל המתח החד-פאזי הוא 20 וולט, ומפל המתח הכולל בין שני השלבים מגיע ל-40 וולט, מה שגורם למתח המסוף ירידה ל-360V; לאחר שימוש בכבלים עם ליבות נחושת בגודל 35 מילימטר רבוע או ליבות אלומיניום בגודל 50 מילימטר רבוע, מתחי המסוף נשמרים בסביבות 370V ו-366V, בהתאמה, ועומדים בדרישות לפעולה רגילה של הציוד.
קחו בחשבון את ההשפעה של גורמים סביבתיים: כאשר טמפרטורת הסביבה עולה, ההתנגדות של הכבל עולה, וגם ירידת המתח עולה בהתאם. לכן, יש להימנע משימוש בכבלים בסביבות טמפרטורות גבוהות, ולציוד הפועל ברציפות לפרקי זמן ארוכים, מומלץ להשתמש בכבלים במפרט גדול יותר כדי להבטיח פעולה יציבה בתנודות מתח.
2. ייעול עיצוב והנחת קו
קיצור מרחק אספקת החשמל: קבע את המיקום האופטימלי של מרכז העומס כדי להפחית או למנוע את התופעה של חריגה מרדיוס אספקת החשמל. הדרישה הכללית לרדיוס אספקת החשמל של קווי רשת חשמל כפריים היא שקו 400V לא יעלה על טווח מסוים, מה שמפחית למעשה את שיעור אובדן הקו.
שיפור נתיב המעגל: על ידי התקנת קווי תמסורת והפצה חדשים או שיפוץ קווים קיימים, תוך התחשבות בעלות-תועלת, הגדלת חתך החוט בצורה מתאימה ובחירת חומרים מתאימים כגון מוליכים חדשים לחסכון באנרגיה, התנגדות חשמלית נמוכה יותר ומוליכות טובה יותר. ניתן להשיג.
תכנון סביר של נקודות מפנה: לכבלי חשמל יש דרישות מחמירות לרדיוס סיבוב. במהלך תהליך הבנייה יש לעשות מאמצים למזער את המומנט בכבלים, ולשמור על כיפוף טבעי בסיבוב הכבל וחלקים שמורים למניעת נזק מכני פנימי.
3. שפר את יעילות המערכת
שיפור מקדם ההספק: התקנת התקני פיצוי הספק תגובתי בשני קצוות הקו, כגון בנק קבלים מקבילים, יכולה לשפר את גורם ההספק, להפחית את ההספק התגובתי האינדוקטיבי, ובכך להוריד את הערך הנוכחי בקו, מה שעוזר להפחית את הפסדי הקו.
התאמת איזון העומסים התלת פאזיים: איזון טוב יותר של העומסים התלת פאזיים הוא אחד האמצעים החסכוניים והיעילים ביותר לצמצום הפסדים. על ידי חלוקה שווה של משתמשים חד-פאזיים לשלבים A, B ו-C כדי להפחית את הזרם בקו הנייטרלי, ניתן להשיג את המטרה של הפחתת אובדן הקו.
4. לחזק את הניהול והמעקב היומיומי
בדיקה ותחזוקה שוטפת: הקמה של מערכת ניהול מקיפה, עריכת בדיקות באזורים שבהם עלולות להתרחש בעיות, זיהוי וטיפול מיידי בסכנות פוטנציאליות כגון הזדקנות בידוד, חיבורים לקויים וכו', כדי למנוע מהן להסלים לכשלים חמורים.
שימוש באמצעים טכנולוגיים מתקדמים: אימוץ כלי ניטור מקוונים מתקדמים כגון טכנולוגיית ניטור זרימת מעטפת חיצונית, טכנולוגיית מדידת טמפרטורה מקוונת בסיבים אופטיים וטכנולוגיית זיהוי פריקה חלקית, לחיזוק הניטור בזמן אמת של מצב פעולת הכבלים, התרעה מוקדמת על פגמים ומניעת מתח. תאונות הפסקות.