A seleção e projeto de cabos para usinas fotovoltaicas é um dos elos fundamentais para garantir a operação eficiente e segura do sistema. A seleção razoável de cabos pode não apenas reduzir a perda de energia, mas também prolongar a vida útil do sistema e reduzir os custos de manutenção.
Pontos-chave da seleção e design do cabo
De acordo com a seleção da tensão nominal do sistema fotovoltaico:o cabo deve atender aos requisitos de tensão nominal do sistema fotovoltaico. Por exemplo, em uma central fotovoltaica com tensão de trabalho CC de 600 V ou superior, devem ser selecionados cabos que possam suportar o nível de tensão correspondente.
Considerando as características da carga:É necessário levar em consideração as características de carga entre o painel fotovoltaico e o inversor, incluindo corrente máxima, corrente de curto-circuito, etc., para determinar o tamanho da seção transversal e a capacidade de carga do cabo. Para sistemas fotovoltaicos domésticos, cabos com núcleo de alumínio são geralmente usados para controlar custos, mas cabos com núcleo de cobre são mais preferidos para excitação de motores, fontes de energia importantes e outras ocasiões.
Resistência às intempéries e adaptabilidade ambiental:Os cabos externos devem ter funções impermeáveis e resistentes aos raios UV, bem como boa resistência ao calor e retardamento de chamas, especialmente para cabos que trabalham em ambientes de alta temperatura, como aqueles enterrados no solo, atenção especial deve ser dada ao seu desempenho de dissipação de calor.
Nível de isolamento e nível de proteção:O nível de isolamento dos cabos de potência para transmissão de corrente contínua deve atender aos requisitos de sobretensão interna; O nível de tensão resistente ao impacto dos cabos no sistema de comunicação também deve estar em conformidade com os regulamentos padrão. Além disso, o impacto dos métodos de colocação de cabos nos materiais de isolamento também precisa ser considerado.
Fator de correção da capacidade de carga atual:Ajuste a capacidade real de transporte de corrente do cabo de acordo com os diferentes métodos de colocação (enterro direto, penetração do tubo, etc.), temperatura ambiente e outros fatores. Por exemplo, sob condições de temperatura mais elevada, a capacidade de transporte de corrente dos cabos diminuirá, por isso é necessário deixar alguma margem na seleção.
Controle de perda de linha e queda de tensão:Para garantir a eficiência do sistema, a perda de linha dos cabos CC fotovoltaicos geralmente não deve exceder 2%, enquanto a queda de tensão dos cabos laterais CC geralmente precisa ser controlada entre 1% e 2%.
A seleção de tipos de cabos:Existem diferentes requisitos para tipos de cabos em diferentes cenários de aplicação. Por exemplo, para equipamentos elétricos móveis ou situações com requisitos especiais de confiabilidade, recomenda-se a utilização de cabos com núcleo de cobre.
Conformidade com os padrões da indústria:A seleção de cabos também deve consultar os padrões nacionais relevantes, como o GB50217-2007 "Code for Design of Cables in Power Engineering", bem como os padrões publicados pela Comissão Eletrotécnica Internacional (IEC), para garantir que a seleção esteja em conformidade com as especificações técnicas mais recentes.
Princípio orientador
1. Ambiente de aplicação
É necessário especificar as condições ambientais específicas sob as quais o cabo será instalado. Se for usado em ambientes internos, escolha cabos padrão que não exijam camadas protetoras adicionais; E os cabos externos precisam considerar fatores como proteção UV, impermeabilização e resistência ao frio. Além disso, é necessário avaliar se há altas temperaturas, baixas temperaturas, produtos químicos, manchas de óleo ou outras condições adversas que possam afetar a seleção dos cabos.
2. Nível de tensão
Determinar a tensão máxima que o cabo precisa suportar é uma etapa crucial. A tensão nominal do cabo deve ser superior ou igual à tensão operacional real do sistema para garantir segurança e confiabilidade. Por exemplo, em sistemas fotovoltaicos, a tensão de operação no lado CC é geralmente 600V ou superior, portanto devem ser selecionados cabos com o nível de tensão correspondente.
3. Carga atual
É essencial determinar a área da seção transversal de um cabo com base na corrente máxima que ele precisa transportar. De acordo com a fórmula de cálculo, monofásico I=P/(U × cos Φ), trifásico I=P/(√ 3 × U × cos Φ), onde P é potência ( W), U é a tensão (V) e cos Φ é o fator de potência (geralmente considerado como 0,8). Para cenários de aplicação específicos, como usinas fotovoltaicas, também é necessário considerar a corrente de saída dos componentes e a corrente máxima de saída do inversor.
4. Tipo de cabo
Instalação fixa: Adequado para a maioria das situações de fiação em edifícios, comumente usados incluem cabos isolados de polietileno reticulado (XLPE), cabos isolados de cloreto de polivinila (PVC), etc.
Instalação móvel: Quando os cabos precisam ser dobrados ou vibrados com frequência, como dentro de equipamentos mecânicos, devem ser selecionados cabos isolados com borracha ou cabos isolados com borracha de silicone, pois apresentam melhor flexibilidade e resistência ao desgaste.
5. Materiais de isolamento
A escolha do material de isolamento depende do cenário específico de utilização. Por exemplo, o isolamento XLPE é adequado para ambientes de alta temperatura e alta tensão, enquanto o isolamento de PVC é mais adequado para uso em ambientes gerais.
6. Material da bainha
O material da bainha também deve corresponder ao ambiente de uso. Os materiais de bainha comuns incluem bainha de PVC, bainha de PE, bainha de borracha, etc. Para situações com requisitos especiais, como resistência a óleo, resistência a ácidos e álcalis, resistência ao frio, resistência ao calor, etc., cabos especiais correspondentes devem ser selecionados.
7. Material condutor
Os materiais condutores são divididos principalmente em dois tipos: cobre e alumínio. O cobre tem melhor condutividade que o alumínio, mas seu custo é mais elevado; Os cabos condutores de alumínio são mais leves e de menor custo, mas os cabos com núcleo de cobre têm maior capacidade de transporte de corrente e melhor desempenho de dissipação de calor na mesma área de seção transversal.
8. Desempenho de retardamento de chama e resistência ao fogo
Em certos ambientes específicos, como no interior de edifícios, pode ser necessário utilizar cabos com propriedades retardadoras de chamas ou resistentes ao fogo para melhorar a segurança.
9. Economia
Finalmente, embora cumpra todas as normas técnicas e de segurança, a relação custo-eficácia dos cabos também deve ser considerada. Isto significa não apenas considerar o preço de compra inicial, mas também os custos de manutenção a longo prazo e outros custos potenciais.
10. Padrões e especificações
É muito importante cumprir os padrões e especificações nacionais e industriais relevantes, como GB/T, IEC, ASTM, etc. Esses padrões fornecem requisitos específicos para projeto, fabricação, testes de cabos e outros aspectos, garantindo consistência e confiabilidade do produto. qualidade.
Exemplo
Supondo que precisamos projetar um esquema de cabos para uma grande central fotovoltaica terrestre, consulte as seguintes etapas específicas:
Seleção de cabo CC
Componente para caixa combinadora: Para o cabo DC entre o módulo fotovoltaico e a caixa combinadora, considerando a alta intensidade de corrente, PV1-F é selecionado cabo de especificação 1 * 6mm². Este tipo de cabo possui boa resistência mecânica e desempenho elétrico, sendo adequado para exposição prolongada a condições ambientais externas.
Da caixa combinadora ao inversor: Essa distância é relativamente curta, mas se a corrente for alta, é necessário um cabo com área de seção transversal maior, como PV1-F 1 * 10mm² ou tamanho maior. Ao mesmo tempo, a questão da queda de pressão também deve ser considerada para garantir que não exceda o limite percentual especificado.
Seleção de cabos de comunicação
Saída do inversor para transformador: Esta parte do cabo é a principal responsável pela transmissão da potência CA convertida, por isso é necessário considerar se sua capacidade de transporte de corrente é suficiente para lidar com o pico de potência de saída. Geralmente, são usados cabos blindados de três núcleos ou multinúcleos, e o material deve ser selecionado como núcleo de cobre ou alumínio de acordo com a situação real.
Tratamento de casos especiais
A aplicação de módulos fotovoltaicos de dupla face: Com o uso crescente de módulos fotovoltaicos de dupla face, a seleção do cabo também precisa considerar o incremento de corrente adicional trazido pelo ganho traseiro. IEC 61215: Em 2021, foram introduzidas a irradiância solar de placa de identificação de dupla face (BNPI) e a irradiância solar de confiabilidade de dupla face (BSI), o que ajuda a avaliar melhor o status de funcionamento dos componentes de dupla face e ajustar a seleção do cabo de acordo.
Como evitar perda de linha de cabo e queda de tensão?
Métodos técnicos:
1. Escolha razoavelmente as especificações do cabo
Selecione a seção transversal do fio com base na corrente de carga: para distâncias curtas, limite a seção transversal do fio com base nas condições de aquecimento (capacidade de transporte de corrente segura) e para longas distâncias, selecione a seção transversal do fio com base nas condições de perda de tensão em com base na capacidade segura de transporte de corrente para garantir que a tensão operacional no ponto de carga esteja dentro da faixa qualificada. Por exemplo, ao calcular uma potência de 50 kW e uma linha de 300 metros de comprimento, se for utilizado um cabo com núcleo de cobre de 25 mm², a queda de tensão monofásica é de 20 V, e a queda de tensão total entre as duas fases chega a 40 V, fazendo com que a tensão terminal seja cair para 360V; Após a utilização de cabos com núcleos de cobre de 35 milímetros quadrados ou núcleos de alumínio de 50 milímetros quadrados, as tensões terminais são mantidas em torno de 370V e 366V, respectivamente, atendendo aos requisitos para operação normal do equipamento.
Considere o impacto dos fatores ambientais: quando a temperatura ambiente aumenta, a resistência do cabo aumenta e a queda de tensão também aumenta proporcionalmente. Portanto, o uso de cabos em ambientes de alta temperatura deve ser evitado, e para equipamentos que operam continuamente por longos períodos de tempo, recomenda-se o uso de cabos de especificação maior para garantir operação estável sob flutuações de tensão.
2. Otimize o design e a colocação da linha
Encurte a distância da fonte de alimentação: Determine a posição ideal do centro de carga para reduzir ou evitar o fenômeno de exceder o raio da fonte de alimentação. O requisito geral para o raio de fornecimento de energia das linhas de rede elétrica rural é que a linha de 400 V não exceda uma determinada faixa, o que reduz efetivamente a taxa de perda da linha.
Melhorar o caminho do circuito: Instalando novas linhas de transmissão e distribuição ou renovando linhas existentes, levando em consideração a relação custo-benefício, aumentando adequadamente a seção transversal do fio e selecionando materiais apropriados, como novos condutores economizadores de energia, menor resistividade elétrica e melhor condutividade pode ser alcançado.
Planejamento razoável dos pontos de giro: Os cabos de potência têm requisitos rigorosos quanto ao raio de giro. Durante o processo de construção, esforços devem ser feitos para minimizar o torque nos cabos, e a flexão natural deve ser mantida no giro dos cabos e nas peças reservadas para evitar danos mecânicos internos.
3. Melhore a eficiência do sistema
Melhorar o fator de potência: A instalação de dispositivos de compensação de potência reativa em ambas as extremidades da linha, como bancos de capacitores paralelos, pode melhorar o fator de potência, reduzir a potência reativa indutiva e, assim, diminuir o valor da corrente na linha, o que ajuda a reduzir as perdas na linha.
Ajustar o equilíbrio das cargas trifásicas: O melhor equilíbrio das cargas trifásicas é uma das medidas mais económicas e eficazes para reduzir perdas. Ao distribuir uniformemente os usuários monofásicos nas fases A, B e C para reduzir a corrente na linha neutra, o objetivo de reduzir as perdas na linha pode ser alcançado.
4. Fortalecer a gestão e o monitoramento diários
Inspeção e manutenção regulares: Estabeleça um sistema de gestão abrangente, realize inspeções em áreas onde possam ocorrer problemas, identifique e resolva prontamente riscos potenciais, como envelhecimento do isolamento, juntas deficientes, etc., para evitar que se transformem em falhas graves.
Usando meios tecnológicos avançados: adotando ferramentas avançadas de monitoramento on-line, como tecnologia de monitoramento de circulação de revestimento externo, tecnologia de medição de temperatura de fibra óptica on-line e tecnologia de detecção de descarga parcial, para fortalecer o monitoramento em tempo real do status de operação do cabo, alerta precoce de defeitos e prevenção de energia acidentes de interrupção.