La selección y diseño de cables para plantas de energía fotovoltaica es uno de los eslabones clave para garantizar un funcionamiento eficiente y seguro del sistema. Una selección razonable de cables no sólo puede reducir la pérdida de energía, sino también extender la vida útil del sistema y reducir los costos de mantenimiento.
Puntos clave de selección y diseño de cables.
Según la selección de tensión nominal del sistema fotovoltaico:El cable debe cumplir con los requisitos de tensión nominal del sistema fotovoltaico. Por ejemplo, en una central fotovoltaica con una tensión de trabajo CC de 600 V o superior, se deben seleccionar cables que puedan soportar el nivel de tensión correspondiente.
Considerando las características de carga:Es necesario tener en cuenta las características de carga entre el panel fotovoltaico y el inversor, incluida la corriente máxima, la corriente de cortocircuito, etc., para determinar el tamaño de la sección transversal y la capacidad de carga del cable. Para los sistemas fotovoltaicos domésticos, los cables con núcleo de aluminio generalmente se usan para controlar los costos, pero los cables con núcleo de cobre son más preferidos para la excitación de motores, fuentes de energía importantes y otras ocasiones.
Resistencia a la intemperie y adaptabilidad ambiental:Los cables para exteriores deben tener funciones impermeables y resistentes a los rayos UV, así como buena resistencia al calor y retardo de llama, especialmente para cables que funcionan en ambientes de alta temperatura, como los enterrados en el suelo, se debe prestar especial atención a su rendimiento de disipación de calor.
Nivel de aislamiento y nivel de protección:El nivel de aislamiento de los cables eléctricos para transmisión de corriente continua debe cumplir con los requisitos de sobretensión interna; El nivel de tensión de resistencia al impacto de los cables en el sistema de comunicación también debe cumplir con las normas estándar. Además, también es necesario considerar el impacto de los métodos de tendido de cables en los materiales aislantes.
Factor de corrección de la capacidad de carga actual:Ajuste la capacidad de carga de corriente real del cable de acuerdo con los diferentes métodos de tendido (enterramiento directo, penetración de tuberías, etc.), la temperatura ambiental y otros factores. Por ejemplo, en condiciones de temperatura más elevadas, la capacidad de carga actual de los cables disminuirá, por lo que es necesario dejar cierto margen a la hora de seleccionar.
Control de pérdida de línea y caída de voltaje:Para garantizar la eficiencia del sistema, la pérdida de línea de los cables de CC fotovoltaicos generalmente no debe exceder el 2%, mientras que la caída de voltaje de los cables del lado de CC generalmente debe controlarse entre el 1% y el 2%.
La selección de tipos de cables:Existen diferentes requisitos para los tipos de cables en diferentes escenarios de aplicación. Por ejemplo, para equipos eléctricos móviles o situaciones con requisitos especiales de confiabilidad, se recomienda utilizar cables con núcleo de cobre.
Cumplimiento de los estándares de la industria:La selección de cables también debe hacer referencia a las normas nacionales pertinentes, como GB50217-2007 "Código para el diseño de cables en ingeniería eléctrica", así como las normas publicadas por la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC), para garantizar que la selección cumpla con las últimas especificaciones técnicas.
Principio rector
1. Entorno de aplicación
Es necesario especificar las condiciones ambientales específicas bajo las cuales se instalará el cable. Si se utiliza en interiores, elija cables estándar que no requieran capas protectoras adicionales; Y los cables para exteriores deben considerar factores como la protección UV, la impermeabilización y la resistencia al frío. Además, es necesario evaluar si existen altas temperaturas, bajas temperaturas, productos químicos, manchas de aceite u otras condiciones duras alrededor que puedan afectar la selección de cables.
2. Nivel de voltaje
Determinar el voltaje máximo que el cable debe soportar es un paso crucial. El voltaje nominal del cable debe ser mayor o igual al voltaje de funcionamiento real del sistema para garantizar la seguridad y confiabilidad. Por ejemplo, en los sistemas fotovoltaicos, la tensión de funcionamiento en el lado de CC suele ser de 600 V o superior, por lo que se deben seleccionar cables del nivel de tensión correspondiente.
3. Carga actual
Es esencial determinar el área de la sección transversal de un cable en función de la corriente máxima que necesita transportar. Según la fórmula de cálculo, I=P/(U × cos Φ monofásico), I=P/(√ 3 × U × cos Φ) trifásico, donde P es la potencia ( W), U es el voltaje (V) y cos Φ es el factor de potencia (generalmente tomado como 0.8). Para escenarios de aplicación específicos, como plantas de energía fotovoltaica, también es necesario considerar la corriente de salida de los componentes y la corriente de salida máxima del inversor.
4. Tipo de cable
Instalación fija: Adecuado para la mayoría de situaciones de cableado en edificios, los más utilizados incluyen cables aislados de polietileno reticulado (XLPE), cables aislados de cloruro de polivinilo (PVC), etc.
Instalación móvil: cuando los cables deben doblarse o vibrarse con frecuencia, como en el interior de equipos mecánicos, se deben seleccionar cables con aislamiento de caucho o cables con aislamiento de caucho de silicona, ya que tienen mejor flexibilidad y resistencia al desgaste.
5. Materiales aislantes
La elección del material aislante depende del escenario de uso específico. Por ejemplo, el aislamiento XLPE es adecuado para entornos de alta temperatura y alto voltaje, mientras que el aislamiento de PVC es más adecuado para su uso en entornos generales.
6. Material de la funda
El material de la funda también debe adaptarse al entorno de uso. Los materiales de cubierta comunes incluyen cubierta de PVC, cubierta de PE, cubierta de goma, etc. Para situaciones con requisitos especiales como resistencia al aceite, resistencia a ácidos y álcalis, resistencia al frío, resistencia al calor, etc., se deben seleccionar los cables especiales correspondientes.
7. Material conductor
Los materiales conductores se dividen principalmente en dos tipos: cobre y aluminio. El cobre tiene mejor conductividad que el aluminio, pero su coste es mayor; Los cables conductores de aluminio son más livianos y de menor costo, pero los cables con núcleo de cobre tienen una mayor capacidad de carga de corriente y un mejor rendimiento de disipación de calor bajo la misma área de sección transversal.
8. Rendimiento ignífugo y resistente al fuego.
En determinados entornos específicos, como el interior de edificios, puede ser necesario utilizar cables con propiedades retardantes de llama o resistentes al fuego para mejorar la seguridad.
9. Economía
Por último, aunque se cumplan todas las normas técnicas y de seguridad, también es necesario tener en cuenta la rentabilidad de los cables. Esto significa no sólo considerar el precio de compra inicial, sino también los costos de mantenimiento a largo plazo y otros costos potenciales.
10. Normas y especificaciones
Es muy importante cumplir con los estándares y especificaciones nacionales e industriales relevantes, como GB/T, IEC, ASTM, etc. Estos estándares proporcionan requisitos específicos para el diseño, fabricación, pruebas y otros aspectos de cables, asegurando la consistencia y confiabilidad del producto. calidad.
Ejemplo
Suponiendo que necesitamos diseñar un esquema de cableado para una gran central fotovoltaica terrestre, consulte los siguientes pasos específicos:
Selección de cable CC
Componente a caja combinadora: para el cable de CC entre el módulo fotovoltaico y la caja combinadora, considerando la alta intensidad de corriente, se selecciona PV1-F cable de especificación de 1 * 6 mm². Este tipo de cable tiene buena resistencia mecánica y rendimiento eléctrico, y es adecuado para una exposición prolongada a condiciones ambientales externas.
Desde la caja combinadora al inversor: esta distancia es relativamente corta, pero si la corriente es alta, se requiere un cable con una sección transversal mayor, como PV1-F 1 * 10 mm² o un tamaño mayor. Al mismo tiempo, también se debe considerar el problema de la caída de presión para garantizar que no exceda el límite porcentual especificado.
Selección de cables de comunicación.
Salida del inversor al transformador: esta parte del cable es la principal responsable de transmitir la potencia de CA convertida, por lo que es necesario considerar si su capacidad de carga de corriente es suficiente para hacer frente a la salida de potencia máxima. Generalmente, se utilizan cables blindados de tres o varios núcleos y el material debe seleccionarse como núcleo de cobre o aluminio según la situación real.
Manejo de casos especiales
La aplicación de módulos fotovoltaicos de doble cara: con el uso cada vez mayor de módulos fotovoltaicos de doble cara, la selección del cable también debe considerar el incremento de corriente adicional provocado por la ganancia trasera. IEC 61215: en 2021, se introdujeron la irradiancia solar de placa de identificación de doble cara (BNPI) y la irradiancia solar de confiabilidad de doble cara (BSI), lo que ayuda a evaluar mejor el estado de funcionamiento de los componentes de doble cara y ajustar la selección de cables en consecuencia.
¿Cómo evitar pérdidas en la línea de cable y caídas de voltaje?
Métodos técnicos:
1. Elija razonablemente las especificaciones del cable
Seleccione la sección transversal del cable según la corriente de carga: para distancias cortas, limite la sección transversal del cable según las condiciones de calentamiento (capacidad de carga de corriente segura) y para distancias largas, seleccione la sección transversal del cable según las condiciones de pérdida de voltaje en la base de la capacidad de carga de corriente segura para garantizar que el voltaje de funcionamiento en el punto de carga esté dentro del rango calificado. Por ejemplo, al calcular una potencia de 50 kW y una línea de 300 metros de largo, si se utiliza un cable con núcleo de cobre de 25 mm², la caída de voltaje monofásico es de 20 V, y la caída de voltaje total entre las dos fases alcanza los 40 V, lo que hace que el voltaje en los terminales aumente. bajar a 360V; Después de utilizar cables con núcleos de cobre de 35 milímetros cuadrados o núcleos de aluminio de 50 milímetros cuadrados, los voltajes de los terminales se mantienen en alrededor de 370V y 366V, respectivamente, cumpliendo con los requisitos para el funcionamiento normal del equipo.
Considere el impacto de los factores ambientales: cuando la temperatura ambiente aumenta, la resistencia del cable aumenta y la caída de voltaje también aumenta en consecuencia. Por lo tanto, se debe evitar el uso de cables en entornos de alta temperatura y, para equipos que funcionan continuamente durante largos períodos de tiempo, se recomienda utilizar cables de especificaciones más grandes para garantizar un funcionamiento estable bajo fluctuaciones de voltaje.
2. Optimizar el diseño y tendido de líneas.
Acorte la distancia de suministro de energía: determine la posición óptima del centro de carga para reducir o evitar el fenómeno de exceder el radio de suministro de energía. El requisito general para el radio de suministro de energía de las líneas de la red eléctrica rural es que la línea de 400 V no debe exceder un cierto rango, lo que reduce efectivamente la tasa de pérdida de la línea.
Mejorar la ruta del circuito: instalando nuevas líneas de transmisión y distribución o renovando las líneas existentes, teniendo en cuenta la rentabilidad, aumentando adecuadamente la sección transversal del cable y seleccionando materiales apropiados, como nuevos conductores que ahorran energía, menor resistividad eléctrica y mejor conductividad. se puede lograr.
Planificación razonable de puntos de giro: los cables de alimentación tienen requisitos estrictos en cuanto al radio de giro. Durante el proceso de construcción, se deben hacer esfuerzos para minimizar el torque en los cables y se debe mantener la flexión natural en las partes reservadas y de giro del cable para evitar daños mecánicos internos.
3. Mejorar la eficiencia del sistema
Mejora del factor de potencia: la instalación de dispositivos de compensación de potencia reactiva en ambos extremos de la línea, como bancos de condensadores en paralelo, puede mejorar el factor de potencia, reducir la potencia reactiva inductiva y, por lo tanto, reducir el valor actual en la línea, lo que ayuda a reducir las pérdidas en la línea.
Ajuste del equilibrio de cargas trifásicas: Equilibrar mejor las cargas trifásicas es una de las medidas más económicas y efectivas para reducir pérdidas. Al distribuir uniformemente los usuarios monofásicos en las fases A, B y C para reducir la corriente en la línea neutra, se puede lograr el objetivo de reducir las pérdidas en la línea.
4. Fortalecer la gestión y el seguimiento diario
Inspección y mantenimiento regulares: establezca un sistema de gestión integral, realice inspecciones en áreas donde puedan ocurrir problemas, identifique y aborde rápidamente peligros potenciales como el envejecimiento del aislamiento, juntas deficientes, etc., para evitar que se conviertan en fallas graves.
Uso de medios tecnológicos avanzados: adopción de herramientas avanzadas de monitoreo en línea, como tecnología de monitoreo de circulación de cubierta exterior, tecnología de medición de temperatura de fibra óptica en línea y tecnología de detección de descargas parciales, para fortalecer el monitoreo en tiempo real del estado de operación del cable, la alerta temprana de defectos y la prevención de energía. accidentes por cortes.