Die Auswahl und Auslegung von Kabeln für Photovoltaik-Kraftwerke ist einer der Schlüsselfaktoren für einen effizienten und sicheren Betrieb der Anlage. Eine angemessene Kabelauswahl kann nicht nur den Energieverlust reduzieren, sondern auch die Lebensdauer des Systems verlängern und die Wartungskosten senken.
Wichtige Punkte bei der Kabelauswahl und -konstruktion
Je nach Nennspannungsauswahl der Photovoltaikanlage:Das Kabel muss den Nennspannungsanforderungen der Photovoltaikanlage entsprechen. Beispielsweise sollten in einem Photovoltaikkraftwerk mit einer DC-Arbeitsspannung von 600 V oder höher Kabel ausgewählt werden, die dem entsprechenden Spannungsniveau standhalten.
Berücksichtigung der Belastungseigenschaften:Um die Querschnittsgröße und Belastbarkeit des Kabels zu bestimmen, müssen die Belastungseigenschaften zwischen Photovoltaikmodul und Wechselrichter, einschließlich Maximalstrom, Kurzschlussstrom usw., berücksichtigt werden. Bei Photovoltaikanlagen für Privathaushalte werden zur Kostenkontrolle üblicherweise Kabel mit Aluminiumkern verwendet, für Motorerregung, wichtige Stromquellen und andere Anlässe werden jedoch Kabel mit Kupferkern bevorzugt.
Wetterbeständigkeit und Umweltanpassungsfähigkeit:Außenkabel sollten über wasserdichte und UV-beständige Funktionen sowie eine gute Hitzebeständigkeit und Flammhemmung verfügen. Insbesondere bei Kabeln, die in Umgebungen mit hohen Temperaturen eingesetzt werden, beispielsweise im Boden vergraben, sollte besonderes Augenmerk auf ihre Wärmeableitungsleistung gelegt werden.
Isolationsniveau und Schutzniveau:Der Isolationsgrad von Stromkabeln zur Gleichstromübertragung sollte den Anforderungen einer internen Überspannung genügen; Die Schlagfestigkeit der Kabel im Kommunikationssystem sollte ebenfalls den Standardvorschriften entsprechen. Darüber hinaus müssen auch die Auswirkungen der Kabelverlegungsmethoden auf Isoliermaterialien berücksichtigt werden.
Korrekturfaktor für Stromtragfähigkeit:Passen Sie die tatsächliche Strombelastbarkeit des Kabels an unterschiedliche Verlegemethoden (direkte Verlegung, Rohrdurchdringung usw.), Umgebungstemperatur und andere Faktoren an. Unter höheren Temperaturbedingungen nimmt beispielsweise die Strombelastbarkeit von Kabeln ab, sodass bei der Auswahl ein gewisser Spielraum gelassen werden muss.
Leitungsverlust- und Spannungsabfallkontrolle:Um die Effizienz des Systems sicherzustellen, sollte der Leitungsverlust von Photovoltaik-Gleichstromkabeln im Allgemeinen 2 % nicht überschreiten, während der Spannungsabfall von DC-seitigen Kabeln normalerweise zwischen 1 % und 2 % kontrolliert werden muss.
Die Auswahl an Kabeltypen:In verschiedenen Anwendungsszenarien gelten unterschiedliche Anforderungen an Kabeltypen. Beispielsweise empfiehlt sich für mobile Elektrogeräte oder Situationen mit besonderen Anforderungen an die Zuverlässigkeit der Einsatz von Kupferkernkabeln.
Einhaltung von Industriestandards:Bei der Kabelauswahl sollten auch relevante nationale Normen wie GB50217-2007 „Code for Design of Cables in Power Engineering“ sowie die von der International Electrotechnical Commission (IEC) veröffentlichten Normen berücksichtigt werden, um sicherzustellen, dass die Auswahl diesen entspricht die neuesten technischen Spezifikationen.
Leitsatz
1. Anwendungsumgebung
Es ist erforderlich, die spezifischen Umgebungsbedingungen anzugeben, unter denen das Kabel installiert wird. Wählen Sie bei Verwendung im Innenbereich Standardkabel, die keine zusätzlichen Schutzschichten erfordern; Und bei Außenkabeln müssen Faktoren wie UV-Schutz, Wasserdichtigkeit und Kältebeständigkeit berücksichtigt werden. Darüber hinaus muss beurteilt werden, ob hohe Temperaturen, niedrige Temperaturen, Chemikalien, Ölflecken oder andere raue Bedingungen in der Umgebung herrschen, die sich auf die Auswahl der Kabel auswirken können.
2. Spannungsniveau
Die Bestimmung der maximalen Spannung, der das Kabel standhalten muss, ist ein entscheidender Schritt. Die Nennspannung des Kabels sollte höher oder gleich der tatsächlichen Betriebsspannung des Systems sein, um Sicherheit und Zuverlässigkeit zu gewährleisten. Beispielsweise liegt bei Photovoltaikanlagen die Betriebsspannung auf der DC-Seite meist bei 600V oder höher, daher sollten Kabel der entsprechenden Spannungsebene gewählt werden.
3. Aktuelle Belastung
Es ist wichtig, die Querschnittsfläche eines Kabels anhand des maximalen Stroms zu bestimmen, den es führen muss. Gemäß der Berechnungsformel einphasig I=P/(U × cos Φ), dreiphasig I=P/(√ 3 × U × cos Φ), wobei P die Leistung ( W), U ist die Spannung (V) und cos Φ ist der Leistungsfaktor (normalerweise angenommen als 0,8). Für bestimmte Anwendungsszenarien, wie zum Beispiel Photovoltaik-Kraftwerke, ist es außerdem notwendig, den Ausgangsstrom der Komponenten und den maximalen Ausgangsstrom des Wechselrichters zu berücksichtigen.
4. Kabeltyp
Feste Installation: Geeignet für die meisten Verkabelungssituationen in Gebäuden. Zu den häufig verwendeten Kabeln gehören isolierte Kabel mit vernetztem Polyethylen (XLPE), isolierte Kabel mit Polyvinylchlorid (PVC) usw.
Mobile Installation: Wenn Kabel häufig gebogen oder vibriert werden müssen, z. B. in mechanischen Geräten, sollten gummiisolierte Kabel oder silikonkautschukisolierte Kabel gewählt werden, da sie eine bessere Flexibilität und Verschleißfestigkeit aufweisen.
5. Isoliermaterialien
Die Wahl des Dämmmaterials hängt vom konkreten Einsatzszenario ab. Beispielsweise eignet sich die XLPE-Isolierung für Umgebungen mit hohen Temperaturen und hoher Spannung, während die PVC-Isolierung eher für den Einsatz in allgemeinen Umgebungen geeignet ist.
6. Mantelmaterial
Auch das Mantelmaterial sollte zur Einsatzumgebung passen. Zu den gängigen Mantelmaterialien gehören PVC-Mantel, PE-Mantel, Gummimantel usw. Für Situationen mit besonderen Anforderungen wie Ölbeständigkeit, Säure- und Alkalibeständigkeit, Kältebeständigkeit, Hitzebeständigkeit usw. sollten entsprechende Spezialkabel ausgewählt werden.
7. Leitermaterial
Leitermaterialien werden hauptsächlich in zwei Arten unterteilt: Kupfer und Aluminium. Kupfer hat eine bessere Leitfähigkeit als Aluminium, ist aber teurer; Aluminiumleiterkabel sind leichter und kostengünstiger, aber Kupferkernkabel haben bei gleicher Querschnittsfläche eine höhere Strombelastbarkeit und eine bessere Wärmeableitungsleistung.
8. Flammhemmende und feuerbeständige Leistung
In bestimmten spezifischen Umgebungen, beispielsweise innerhalb von Gebäuden, kann es zur Verbesserung der Sicherheit erforderlich sein, Kabel mit flammhemmenden oder feuerbeständigen Eigenschaften zu verwenden.
9. Wirtschaft
Schließlich muss neben der Einhaltung aller technischen und sicherheitstechnischen Standards auch die Kosteneffizienz von Kabeln berücksichtigt werden. Dabei ist nicht nur der anfängliche Kaufpreis zu berücksichtigen, sondern auch die langfristigen Wartungskosten und andere potenzielle Kosten.
10. Normen und Spezifikationen
Es ist sehr wichtig, relevante nationale und branchenspezifische Standards und Spezifikationen wie GB/T, IEC, ASTM usw. einzuhalten. Diese Standards stellen spezifische Anforderungen für Kabeldesign, Herstellung, Prüfung und andere Aspekte bereit und gewährleisten Konsistenz und Zuverlässigkeit des Produkts Qualität.
Beispiel
Angenommen, wir müssen ein Kabelschema für ein großes bodengestütztes Photovoltaikkraftwerk entwerfen, befolgen Sie bitte die folgenden spezifischen Schritte:
Auswahl des DC-Kabels
Komponente zum Anschlusskasten: Für das Gleichstromkabel zwischen dem Photovoltaikmodul und dem Anschlusskasten wird unter Berücksichtigung der hohen Stromstärke PV1-F ausgewählt. 1 * 6 mm² Spezifikationskabel. Dieser Kabeltyp weist eine gute mechanische Festigkeit und elektrische Leistung auf und eignet sich für die langfristige Einwirkung äußerer Umgebungsbedingungen.
Vom Anschlusskasten zum Wechselrichter: Dieser Abstand ist relativ kurz, aber wenn der Strom hoch ist, ist ein Kabel mit größerem Querschnitt erforderlich, z. B. PV1-F 1 * 10 mm² oder größer. Gleichzeitig sollte auch das Problem des Druckabfalls berücksichtigt werden, um sicherzustellen, dass der angegebene prozentuale Grenzwert nicht überschritten wird.
Auswahl an Kommunikationskabeln
Wechselrichterausgang zum Transformator: Dieser Teil des Kabels ist hauptsächlich für die Übertragung des umgewandelten Wechselstroms verantwortlich. Daher muss geprüft werden, ob seine Strombelastbarkeit ausreicht, um die Spitzenleistung zu bewältigen. Im Allgemeinen werden dreiadrige oder mehradrige gepanzerte Kabel verwendet, und das Material sollte entsprechend der tatsächlichen Situation als Kupfer- oder Aluminiumkern ausgewählt werden.
Sonderfallbearbeitung
Der Einsatz von doppelseitigen Photovoltaikmodulen: Mit der zunehmenden Verwendung von doppelseitigen Photovoltaikmodulen muss bei der Kabelauswahl auch der zusätzliche Stromanstieg berücksichtigt werden, der durch die Rückverstärkung entsteht. IEC 61215: Im Jahr 2021 wurden die doppelseitige Sonneneinstrahlung auf dem Typenschild (BNPI) und die doppelseitige Zuverlässigkeits-Solareinstrahlung (BSI) eingeführt, die dabei helfen, den Betriebsstatus doppelseitiger Komponenten besser zu bewerten und die Kabelauswahl entsprechend anzupassen.
Wie vermeidet man Kabelverluste und Spannungsabfälle?
Technische Methoden:
1. Wählen Sie die Kabelspezifikationen angemessen aus
Wählen Sie den Drahtquerschnitt basierend auf dem Laststrom: Begrenzen Sie bei kurzen Entfernungen den Drahtquerschnitt basierend auf den Erwärmungsbedingungen (sichere Stromtragfähigkeit) und wählen Sie bei langen Entfernungen den Drahtquerschnitt basierend auf den Spannungsverlustbedingungen Auf der Grundlage einer sicheren Strombelastbarkeit soll sichergestellt werden, dass die Betriebsspannung am Lastpunkt im qualifizierten Bereich liegt. Wenn Sie beispielsweise eine Leistung von 50 kW und eine 300 Meter lange Leitung berechnen und ein 25 mm² großes Kupferkernkabel verwenden, beträgt der einphasige Spannungsabfall 20 V, und der Gesamtspannungsabfall zwischen den beiden Phasen erreicht 40 V, was zu einer Erhöhung der Klemmenspannung führt auf 360 V absinken; Nach der Verwendung von Kabeln mit 35 Quadratmillimeter großen Kupferkernen oder 50 Quadratmillimeter großen Aluminiumkernen werden die Klemmenspannungen bei etwa 370 V bzw. 366 V gehalten und erfüllen damit die Anforderungen für den normalen Betrieb der Geräte.
Berücksichtigen Sie die Auswirkungen von Umweltfaktoren: Wenn die Umgebungstemperatur steigt, erhöht sich der Widerstand des Kabels und entsprechend erhöht sich auch der Spannungsabfall. Daher sollte die Verwendung von Kabeln in Umgebungen mit hohen Temperaturen vermieden werden. Für Geräte, die über einen längeren Zeitraum kontinuierlich betrieben werden, wird empfohlen, Kabel mit einer größeren Spezifikation zu verwenden, um einen stabilen Betrieb bei Spannungsschwankungen zu gewährleisten.
2. Optimieren Sie Liniendesign und -verlegung
Verkürzen Sie den Stromversorgungsabstand: Bestimmen Sie die optimale Position des Lastschwerpunkts, um das Phänomen der Überschreitung des Stromversorgungsradius zu reduzieren oder zu vermeiden. Die allgemeine Anforderung an den Stromversorgungsradius ländlicher Stromnetzleitungen besteht darin, dass die 400-V-Leitung einen bestimmten Bereich nicht überschreiten darf, wodurch die Leitungsverlustrate effektiv reduziert wird.
Verbesserung des Stromkreises: Durch die Installation neuer Übertragungs- und Verteilungsleitungen oder die Erneuerung bestehender Leitungen unter Berücksichtigung der Wirtschaftlichkeit, einer angemessenen Vergrößerung des Leitungsquerschnitts und der Auswahl geeigneter Materialien wie neuer energiesparender Leiter, geringerem elektrischem Widerstand und besserer Leitfähigkeit erreicht werden kann.
Angemessene Planung der Wendepunkte: Für Stromkabel gelten strenge Anforderungen an den Wenderadius. Während des Bauprozesses sollten Anstrengungen unternommen werden, um das Drehmoment auf die Kabel zu minimieren, und die natürliche Biegung der Kabeldreh- und Reserveteile sollte beibehalten werden, um interne mechanische Schäden zu verhindern.
3. Verbessern Sie die Systemeffizienz
Verbesserung des Leistungsfaktors: Die Installation von Blindleistungskompensationsgeräten an beiden Enden der Leitung, wie z. B. parallele Kondensatorbänke, kann den Leistungsfaktor verbessern, die induktive Blindleistung reduzieren und dadurch den Stromwert in der Leitung senken, was zur Reduzierung von Leitungsverlusten beiträgt.
Anpassung der Balance von Drehstromlasten: Eine bessere Symmetrierung der Drehstromlasten ist eine der wirtschaftlichsten und effektivsten Maßnahmen zur Verlustreduzierung. Durch die gleichmäßige Verteilung einphasiger Verbraucher auf die Phasen A, B und C zur Reduzierung des Stroms auf der Neutralleitung kann das Ziel der Reduzierung der Leitungsverluste erreicht werden.
4. Stärken Sie die tägliche Verwaltung und Überwachung
Regelmäßige Inspektion und Wartung: Richten Sie ein umfassendes Managementsystem ein, führen Sie Inspektionen in Bereichen durch, in denen Probleme auftreten können, erkennen und beheben Sie potenzielle Gefahren wie Alterung der Isolierung, schlechte Verbindungen usw. umgehend, um zu verhindern, dass diese zu schwerwiegenden Ausfällen eskalieren.
Verwendung fortschrittlicher technologischer Mittel: Einsatz fortschrittlicher Online-Überwachungstools wie der Technologie zur Überwachung der Außenmantelzirkulation, der Online-Technologie zur Messung der Glasfasertemperatur und der Technologie zur Erkennung von Teilentladungen, um die Echtzeitüberwachung des Kabelbetriebsstatus zu stärken, frühzeitig vor Defekten zu warnen und Strom zu verhindern Unfälle durch Ausfälle.