Die Auswahl des Luftkabels für eine Photovoltaikanlage ist ein entscheidender Aspekt für die Gestaltung und den effizienten Betrieb solcher Anlagen. Die richtige Dimensionierung des Luftleiters wirkt sich direkt auf die Sicherheit aus, Energieverluste, Betriebskosten, und langfristige Rentabilität.
Photovoltaikanlagen werden anhand ihrer Kapazität und Verbrauchsart in zentrale und dezentrale Photovoltaikanlagen unterteilt. Zentralisierte Anlagen haben eine höhere Kapazität und werden in der Regel mit Spannungsebenen von 35 kV/110 kV oder höher an das Netz angeschlossen, Zugriff auf ein nahegelegenes 35-kV-/110-kV-Umspannwerk. Die 35-kV-/110-kV-Umspannwerke befinden sich im Allgemeinen in städtischen Lastzentren, in einem bestimmten Abstand zur Photovoltaikanlage. Um Kosten zu senken und die Effizienz zu verbessern, blankes Antennenkabel wird typischerweise verwendet, um die Anlage mit dem Umspannwerk zu verbinden.
Bei der Planung einer Photovoltaikanlage und der Auswahl der Kabel, Die Verwendung eines blanken Leiters mit kleinerem Querschnitt reduziert den Verbrauch an Nichteisenmetallen, Dadurch werden die Investitionskosten gesenkt. Andererseits, wenn ein Leiter mit größerem Querschnitt verwendet wird, der Widerstand pro Längeneinheit nimmt ab, was die Wirkenergieverluste reduziert, Spannungsabfälle, und elektrische Energieverluste, Dadurch werden die Betriebskosten gesenkt. Um Verluste im Netz zu reduzieren und die Wirtschaftlichkeit der Photovoltaikanlage zu verbessern, Maximierung der Einnahmen aus der Energieerzeugung, Es ist wichtig, den Leiterquerschnitt richtig zu wählen.
Drei notwendige Bedingungen für die Auswahl des Leiterquerschnitts
Die Auswahl des Freileitungsquerschnitts muss die Sicherheit von Personen gewährleisten, zuverlässige Stromversorgung, fortschrittliche Technologie, und vernünftige Wirtschaftlichkeit. Technisch, Die Auswahl muss die folgenden drei notwendigen Anforderungen erfüllen:
Mechanischer Widerstandszustand
Im Langzeitbetrieb, Der Leiter ist verschiedenen äußeren Kräften ausgesetzt, wie etwa die Leinenspannung, das Eigengewicht des Dirigenten, Wind, und angesammeltes Eisgewicht. Gewährleistung der Sicherheit und Zuverlässigkeit des Dirigentenbetriebs, Es ist notwendig, dass es über eine ausreichende mechanische Festigkeit verfügt. Vorschriften besagen, dass die mechanische Widerstandsfähigkeit von Stromleitungen gewährleistet sein muss, Der Leiterquerschnitt darf die in der folgenden Tabelle angegebenen Werte nicht unterschreiten:
| Leitertyp | Durch Wohngebiete | Durch Nichtwohngebiete |
|---|---|---|
| Geflochtenes Kabel aus Aluminium und Aluminiumlegierung | 35 | 25 |
| Geflochtenes Stahlkernkabel | 25 | 16 |
| Kupferkabel | 16 | 16 |
Heizzustand
Wenn Strom durch den Leiter fließt, es erwärmt sich aufgrund des Widerstands. Um zu verhindern, dass der Leiter durch Überhitzung durchbrennt oder vorzeitig altert, und um seinen sicheren und zuverlässigen Langzeitbetrieb zu gewährleisten, Es muss auch die Temperaturanstiegsbedingungen erfüllen. Das heißt, Der maximale Dauerlaststrom, der durch den Leiter fließt, muss geringer sein als der dauerhaft zulässige Dauerstrom. Die Norm legt den langzeitsicheren Dauerstrom für eine Umgebungstemperatur von 25 °C fest, wie in der folgenden Tabelle gezeigt:
| Querschnitt / mm² | 35 | 50 | 70 | 95 | 120 | 150 | 185 | 240 | 300 | 400 | 500 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| LJ | 170 | 215 | 265 | 325 | 375 | 440 | 500 | 610 | 680 | 830 | 980 |
| LGJ | 170 | 220 | 275 | 335 | 380 | 445 | 515 | 610 | 700 | 800 | – |
| LJGQ | – | – | – | – | – | – | 510 | 610 | 710 | 845 | 966 |
Corona-Effekt-Zustand
In Freileitungen mit höherer Spannung, die Intensität des umgebenden elektrischen Feldes ist hoch. Dadurch kann es zu teilweisen oder vollständigen Entladungen kommen, zunehmende Energieverluste, Kommunikationsstörungen erzeugen, und beschleunigt die Oxidation der Ausrüstung. Um den Corona-Effekt zu vermeiden, Die Intensität des elektrischen Feldes in der Umgebungsluft muss durch Vergrößerung des Leiterquerschnitts verringert werden. Wenn der Spannungspegel unter 60 kV liegt, A kompletter Corona-Effekt tritt aufgrund der niedrigen Betriebsspannung und der geringen elektrischen Feldstärke nicht auf. Jedoch, wenn der Spannungspegel gleich oder größer als 110 kV ist, Der mindestens erforderliche Leiterquerschnitt zur Vermeidung des Koronaeffekts ist wie folgt:
| Nennspannung / kV | 110 | 220 | 330 |
|---|---|---|---|
| Mindestleiterquerschnitt | LGJ-70 | LGJ-300 | LGJ-2×240 |
Methode zur Auswahl des Leiterquerschnitts 1: Methode der wirtschaftlichen Stromdichte
Bei der wirtschaftlichen Betrachtung des Leiterquerschnitts, Dabei sind vor allem die Investitionen in den Leitungsbau und die jährlichen Betriebskosten zu berücksichtigen, die hauptsächlich auf Energieverlusten beruhen. Um die Wirtschaftlichkeit der Leiterauswahl sicherzustellen, sie sollte sich an der wirtschaftlichen Stromdichte orientieren. Nach umfassender Betrachtung der Grundsätze des Gesamtnutzens (Investition, Betriebskosten, Investitionsrückgewinnungsrate, Abschreibungssatz), Der wirtschaftlichste Strom, der einem Einheitsquerschnitt des Leiters entspricht, wird als wirtschaftliche Stromdichte bezeichnet. Dies hängt mit dem Leitermaterial zusammen, der Ausnutzungskoeffizient der Leitung, und die Höhe der Investition. In der Praxis, sie wird anhand des Leitermaterials bestimmt, die Stunden maximaler Auslastung, und der Nennspannung, wie in der Tabelle dargestellt. Der entsprechend der Wirtschaftsstromdichte ausgewählte Querschnitt wird als Wirtschaftsquerschnitt bezeichnet, definiert als:
Sj = Imax / J
- Sj: Wirtschaftsquerschnitt
- J: Wirtschaftliche Stromdichte
- IMAX: Maximaler Betriebsstrom des Leiters unter normalen Bedingungen
| T(max)/H | 2000 | 3000 | 4000 | 5000 | 6000 | 7000 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| LJ Dirigent von 10 kV oder weniger | 1.44 | 1.18 | 1.00 | 0.86 | 0.76 | 0.66 |
| LGJ Dirigent von 10 kV oder weniger | 1.70 | 1.38 | 1.18 | 1.00 | 0.88 | 0.78 |
| LCJ Dirigent von 35 kV oder mehr | 1.86 | 1.50 | 1.26 | 1.08 | 0.94 | 0.84 |
Beispiel für die Auswahl eines Luftkabels für eine Photovoltaikanlage
Echtes Szenario
Für einen Photovoltaik-Kabellösung, in einer 35-kV-Freileitung, Es wird ein geflochtenes Aluminiumkabel mit Stahlkern und Doppelkreis verwendet, mit einer Länge von 15 km und eine maximale Zuladung von 16 MW am Ende. Der durchschnittliche Leistungsfaktor beträgt 0.9, und ein maximal zulässiger Spannungsabfall von 5% unter normalen Bedingungen ist zulässig. Der Leiterquerschnitt muss ausgewählt werden.
Auswahlplan
Der Leiterquerschnitt wird entsprechend der wirtschaftlichen Stromdichte ausgewählt, Anschließend wird es anhand der drei erforderlichen Bedingungen und des zulässigen Spannungsabfalls überprüft.
Maximaler Betriebsstrom:
Imax = (P / 2) / (1.732 × UN × cosθ) = (16000 / 2) / (1.732 × 35 × 0.9) = 146.63 A
Mit maximalem Betriebsstrom (IMAX) von 146.63 A und Tmax von 2000 Std., Die Tabelle gibt an, dass die wirtschaftliche Stromdichte (J) Ist 1.65 A/mm². daher, Der wirtschaftliche Querschnitt ist:
Sj = Imax / J = 146.63 / 1.65 = 88.87 mm²
Der nächstgelegene Querschnitt wird ausgewählt: LGJ-95-Treiber, mit Parametern ro + jxo = 0.332 + j0,4 Ω/km und ein langfristig sicherer Dauerstrom von 335 A.
Überprüfung
- Mechanischer Widerstand:
S = 95 mm² > Und = 25 mm²
Erfüllt die Anforderungen. - Heizzustand:
Da die Doppelkreisleitung in einem Einzelkreis betrieben werden kann, der Strom in der Leitung steigt, mehr Wärme erzeugen. Dies ist das kritischste Betriebsszenario. Bei der Temperaturüberprüfung, Diese Betriebsart muss berücksichtigt werden:
Imax = 2 × 146.63 A = 293.26 A < Iy = 335 A
Erfüllt die Anforderungen. - Corona-Effekt-Zustand:
Da ist die Linie 35 kV, Es ist nicht erforderlich, den Corona-Effekt-Zustand zu überprüfen. - Spannungsabfall:
ΔU = (P × R + Q × X) × L / U = 1.80 kV
U% = 1.80 / 35 = 5.15% > 5%
Erfüllt nicht die Anforderungen, Daher muss der Leiterquerschnitt vergrößert werden. Der Leiter LGJ-120 ist ausgewählt, mit Parametern ro + jxo = 0.236 + j0,421 Ω/km und ein langfristig sicherer Dauerstrom von 380 A.
Neue Verifizierung:
- Mechanischer Widerstand:
S = 120 mm² > Und = 25 mm²
Erfüllt die Anforderungen. - Heizzustand:
Imax = 2 × 146.63 A = 293.26 A < Iy = 380 A
Die Tabelle zeigt, dass der LGJ-120-Leiter einen maximalen sicheren Strom von hat 380 A im Fehlermodus, größer als der maximale Strom im Leiter, es erfüllt also die Anforderungen. - Corona-Effekt-Zustand:
Da ist die Linie 35 kV, Es ist nicht erforderlich, den Corona-Effekt-Zustand zu überprüfen. - Spannungsabfall:
ΔU = (P × R + Q × X) × L / U = 1.60 kV
U% = 1.60 / 35 = 4.57% < 5%
Erfüllt die Anforderungen.
daher, der ausgewählte Luftleiter LGJ-120 ist geeignet.
Abschluss
Die richtige Auswahl der Kabel in einer Photovoltaikanlage ist für die Gewährleistung von Sicherheit und Effizienz unerlässlich. Durch Berücksichtigung der drei Hauptkriterien – mechanischer Widerstand, Heizung, und Koronabedingungen – ist gewährleistet, dass der Leiter physikalischen und thermischen Anforderungen standhält, Minimierung von Energieverlusten und Optimierung der Betriebskosten.
Die Verwendung der Methode der wirtschaftlichen Stromdichte ermöglicht es, die Anfangsinvestition und die langfristigen Kosten auszugleichen. Durch Anpassung des Leiterquerschnitts an technische Anforderungen und Vermeidung von Spannungsabfällen, ein effizienter und kostengünstiger Betrieb der Anlage gewährleistet ist, Maximierung seiner Leistung und Haltbarkeit.