La selección del cable aéreo para una planta fotovoltaica es un aspecto crucial en el diseño y funcionamiento eficiente de este tipo de instalaciones.. El correcto dimensionamiento del conductor aéreo impacta directamente en la seguridad, perdidas de energia, costos operativos, y rentabilidad a largo plazo.
Las plantas fotovoltaicas se dividen en plantas fotovoltaicas centralizadas y distribuidas según su capacidad y método de consumo.. Las plantas centralizadas tienen una mayor capacidad y generalmente están conectadas a la red utilizando niveles de voltaje de 35 kV/110 kV o superiores., acceder a una subestación cercana de 35 kV/110 kV. Las subestaciones de 35kV/110kV generalmente están ubicadas en centros de carga de la ciudad., a cierta distancia de la planta fotovoltaica. Para reducir costes y mejorar la eficiencia., cable aéreo desnudo Se utiliza normalmente para conectar la planta a la subestación..
A la hora de diseñar una planta fotovoltaica y seleccionar cables, el uso de un conductor desnudo con una sección transversal más pequeña reduce el consumo de metales no ferrosos, reduciendo así los costes de inversión. Por otro lado, si se utiliza un conductor con una sección transversal mayor, la resistencia por unidad de longitud disminuye, lo que reduce las pérdidas de energía activa, caídas de voltaje, y pérdidas de energía eléctrica, en consecuencia, reduciendo los costos operativos. Reducir pérdidas en la red y mejorar la eficiencia económica de la planta fotovoltaica, maximizar los ingresos por generación de energía, Es fundamental seleccionar correctamente la sección del conductor..
Tres condiciones necesarias para seleccionar la sección transversal del conductor
La selección de la sección del conductor aéreo debe garantizar la seguridad de las personas., suministro de electricidad confiable, tecnología avanzada, y economía razonable. Técnicamente, la selección debe cumplir con los siguientes tres requisitos necesarios:
Condición de resistencia mecánica
Durante el funcionamiento a largo plazo, el conductor estará sujeto a diversas fuerzas externas, como la tensión de la línea, el propio peso del conductor, viento, y peso del hielo acumulado. Para garantizar la seguridad y confiabilidad de la operación del conductor., es necesario que tenga suficiente resistencia mecánica. La normativa establece que para garantizar la resistencia mecánica de las líneas eléctricas, La sección transversal del conductor no debe ser inferior a los valores indicados en la siguiente tabla.:
| Tipo de conductor | A través de áreas residenciales | A través de áreas no residenciales |
|---|---|---|
| Cable trenzado de aluminio y aleación de aluminio | 35 | 25 |
| Cable trenzado con núcleo de acero | 25 | 16 |
| Cable de cobre | 16 | 16 |
Condición de calefacción
Cuando la corriente fluye a través del conductor., se calienta debido a la resistencia. Para evitar que el conductor se queme o envejezca prematuramente debido al sobrecalentamiento., y para garantizar su funcionamiento seguro y fiable a largo plazo., también debe cumplir con las condiciones de aumento de temperatura.. Eso es, La corriente de carga continua máxima que fluye a través del conductor debe ser menor que la corriente continua segura a largo plazo permitida.. La norma establece la corriente continua segura a largo plazo para una temperatura ambiente de 25°C., como se muestra en la siguiente tabla:
| Sección transversal / 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 |
Condición del efecto corona
En líneas aéreas de mayor tensión, la intensidad del campo eléctrico circundante es alta. Esto puede inducir la aparición de descargas parciales o completas., aumento de las pérdidas de energía, generando interferencias en la comunicación, y acelerar la oxidación del equipo. Para evitar el efecto corona, La intensidad del campo eléctrico en el aire circundante debe reducirse aumentando la sección transversal del conductor.. Cuando el nivel de voltaje es inferior a 60 kV, a efecto corona completo no ocurre debido al bajo voltaje operativo y la baja intensidad del campo eléctrico. Sin embargo, cuando el nivel de tensión es igual o superior a 110kV, La sección transversal mínima requerida del conductor para evitar el efecto corona es la siguiente:
| Tensión nominal / kV | 110 | 220 | 330 |
|---|---|---|---|
| Sección transversal mínima del conductor | LGJ-70 | LGJ-300 | LGJ-2×240 |
Método para seleccionar la sección transversal del conductor 1: Método de densidad de corriente económica
Al considerar la economía en la selección de la sección transversal del conductor., es necesario contabilizar principalmente la inversión en la construcción de la línea y los costos operativos anuales, que se basan principalmente en pérdidas de energía. Garantizar la viabilidad económica de la selección de conductores., debería basarse en la densidad de corriente económica. Después de considerar exhaustivamente los principios del beneficio general (inversión, costos operativos, tasa de recuperación de la inversión, tasa de depreciación), la corriente más económica correspondiente a una unidad de sección transversal del conductor se llama densidad de corriente económica. Esto está relacionado con el material conductor., el coeficiente de utilización de la línea, y el monto de la inversión. En la práctica, se determina en función del material del conductor, las horas de máxima utilización de carga, y la tensión nominal, como se muestra en la tabla. La sección transversal seleccionada según la densidad de corriente económica se denomina sección transversal económica., definido como:
Sj = Imáx / j
- sj: Corte transversal económico
- j: Densidad de corriente económica
- imáx: Corriente máxima de funcionamiento del conductor en condiciones normales.
| t(máximo)/h | 2000 | 3000 | 4000 | 5000 | 6000 | 7000 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| LJ Director de 10 kV o menos | 1.44 | 1.18 | 1.00 | 0.86 | 0.76 | 0.66 |
| LGJ Director de 10 kV o menos | 1.70 | 1.38 | 1.18 | 1.00 | 0.88 | 0.78 |
| Conductor de LCJ de 35 kV o más | 1.86 | 1.50 | 1.26 | 1.08 | 0.94 | 0.84 |
Ejemplo de Selección de Cable Aéreo para una Planta Fotovoltaica
Escenario real
por un solución de cable fotovoltaico, en una línea aérea de 35kV, Se utiliza un cable trenzado de aluminio con núcleo de acero y doble circuito., con una longitud de 15 km y una carga máxima de 16 mw al final. El factor de potencia promedio es 0.9, y una caída de voltaje máxima permitida de 5% en condiciones normales está permitido. Es necesario seleccionar la sección transversal del conductor..
Plan de selección
La sección transversal del conductor se seleccionará en función de la densidad de corriente económica., y luego se verificará según las tres condiciones necesarias y la caída de voltaje permitida.
Corriente máxima de funcionamiento:
Imáx = (PAG / 2) / (1.732 × ONU × cosθ) = (16000 / 2) / (1.732 × 35 × 0.9) = 146.63 A
Con una corriente máxima de funcionamiento (imáx) de 146.63 A y Tmax de 2000 horas, la tabla indica que la densidad de corriente económica (j) es 1.65 A/mm². Por lo tanto, la sección económica transversal es:
Sj = Imáx / j = 146.63 / 1.65 = 88.87 mm²
Se selecciona la sección transversal más cercana.: LGJ-95 conductor, con parámetros ro + jxo = 0.332 + j0,4 Ω/km y una corriente continua segura a largo plazo de 335 A.
Verificación
- Resistencia mecánica:
S = 95 mm² > Y = 25 mm²
Cumple con los requisitos. - Condición de calefacción:
Dado que la línea de doble circuito puede funcionar en un solo circuito, la corriente en la línea aumenta, generando más calor. Este es el escenario operativo más crítico.. En la verificación de temperatura., este modo de operación debe ser considerado:
Imáx = 2 × 146.63 Una = 293.26 A < Iy = 335 A
Cumple con los requisitos. - Condición del efecto corona:
Dado que la línea es 35 kV, No es necesario verificar la condición del efecto corona.. - Caída de voltaje:
ΔU = (P×R + Q×X) × L / tu = 1.80 kV
%U = 1.80 / 35 = 5.15% > 5%
No cumple con los requisitos, por lo que se debe aumentar la sección transversal del conductor. Se selecciona el conductor LGJ-120., con parámetros ro + jxo = 0.236 + j0,421 Ω/km y una corriente continua segura a largo plazo de 380 A.
Nueva verificación:
- Resistencia mecánica:
S = 120 mm² > Y = 25 mm²
Cumple con los requisitos. - Condición de calefacción:
Imáx = 2 × 146.63 Una = 293.26 A < Iy = 380 A
En la tabla se muestra que el conductor LGJ-120 tiene una corriente máxima segura de 380 A en modo de falla, mayor que la corriente máxima en el conductor, por lo que cumple con los requisitos. - Condición del efecto corona:
Dado que la línea es 35 kV, No es necesario verificar la condición del efecto corona.. - Caída de voltaje:
ΔU = (P×R + Q×X) × L / tu = 1.60 kV
%U = 1.60 / 35 = 4.57% < 5%
Cumple con los requisitos.
Por lo tanto, el conductor aéreo seleccionado LGJ-120 es adecuado.
Conclusión
La selección adecuada del cables en una planta fotovoltaica Es esencial para garantizar la seguridad y la eficiencia.. Al considerar los tres criterios principales: resistencia mecánica, calefacción, y condiciones de corona: se garantiza que el conductor resistirá las demandas físicas y térmicas., Minimizar las pérdidas de energía y optimizar los costes operativos..
El uso del método económico de densidad de corriente permite equilibrar la inversión inicial y los costos a largo plazo.. Ajustando la sección transversal del conductor para cumplir con los requisitos técnicos y evitar caídas de tensión., Se garantiza un funcionamiento eficiente y rentable de la instalación., maximizando su rendimiento y durabilidad.