Le choix du câble aérien pour une installation photovoltaïque est un aspect crucial dans la conception et l'exploitation efficace de telles installations.. Le bon dimensionnement du conducteur aérien impacte directement la sécurité, pertes d'énergie, frais de fonctionnement, et rentabilité à long terme.
Les installations photovoltaïques sont divisées en installations photovoltaïques centralisées et distribuées en fonction de leur capacité et de leur mode de consommation.. Les installations centralisées ont une capacité plus élevée et sont généralement connectées au réseau en utilisant des niveaux de tension de 35 kV/110 kV ou plus., accéder à une sous-station 35kV/110kV à proximité. Les sous-stations 35kV/110kV sont généralement situées dans les centres de distribution urbains, à une certaine distance de la centrale photovoltaïque. Pour réduire les coûts et améliorer l’efficacité, câble aérien nu est généralement utilisé pour connecter l'usine à la sous-station.
Lors de la conception d'une installation photovoltaïque et du choix des câbles, l'utilisation d'un conducteur nu de section plus petite réduit la consommation de métaux non ferreux, réduisant ainsi les coûts d'investissement. D'autre part, si un conducteur de plus grande section est utilisé, la résistance par unité de longueur diminue, ce qui réduit les pertes d’énergie active, chutes de tension, et pertes d'énergie électrique, réduisant ainsi les coûts d'exploitation. Réduire les pertes dans le réseau et améliorer l’efficacité économique de la centrale photovoltaïque, maximiser les revenus de la production d’énergie, il est essentiel de bien choisir la section du conducteur.
Trois conditions nécessaires au choix de la section du conducteur
Le choix de la section du conducteur aérien doit assurer la sécurité des personnes, approvisionnement en électricité fiable, technologie avancée, et une économie raisonnable. Techniquement, la sélection doit répondre aux trois exigences nécessaires suivantes:
État de résistance mécanique
Pendant un fonctionnement à long terme, le conducteur sera soumis à diverses forces externes, comme la tension de ligne, le propre poids du conducteur, vent, et le poids de glace accumulé. Assurer la sécurité et la fiabilité du fonctionnement du conducteur, il faut qu'il ait une résistance mécanique suffisante. La réglementation précise que pour assurer la résistance mécanique des lignes électriques, la section du conducteur ne doit pas être inférieure aux valeurs indiquées dans le tableau suivant:
| Type de conducteur | À travers les zones résidentielles | À travers les zones non résidentielles |
|---|---|---|
| Câble tressé en aluminium et alliage d'aluminium | 35 | 25 |
| Câble tressé à âme en acier | 25 | 16 |
| Câble en cuivre | 16 | 16 |
État du chauffage
Lorsque le courant traverse le conducteur, il chauffe à cause de la résistance. Pour éviter que le conducteur ne brûle ou ne vieillisse prématurément en raison d'une surchauffe, et pour garantir son fonctionnement sûr et fiable à long terme, il doit également répondre à des conditions d'échauffement. C'est, le courant de charge continu maximum circulant à travers le conducteur doit être inférieur au courant continu sûr à long terme autorisé. La norme établit le courant continu sûr à long terme pour une température ambiante de 25°C, comme le montre le tableau suivant:
| Coupe transversale / 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 |
État de l'effet Corona
Dans les lignes aériennes à haute tension, l'intensité du champ électrique environnant est élevée. Ceci peut induire l'apparition de décharges partielles ou complètes, augmentation des pertes d’énergie, générer des interférences de communication, et accélérer l'oxydation des équipements. Pour éviter l’effet corona, l’intensité du champ électrique dans l’air ambiant doit être réduite en augmentant la section du conducteur. Lorsque le niveau de tension est inférieur à 60 kV, un effet corona complet ne se produit pas en raison de la faible tension de fonctionnement et de la faible intensité du champ électrique. Cependant, lorsque le niveau de tension est égal ou supérieur à 110kV, la section de conducteur minimale requise pour éviter l'effet corona est la suivante:
| Tension nominale / kV | 110 | 220 | 330 |
|---|---|---|---|
| Section minimale du conducteur | LGJ-70 | LGJ-300 | LGJ-2 × 240 |
Méthode de sélection de la section transversale du conducteur 1: Méthode économique de densité de courant
Lorsque l’on considère l’économie dans le choix de la section du conducteur, il faut tenir compte principalement de l'investissement dans la construction de la ligne et des coûts annuels d'exploitation, qui reposent principalement sur les pertes d’énergie. Assurer la viabilité économique de la sélection des conducteurs, il devrait être basé sur la densité économique du courant. Après avoir examiné de manière approfondie les principes du bénéfice global (investissement, frais de fonctionnement, taux de récupération des investissements, taux d'amortissement), le courant le plus économique correspondant à une section unitaire du conducteur est appelé densité de courant économique. Ceci est lié au matériau conducteur, le coefficient d'utilisation de la ligne, et le montant de l'investissement. En pratique, il est déterminé en fonction du matériau conducteur, les heures d'utilisation maximale de la charge, et la tension nominale, comme indiqué dans le tableau. La section efficace choisie en fonction de la densité de courant économique est appelée section efficace économique., défini comme:
Sj = Imax / J.
- Sj: Coupe transversale économique
- J.: Densité de courant économique
- Imax: Courant de fonctionnement maximum du conducteur dans des conditions normales
| T(maximum)/h | 2000 | 3000 | 4000 | 5000 | 6000 | 7000 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| LJ Chef d'orchestre de 10 kV ou moins | 1.44 | 1.18 | 1.00 | 0.86 | 0.76 | 0.66 |
| LGJ Chef d'orchestre de 10 kV ou moins | 1.70 | 1.38 | 1.18 | 1.00 | 0.88 | 0.78 |
| LCJ Chef d'orchestre de 35 kV ou plus | 1.86 | 1.50 | 1.26 | 1.08 | 0.94 | 0.84 |
Exemple de sélection d'un câble aérien pour une centrale photovoltaïque
Scénario réel
Pour un solution de câble photovoltaïque, dans une ligne aérienne 35kV, un câble tressé en aluminium à âme d'acier avec un double circuit est utilisé, avec une longueur de 15 km et une charge maximale de 16 MW à la fin. Le facteur de puissance moyen est 0.9, et une chute de tension maximale admissible de 5% dans des conditions normales est autorisé. La section du conducteur doit être sélectionnée.
Plan de sélection
La section transversale du conducteur sera sélectionnée en fonction de la densité de courant économique, puis cela sera vérifié en fonction des trois conditions nécessaires et de la chute de tension admissible.
Courant de fonctionnement maximal:
Imax = (P. / 2) / (1.732 × UN × cosθ) = (16000 / 2) / (1.732 × 35 × 0.9) = 146.63 UN
Avec un courant de fonctionnement maximum (Imax) de 146.63 A et Tmax de 2000 heures, le tableau indique que la densité de courant économique (J.) est 1.65 A/mm². Donc, la coupe transversale économique est:
Sj = Imax / J = 146.63 / 1.65 = 88.87 mm²
La section transversale la plus proche est sélectionnée: Pilote LGJ-95, avec paramètres ro + jxo = 0.332 + j0,4 Ω/km et un courant continu sûr à long terme de 335 UN.
Vérification
- Résistance mécanique:
S = 95 mm² > Et = 25 mm²
Répond aux exigences. - État du chauffage:
Puisque la ligne à double circuit peut fonctionner dans un seul circuit, le courant dans la ligne augmente, générer plus de chaleur. Il s'agit du scénario de fonctionnement le plus critique. Dans la vérification de la température, ce mode de fonctionnement doit être considéré:
Imax = 2 × 146.63 UNE = 293.26 UN < Je = 335 UN
Répond aux exigences. - État de l'effet Corona:
Puisque la ligne est 35 kV, il n'est pas nécessaire de vérifier la condition de l'effet corona. - Chute de tension:
ΔU = (P × R + Q × X) ×L / U = 1.80 kV
U% = 1.80 / 35 = 5.15% > 5%
Ne répond pas aux exigences, il faut donc augmenter la section du conducteur. Le conducteur LGJ-120 est sélectionné, avec paramètres ro + jxo = 0.236 + j0,421 Ω/km et un courant continu sûr à long terme de 380 UN.
Nouvelle vérification:
- Résistance mécanique:
S = 120 mm² > Et = 25 mm²
Répond aux exigences. - État du chauffage:
Imax = 2 × 146.63 UNE = 293.26 UN < Je = 380 UN
Le tableau montre que le conducteur LGJ-120 a un courant de sécurité maximum de 380 A en mode échec, supérieur au courant maximum dans le conducteur, donc il répond aux exigences. - État de l'effet Corona:
Puisque la ligne est 35 kV, il n'est pas nécessaire de vérifier la condition de l'effet corona. - Chute de tension:
ΔU = (P × R + Q × X) ×L / U = 1.60 kV
U% = 1.60 / 35 = 4.57% < 5%
Répond aux exigences.
Donc, le conducteur aérien sélectionné LGJ-120 convient.
Conclusion
La bonne sélection des câbles dans une installation photovoltaïque est essentiel pour garantir à la fois la sécurité et l’efficacité. En considérant les trois critères principaux : la résistance mécanique, chauffage, et conditions corona : il est garanti que le conducteur résistera aux exigences physiques et thermiques, minimiser les pertes d’énergie et optimiser les coûts d’exploitation.
L’utilisation de la méthode économique de densité de courant permet d’équilibrer l’investissement initial et les coûts à long terme. En ajustant la section du conducteur pour répondre aux exigences techniques et éviter les chutes de tension, un fonctionnement efficace et rentable de l’installation est assuré, maximiser ses performances et sa durabilité.