The selection of aerial cable for a photovoltaic plant is a crucial aspect in the design and efficient operation of such facilities. The correct sizing of the aerial conductor directly impacts safety, energy losses, operating costs, and long-term profitability.
Photovoltaic plants are divided into centralized and distributed photovoltaic plants based on their capacity and consumption method. Centralized plants have a higher capacity and are usually connected to the grid using voltage levels of 35kV/110kV or higher, accessing a nearby 35kV/110kV substation. The 35kV/110kV substations are generally located in city load centers, at a certain distance from the photovoltaic plant. To reduce costs and improve efficiency, bare aerial cable आमतौर पर संयंत्र को सबस्टेशन से जोड़ने के लिए उपयोग किया जाता है.
फोटोवोल्टिक संयंत्र को डिजाइन करते समय और केबलों का चयन करते समय, छोटे क्रॉस-सेक्शन वाले नंगे कंडक्टर का उपयोग करने से अलौह धातुओं की खपत कम हो जाती है, इस प्रकार निवेश लागत कम हो जाती है. वहीं दूसरी ओर, यदि बड़े क्रॉस-सेक्शन वाले कंडक्टर का उपयोग किया जाता है, प्रति इकाई लंबाई प्रतिरोध कम हो जाता है, जो सक्रिय ऊर्जा हानि को कम करता है, वोल्टेज गिरना, और विद्युत ऊर्जा हानि, परिणामस्वरूप परिचालन लागत कम हो रही है. ग्रिड में घाटे को कम करना और फोटोवोल्टिक संयंत्र की आर्थिक दक्षता में सुधार करना, ऊर्जा उत्पादन राजस्व को अधिकतम करना, कंडक्टर के क्रॉस-सेक्शन का सही ढंग से चयन करना आवश्यक है.
कंडक्टर के क्रॉस-सेक्शन के चयन के लिए तीन आवश्यक शर्तें
ओवरहेड कंडक्टर के क्रॉस-सेक्शन के चयन से लोगों की सुरक्षा सुनिश्चित होनी चाहिए, विश्वसनीय बिजली आपूर्ति, उन्नत प्रौद्योगिकी, और उचित अर्थव्यवस्था. तकनीकी तौर पर, चयन को निम्नलिखित तीन आवश्यक आवश्यकताओं को पूरा करना होगा:
यांत्रिक प्रतिरोध स्थिति
लंबी अवधि के ऑपरेशन के दौरान, कंडक्टर विभिन्न बाहरी ताकतों के अधीन होगा, जैसे लाइन तनाव, कंडक्टर का अपना वजन, हवा, और बर्फ का भार जमा हो गया. कंडक्टर के संचालन की सुरक्षा और विश्वसनीयता सुनिश्चित करने के लिए, इसके लिए पर्याप्त यांत्रिक प्रतिरोध होना आवश्यक है. विनियम बताते हैं कि बिजली लाइनों के यांत्रिक प्रतिरोध को सुनिश्चित करना, कंडक्टर का क्रॉस-सेक्शन निम्नलिखित तालिका में दर्शाए गए मानों से कम नहीं होना चाहिए:
| कंडक्टर प्रकार | आवासीय क्षेत्रों के माध्यम से | गैर-आवासीय क्षेत्रों के माध्यम से |
|---|---|---|
| एल्यूमिनियम और एल्यूमिनियम मिश्र धातु ब्रेडेड केबल | 35 | 25 |
| स्टील कोर ब्रेडेड केबल | 25 | 16 |
| तांबे का तार | 16 | 16 |
तापन की स्थिति
When current flows through the conductor, it heats up due to resistance. To prevent the conductor from burning out or aging prematurely due to overheating, and to ensure its safe and reliable long-term operation, it must also meet temperature rise conditions. That is, the maximum continuous load current flowing through the conductor must be less than the long-term safe continuous current allowed. The standard establishes the long-term safe continuous current for an ambient temperature of 25°C, as shown in the following table:
| Cross-Section / mm of | 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 Effect Condition
In higher voltage aerial lines, the intensity of the surrounding electric field is high. This can induce the occurrence of partial or complete discharges, increasing energy losses, संचार हस्तक्षेप उत्पन्न करना, और उपकरण ऑक्सीकरण में तेजी लाना. कोरोना के प्रभाव से बचने के लिए, कंडक्टर के क्रॉस-सेक्शन को बढ़ाकर आसपास की हवा में विद्युत क्षेत्र की तीव्रता को कम किया जाना चाहिए. जब वोल्टेज स्तर 60kV से नीचे हो, ए पूर्ण कोरोना प्रभाव कम परिचालन वोल्टेज और कम विद्युत क्षेत्र की तीव्रता के कारण ऐसा नहीं होता है. तथापि, जब वोल्टेज स्तर 110kV के बराबर या उससे अधिक हो, कोरोना प्रभाव से बचने के लिए न्यूनतम आवश्यक कंडक्टर क्रॉस-सेक्शन इस प्रकार है:
| नाममात्र वोल्टेज / के.वी | 110 | 220 | 330 |
|---|---|---|---|
| न्यूनतम कंडक्टर क्रॉस-सेक्शन | एलजीजे-70 | एलजीजे-300 | एलजीजे-2×240 |
कंडक्टर के क्रॉस-सेक्शन का चयन करने की विधि 1: आर्थिक धारा घनत्व विधि
कंडक्टर के क्रॉस-सेक्शन को चुनने में मितव्ययिता पर विचार करते समय, it is necessary to primarily account for the investment in line construction and the annual operating costs, which are mainly based on energy losses. To ensure the economic viability of conductor selection, it should be based on the economic current density. After comprehensively considering the principles of overall benefit (investment, operating costs, investment recovery rate, depreciation rate), the most economical current corresponding to a unit cross-section of the conductor is called the economic current density. This is related to the conductor material, the utilization coefficient of the line, and the amount of investment. In practice, it is determined based on the conductor material, the hours of maximum load utilization, and the nominal voltage, as shown in the table. आर्थिक धारा घनत्व के अनुसार चयनित क्रॉस-सेक्शन को आर्थिक क्रॉस-सेक्शन कहा जाता है, के रूप में परिभाषित:
एसजे = आईमैक्स / जे
- एसजे: आर्थिक पार अनुभाग
- जे: आर्थिक वर्तमान घनत्व
- आईमैक्स: सामान्य परिस्थितियों में कंडक्टर का अधिकतम ऑपरेटिंग करंट
| टी(अधिकतम)/एच | 2000 | 3000 | 4000 | 5000 | 6000 | 7000 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| के एलजे कंडक्टर 10 केवी या उससे कम | 1.44 | 1.18 | 1.00 | 0.86 | 0.76 | 0.66 |
| LGJ के कंडक्टर 10 केवी या उससे कम | 1.70 | 1.38 | 1.18 | 1.00 | 0.88 | 0.78 |
| एलसीजे के कंडक्टर 35 केवी या अधिक | 1.86 | 1.50 | 1.26 | 1.08 | 0.94 | 0.84 |
फोटोवोल्टिक संयंत्र के लिए हवाई केबल का चयन करने का उदाहरण
वास्तविक परिदृश्य
एक के लिए फोटोवोल्टिक केबल समाधान, 35kV एरियल लाइन में, डबल सर्किट के साथ स्टील कोर एल्यूमीनियम ब्रेडेड केबल का उपयोग किया जाता है, की लंबाई के साथ 15 किमी और अधिकतम भार 16 अंत में मेगावाट. औसत शक्ति कारक है 0.9, और अधिकतम स्वीकार्य वोल्टेज ड्रॉप 5% सामान्य परिस्थितियों में अनुमति है. कंडक्टर के क्रॉस-सेक्शन का चयन करना आवश्यक है.
चयन योजना
The conductor’s cross-section will be selected based on economic current density, and then it will be verified according to the three necessary conditions and the allowable voltage drop.
Maximum Operating Current:
Imax = (P / 2) / (1.732 × UN × cosθ) = (16000 / 2) / (1.732 × 35 × 0.9) = 146.63 ए
With a maximum operating current (आईमैक्स) of 146.63 A and Tmax of 2000 hours, the table indicates that the economic current density (जे) is 1.65 A/mm². इसलिए, the economic cross-section is:
एसजे = आईमैक्स / J = 146.63 / 1.65 = 88.87 mm of
The nearest cross-section is selected: LGJ-95 conductor, with parameters ro + jxo = 0.332 + j0.4 Ω/km and a long-term safe continuous current of 335 ए.
Verification
- Mechanical Resistance:
S = 95 mm of > Sy = 25 mm of
Meets the requirements. - तापन की स्थिति:
Since the double circuit line can operate in a single circuit, the current in the line increases, generating more heat. This is the most critical operating scenario. In the temperature verification, संचालन के इस तरीके पर विचार किया जाना चाहिए:
Imax = 2 × 146.63 ए = 293.26 ए < मैं = 335 ए
Meets the requirements. - Corona Effect Condition:
चूंकि लाइन है 35 के.वी, कोरोना प्रभाव की स्थिति की पुष्टि करना आवश्यक नहीं है. - वोल्टेज घटाव:
Δयू = (पी × आर + क्यू × एक्स) × एल / यू = 1.80 के.वी
यू% = 1.80 / 35 = 5.15% > 5%
आवश्यकताओं को पूरा नहीं करता, इसलिए कंडक्टर का क्रॉस-सेक्शन बढ़ाया जाना चाहिए. LGJ-120 कंडक्टर का चयन किया गया है, with parameters ro + jxo = 0.236 + j0.421 Ω/किमी और एक दीर्घकालिक सुरक्षित निरंतर धारा 380 ए.
नया सत्यापन:
- Mechanical Resistance:
S = 120 mm of > Sy = 25 mm of
Meets the requirements. - तापन की स्थिति:
Imax = 2 × 146.63 ए = 293.26 ए < मैं = 380 ए
तालिका से पता चलता है कि LGJ-120 कंडक्टर में अधिकतम सुरक्षित करंट है 380 ए विफलता मोड में, कंडक्टर में अधिकतम धारा से अधिक, इसलिए यह आवश्यकताओं को पूरा करता है. - Corona Effect Condition:
चूंकि लाइन है 35 के.वी, कोरोना प्रभाव की स्थिति की पुष्टि करना आवश्यक नहीं है. - वोल्टेज घटाव:
Δयू = (पी × आर + क्यू × एक्स) × एल / यू = 1.60 के.वी
यू% = 1.60 / 35 = 4.57% < 5%
Meets the requirements.
इसलिए, चयनित एरियल कंडक्टर LGJ-120 उपयुक्त है.
निष्कर्ष
का उचित चयन एक फोटोवोल्टिक संयंत्र में केबल सुरक्षा और दक्षता दोनों सुनिश्चित करने के लिए आवश्यक है. तीन मुख्य मानदंडों पर विचार करके- यांत्रिक प्रतिरोध, गरम करना, और कोरोना स्थितियां-यह गारंटी है कि कंडक्टर भौतिक और थर्मल मांगों का सामना करेगा, ऊर्जा हानि को न्यूनतम करना और परिचालन लागत को अनुकूलित करना.
आर्थिक वर्तमान घनत्व पद्धति का उपयोग प्रारंभिक निवेश और दीर्घकालिक लागत को संतुलित करने की अनुमति देता है. तकनीकी आवश्यकताओं को पूरा करने और वोल्टेज ड्रॉप से बचने के लिए कंडक्टर के क्रॉस-सेक्शन को समायोजित करके, स्थापना का कुशल और लागत प्रभावी संचालन सुनिश्चित किया जाता है, इसके प्रदर्शन और स्थायित्व को अधिकतम करना.