Вибір антенного кабелю для фотоелектричної установки є вирішальним аспектом у проектуванні та ефективній експлуатації таких об’єктів.. Правильний розмір повітряного провідника безпосередньо впливає на безпеку, втрати енергії, експлуатаційні витрати, і довгострокову прибутковість.
Фотоелектричні установки поділяються на централізовані та розподілені фотоелектричні установки на основі їх потужності та способу споживання. Централізовані станції мають вищу потужність і зазвичай підключаються до мережі за допомогою рівнів напруги 35 кВ/110 кВ або вище., доступ до сусідньої підстанції 35 кВ/110 кВ. Підстанції 35/110 кВ зазвичай розташовані в центрах навантаження міста, на певній відстані від фотоелектричної станції. Для зниження витрат і підвищення ефективності, оголений антенний кабель зазвичай використовується для підключення заводу до підстанції.
При проектуванні фотоелектричної установки та виборі кабелів, використання оголеного провідника з меншим перерізом зменшує витрату кольорових металів, тим самим знижуючи інвестиційні витрати. З іншого боку, якщо використовується провідник більшого перетину, опір на одиницю довжини зменшується, що зменшує втрати активної енергії, перепади напруги, і втрати електроенергії, як наслідок зниження експлуатаційних витрат. Зменшити втрати в мережі та підвищити економічну ефективність фотоелектричної станції, максимізація прибутку від виробництва енергії, Важливо правильно вибрати перетин провідника.
Три необхідні умови для вибору перерізу провідника
Вибір поперечного перерізу провідника повинен забезпечувати безпеку людей, надійне електропостачання, передові технології, і розумна економія. Технічно, вибір повинен відповідати наступним трьом необхідним вимогам:
Умова механічної стійкості
При тривалій експлуатації, провідник буде піддаватися різним зовнішнім силам, наприклад натяг лінії, власна вага провідника, вітер, і накопичена вага льоду. Для забезпечення безпеки та надійності роботи провідника, необхідно, щоб він мав достатню механічну стійкість. У нормативних документах зазначено, що для забезпечення механічної стійкості ліній електропередач, поперечний переріз провідника не повинен бути менше значень, зазначених у наступній таблиці:
| Тип провідника | Через житлові масиви | Через нежитлову територію |
|---|---|---|
| Кабель з опліткою з алюмінію та алюмінієвих сплавів | 35 | 25 |
| Плетений кабель зі сталевим сердечником | 25 | 16 |
| Мідний кабель | 16 | 16 |
Умови опалення
При протіканні струму по провіднику, він нагрівається через опір. Щоб запобігти вигоранню або передчасному старінню провідника через перегрів, і забезпечити його безпечну та надійну тривалу роботу, він також повинен відповідати умовам підвищення температури. Тобто, максимальний безперервний струм навантаження, що протікає через провідник, має бути меншим за дозволений довготривалий безпечний безперервний струм. Стандарт встановлює довготривалий безпечний безперервний струм для температури навколишнього середовища 25°C, як показано в наступній таблиці:
| Поперечний переріз / мм² | 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 |
Умова ефекту корони
У повітряних лініях вищої напруги, інтенсивність навколишнього електричного поля висока. Це може спричинити появу часткових або повних розрядів, збільшення втрат енергії, створення перешкод зв'язку, і прискорення окислення обладнання. Щоб уникнути ефекту корони, напруженість електричного поля в навколишньому повітрі необхідно зменшити за рахунок збільшення поперечного перерізу провідника. При рівні напруги нижче 60 кВ, a повний ефект корони не відбувається через низьку робочу напругу та низьку напруженість електричного поля. Проте, коли рівень напруги дорівнює або перевищує 110 кВ, мінімально необхідний поперечний переріз провідника для уникнення ефекту корони наступний:
| Номінальна напруга / кВ | 110 | 220 | 330 |
|---|---|---|---|
| Мінімальний переріз провідника | LGJ-70 | LGJ-300 | LGJ-2×240 |
Спосіб вибору перерізу провідника 1: Економічний метод густини струму
З огляду на економію при виборі перерізу провідника, необхідно передусім враховувати інвестиції в будівництво лінії та річні експлуатаційні витрати, які в основному базуються на втратах енергії. Забезпечити економічну доцільність вибору провідника, він повинен базуватися на економічній щільності струму. Після всебічного розгляду принципів загальної вигоди (інвестиції, експлуатаційні витрати, коефіцієнт окупності інвестицій, норма амортизації), найбільш економічний струм, що відповідає одиниці поперечного перерізу провідника, називається економічною густиною струму. Це пов'язано з матеріалом провідника, коефіцієнт використання лінії, і розмір інвестицій. На практиці, визначається на основі матеріалу провідника, години максимального використання навантаження, і номінальна напруга, як показано в таблиці. Поперечний переріз, вибраний відповідно до економічної густини струму, називається економічним перерізом, визначається як:
Sj = Imax / Дж
- Sj: Економічний розріз
- Дж: Економічна щільність струму
- Imax: Максимальний робочий струм провідника за нормальних умов
| Т(макс)/ч | 2000 | 3000 | 4000 | 5000 | 6000 | 7000 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| ЖЖ Диригент в 10 кВ або менше | 1.44 | 1.18 | 1.00 | 0.86 | 0.76 | 0.66 |
| LGJ диригент 10 кВ або менше | 1.70 | 1.38 | 1.18 | 1.00 | 0.88 | 0.78 |
| LCJ Провідник 35 кВ або більше | 1.86 | 1.50 | 1.26 | 1.08 | 0.94 | 0.84 |
Приклад вибору антенного кабелю для фотоелектричної установки
Реальний сценарій
Для a рішення фотоелектричного кабелю, в повітряній лінії 35 кВ, використовується кабель зі сталевою жилою і алюмінієвою опліткою з подвійним контуром, з довжиною 15 км і максимальним навантаженням 16 MW в кінці. Середній коефіцієнт потужності становить 0.9, і максимально допустиме падіння напруги 5% за нормальних умов допускається. Необхідно вибрати перетин провідника.
План відбору
Перетин провідника буде підібрано виходячи з економічної щільності струму, а потім буде перевірено відповідно до трьох необхідних умов і допустимого падіння напруги.
Максимальний робочий струм:
Imax = (П / 2) / (1.732 × UN × cosθ) = (16000 / 2) / (1.732 × 35 × 0.9) = 146.63 А
З максимальним робочим струмом (Imax) з 146.63 A і Tmax з 2000 години, в таблиці вказано, що економічна щільність струму (Дж) є 1.65 А/мм². тому, економічний переріз є:
Sj = Imax / J = 146.63 / 1.65 = 88.87 мм²
Вибирається найближчий перетин: Драйвер LGJ-95, з параметрами ro + jxo = 0.332 + j0,4 Ом/км і довготривалий безпечний безперервний струм 335 А.
Перевірка
- Механічна стійкість:
S = 95 мм² > І = 25 мм²
Відповідає вимогам. - Умови опалення:
Оскільки дволанцюгова лінія може працювати в одній ланцюзі, сила струму в лінії збільшується, генеруючи більше тепла. Це найбільш критичний сценарій роботи. При перевірці температури, цей режим роботи необхідно враховувати:
Imax = 2 × 146.63 A = 293.26 А < Iy = 335 А
Відповідає вимогам. - Умова ефекту корони:
Оскільки лінія є 35 кВ, немає необхідності перевіряти стан ефекту корони. - Падіння напруги:
ΔU = (P × R + Q × X) × L / U = 1.80 кВ
U% = 1.80 / 35 = 5.15% > 5%
Не відповідає вимогам, тому потрібно збільшити переріз провідника. Вибрано провідник LGJ-120, з параметрами ro + jxo = 0.236 + j0,421 Ом/км і довготривалий безпечний безперервний струм 380 А.
Нова перевірка:
- Механічна стійкість:
S = 120 мм² > І = 25 мм²
Відповідає вимогам. - Умови опалення:
Imax = 2 × 146.63 A = 293.26 А < Iy = 380 А
З таблиці видно, що провідник LGJ-120 має максимальний безпечний струм 380 А в режимі відмови, більше максимального струму в провіднику, тому він відповідає вимогам. - Умова ефекту корони:
Оскільки лінія є 35 кВ, немає необхідності перевіряти стан ефекту корони. - Падіння напруги:
ΔU = (P × R + Q × X) × L / U = 1.60 кВ
U% = 1.60 / 35 = 4.57% < 5%
Відповідає вимогам.
тому, обраний антенний провідник LGJ-120 підходить.
Висновок
Правильний підбір кабелі в фотоелектричній станції є важливим для забезпечення як безпеки, так і ефективності. Розглядаючи три основні критерії — механічну стійкість, опалення, і умови корони — гарантовано, що провідник витримає фізичні та термічні навантаження, мінімізація втрат енергії та оптимізація експлуатаційних витрат.
Використання економічного методу густини струму дозволяє збалансувати початкові інвестиції та довгострокові витрати. Регулюючи переріз провідника відповідно до технічних вимог і уникаючи перепадів напруги, забезпечується ефективна та економічна робота установки, максимізація його продуктивності та довговічності.