Кабели и конектори за фотоволтаични централи

ВЕИ енергетикaТехнически статииСп. Енерджи ревю - брой 3, 2011

Кабели и конектори за фотоволтаични централи

Електрическото окабеляване на фотоволтаичните централи се осъществява с кабели за постоянен ток, които свързват модулите, централната съединителна кутия и инвертора, и кабели за променлив ток, свързващи инвертора към електроразпределителната мрежа. Спецификите на приложението определят завишени изисквания по отношение на изолацията на кабелите, устойчивостта на ултравиолетови лъчи, атмосферни влияния и висока температура. Също така, кабелите за фотоволтаични системи трябва да бъдат издръжливи по отношение на напрежението и възможността за пренасяне на ток, както и да имат достатъчно ниско съпротивление, за да се избегне значителен спад на напрежението. Сред останалите изискванията към DC кабелите, които свързват фотоволатичните панели и инверторите, са устойчивост на вода, масла, пожар, ниска токсичност и безпроблемна експлоатация при монтаж на открито в широк температурен диапазон (-40 до +125 оС). За апаратурата в закрити помещения могат да се използват едножилни кабели с максимално допустимо постоянно напрежение 1.8 kV и работен температурен обхват между -40 °C до +90 °C.

Видове кабели

При окабеляването на фотоволтаичните централи широко приложение намират кабелите с изолация от омрежен полиетилен. При този тип изолация линейните макромолекули на полиетилена формират напречни връзки помежду си, като получената структура се характеризира с подобрена устойчивост на материала на високи температури, вътрешно налягане и износване, вследствие на триене. Също така, омрежването позволява значително подобряване на електрическите и механичните характеристики на полиетилена. Кабелите с изолация от омрежен полиетилен са основно два вида - едножилни и двужилни, в зависимост от конструкцията на токопроводимите жила. От своя страна, едножилните кабели са с кръгли многожилни уплътнени жила или с кръгли плътни жила. Трижилните кабели са със секторни многожични жила, кръгли плътни жила и кръгли многожични уплътнени жила. Кабелите с изолация от омрежен полиетилен могат да бъдат класифицирани и в зависимост от конструктивното изпълнение на металния екран. Спрямо този признак, те се поразделят в две групи. В първата група се включват едножилни кабели с метален екран от медни жици и медни контактни ленти, както и с метален екран от медни ленти. Втората група обединява трижилни кабели с общ за трите фази метален екран от медни ленти и трижилни кабели с метален екран поотделно за всяка фаза от медни ленти.

Спад на напрежението и сечение на кабелите

Спадът на напрежение в кабелите е от съществено значение за експлоатацията им във фотоволтаични системи, тъй като може да доведе до загуби на енергия и други проблеми.

Спадът на напрежение може да се изчисли по следния начин:

VD = I x RC

където VD е спадът на напрежение в кабела (V) I е токът в кабела (А) RC е съпротивлението на кабела (W), което зависи от дължината и сечението на кабела.

Препоръчителната стойност за спада на напрежение в кабелите е VD Ј 2%. При по-малки автономни централи, спадът на напрежение трябва да е максимум 3% между фотоволтаичната група и батериите и по-малко от 5% между батерията и DC товарите. Ако сечението на кабелите от PV модулите до батерията не е достатъчно голямо, това ще доведе до значително съкращаване на живота на батерията, особено ако работната температура на панелите е висока. Допустимият спад на напрежение в кабела ще се надхвърли и батерията няма да може да се зарежда напълно. За кабелите в помещенията на батериите може да има и допълнителни изисквания, като например да са киселинноустойчиви.

Спадът на напрежение обикновено се получава следствие на неправилно изчислено сечение на кабела за дадения ток и дължина на кабела. Определянето на сечението на кабелите може да се извърши по икономична плътност, по допустимо нагряване, по термична устойчивост или по допустима загуба на напрежение. Сечението по икономична плътност се изчислява по формулата: Suk = Im/Juk (mm), където: Suk е икономичното сечение на кабела, Im - максимално продължителен ток при нормален режим на работа; Juk - икономична плътност на тока.

Сечението на кабела по допустимо нагряване се изчислява по формулата Iдоп = Iм/к1к2 (А), като за целта е необходимо да се определят максималните продължителни товари във всички участъци на разпределителната мрежа при нормален и авариен режим. С Iм е обозначен по-големият от максималните продължителни товари, определени в нормален и авариен режим на работа, а к1 и к2 са корекционни коефициенти на допустимия ток на кабелите, в зависимост от броя на паралелните кабели и температурата на околната среда. Когато кабелите са положени в различна среда на охлаждане, сечението им се избира за най-неблагоприятната от тях.

Избор на сечение по термична устойчивост. Изчислява се по формулата: Sту і Sизч = 103 Iµ Ц(tф/(Aqmax - Aqн), където: Iµ е трайният ток на к. с. в кА; Aqн и Aqmax са константи, които се определят в зависимост от началната и крайната температура, съответно преди и след к. с. Съответно: tф е фиктивното (еквивалентното) време на к. с. - в секунди, Sизч - изчисленото сечение на кабела в mm2. Обикновено, дължината на линиите в разпределителните мрежи и загубите на напрежение в тях са малки. В резултат на това, за сечение, избрано по едно от разглежданите условия, се прави проверка по допустима загуба на напрежение, която се определя в зависимост от нормираните допустими отклонения на напрежението на консуматорите по паспорт.

Специалистите препоръчват да се избере сечение на кабела, равно на най-голямата стойност, пресметната при използване на един от изброените подходите. Когато сечението на силовите кабели се избира по допустимо нагряване, се пресмятат максималните продължителни товари във всички участъци на разпределителната мрежа. Пресмятанията се правят при нормален и авариен режим на работа на електроснабдителната мрежа. След избора на кабел задължително се прави проверка за спада на напрежение, преди пускане на централата в експлоатация. Ако спадът е прекалено голям, се избира следващото кабелно сечение и пак се извършват необходимите тестове. По принцип, по-големите токове изискват кабели с по-голямо сечение.

Свързване на кабелите

Кабелите от фотоволтаичните панели до инверторите се свързват в съединителна кутия, която позволява отделно свързване на положителните и отрицателни проводници. Разделянето на положителните и отрицателните проводници в отделни кабели на разстояние поне 5 см, осигурява по-високо ниво на защита от късо съединение, причинено от механични повреди или прегряване. Кутията се монтира възможно най-близо до модулите, за да се спести дължината на кабелите и да се осигури оптимална работа на защитата от пренапрежение. Класът на защита на свързващата кутия трябва да е подходящ за съответния тип монтаж. Кабелите от съединителната кутия до инверторите трябва да бъдат оразмерени поне за пълния ток на късо съединение на фотоволтаичната група. В по-малки инсталации е възможно свързването на DC кабелите в паралел с Y-конектори.

Конектори

Както и при кабелите, изискванията към конекторите за паралелно или последователно свързване, отново се свеждат до висока надеждност, гъвкавост, безопасна експлоатация, лесен монтаж и безаварийна работа с продължителност не по-малка от живота на PV централата. Свързването на кабелите трябва да се осъществява бързо и сигурно, като същевременно се осигурява необходимата защита. Конекторите трябва да поддържат постоянно ниско съпротивление и да не допускат натрупването на загуби в отделните връзки. Сред работните им характеристики са допустимо напрежение, допустим ток, контактно съпротивление, клас на защита от атмосферни влияния, работна температура и клас на безопасност.

Утвърдена технология за монтаж в последните няколко години е присъединяването на кабелите към конекторите чрез кримпване. Същността на крипмваната връзка се изразява в едновременно запресоване на двата елемента: проводник и метална втулка. Кримпването се осъществява с помощта на специален инструмент. Връзката е корозионно- и виброустойчива. След кримпването, контактът се въвежда в контактното тяло.

Производителите на конектори обикновено предлагат и необходимите принадлежности - инструменти за обработка на кабели и проводници, за кримпване, за демонтаж на контакти, както и системи за маркиране на компонентите.

Изисквания към инсталацията

С цел предпазване на кабелите във фотоволтаичните централи от механични повреди при монтажа и експлоатацията, следва да се спазват редица изисквания. По отношение на инсталацията, специалистите препоръчват да не се оставят да висят свободно или да се полагат директно върху земята, а да бъдат закрепени с UV-устойчиви връзки или положени в твърд или гъвкав канал. Не трябва да се поставят на пожароопасни места, както и да се пресичат с мълниеприемници и свързаните с тях кабели.

За да се избегне недопустимото им нагряване, кабелите следва да се полагат на необходимото разстояние от затоплени повърхнини. Също така, кабелите трябва да се полагат с резерв 1 - 5% от общата им дължина, като оставянето на резерв във вид на кабелен пръстен не е допустимо. В списъка с изисквания фигурира и това, небронираните кабели да се монтират с еластични подложки, като по този начин кабелните обвивки се предпазват от механични повреди и корозия. Когато бронираните и небронираните кабели се полагат в места, в които съществува опасност от механичното им повреждане или допир на хора, е необходимо да се защитят с тръби.

Освен от механични повреди, кабелните линии, положени на открито, се предпазват и от прякото слънчево въздействие. В случай че кабелите са с пластмасова изолация или поливинилхлоридна защитна обвивка, не е необходимо да се вземат специални мерки за защитата им от директно попадане на слънчевите лъчи.


Top