Кабели за ВЕИ инсталации

ВЕИ енергетикaТехнически статииСп. Енерджи ревю - брой 6, 2023 • 09.11.2023

  • Броят на проводниците и тяхното сечение са основните параметри, по които се класифицират соларните кабели

  • Конекторите обикновено са с plug-and-play механизъм, даващ възможност за удобно и сигурно присъединяване между кабели, соларни панели, инвертори, зарядни контролери и други системни компоненти

  • Разработват се изолационни съединения за силови кабели, които дават възможност за по-високи температури на проводниците и предлагат по-добри характеристики на абразивно износване, което води до оптимизиране на общата ефективност на вятърната турбина

 

Преходът към възобновяеми енергийни източници набра значителна скорост през последните години, водейки до ръст в инсталациите на соларни, вятърни и водноелектрически системи за генериране на енергия. Неразделна част от тези системи са различните кабели, спомагащи за преноса на електроенергията.

 

Кабели за соларни инсталации

Кабелите и конекторите представляват важна поддържаща мрежа в екосистемата за генериране на енергия от слънцето. Поради големия брой електрически присъединявания, тези системи са податливи на енергийни загуби в точките на свързване. Въпреки че тези компоненти съставляват малка част от общите капиталови разходи, регулярната им подмяна може да доведе до съществен преразход в рамките на периода на експлоатация на соларната инсталация. Затова изборът на подходящите кабели и конектори е от критично значение за редуциране на разходите и осигуряване на надеждността на системата.

Соларните кабели са специализирани кабели, свързващи панелите с други компоненти в системата. Те пренасят постояннотоковата електроенергия, генерирана от соларните панели, до инверторите или зарядните контролери за преобразуване в променлив ток. Соларните конектори осигуряват електрическата свързаност в слънчевите енергийни системи и се използват за присъединяване на соларните панели към постояннотоковите кабели, пренасящи електроенергията до инвертора.

Соларните кабели са предназначени да служат като среда за пренос на генерираната електроенергия и за свързване на критичното оборудване. Те се отличават с висока механична якост, която им позволява да устоят на тежки метеорологични условия. Тези кабели обикновено се инсталират на открито и са изложени на високи температури. Броят на проводниците и тяхното сечение са основните параметри, по които се класифицират соларните кабели. Кабелите с недостатъчен капацитет могат да бъдат потенциален източник на пожар. Използването на кабели с подходящ капацитет предотвратява проблеми, свързани с прегряване, и ограничава енергийните загуби. При определянето на размера на проводника е важно да се отчете капацитетът за генериране на енергия на соларния панел, както и разстоянието между панелите и товара. Сечението на кабелите нараства с увеличаване на капацитета на панелите и разстоянието от товара до тях.

Развойната дейност на много компании в областта на соларните кабели е насочена към подобряване на ефективността им. През януари т. г. например американски производител представи нов полимерен материал за кабели за фотоволтаични инсталации. Структурата на новото решение е проектирана така, че да осигурява повишена химична устойчивост, по-добра механична якост и издръжливост на екстремни температури.

За изолацията на соларните кабели се използват материали, които са създадени специално да издържат на продължителна експозиция на слънчева светлина, температурни изменения и тежки условия на околната среда. Тази изолация осигурява защита срещу UV радиация, влага и абразивно износване, гарантирайки дългосрочно запазване на експлоатационните характеристики и устойчивостта на кабела.

Кабелите за соларни инсталации са проектирани така, че да се справят с уникалните изисквания по отношение на напрежението. Те обикновено са за номинално напрежение, характерно за соларните панели, като 600 V или 1000 V. За сравнение – обикновените електрически кабели са предназначени за променлив ток и нива на напрежение, присъщи за битови или индустриални електрически системи.

Проводниците, използвани за соларните кабели, често са медни или алуминиеви за осигуряване на ефективен пренос на генерирания от панелите постоянен ток. Медните проводници се отличават с по-добри механични свойства от алуминиевите, които пък са по-евтини, но имат ниска проводимост и по-високо съпротивление.
Кабелите за фотоволтаични инсталации следва да отговарят на конкретни индустриални стандарти и сертификации като EN 50618 или UL 4703. Тези стандарти гарантират, че кабелите отговарят на строги изисквания по отношение на безопасност и експлоатационни параметри за употреба в соларни приложения.

 

Соларни конектори

В миналото конекторите за соларни инсталации са изградени предимно от метал, което ги прави обемисти и трудни за монтаж. Тези конектори са и податливи на корозия и други проблеми, свързани с метеорологичните условия, което може да доведе до влошено функциониране на соларните панели и понижена ефективност. Днес за производството на съединители за соларни панели се използват най-вече пластмаса и каучук, които са по-устойчиви на условията на околната среда и са по-лесни за инсталация от металните им аналози.

Конекторите обикновено са с plug-and-play механизъм, даващ възможност за удобно и сигурно присъединяване между кабели, соларни панели, инвертори, зарядни контролери и други системни компоненти. Конекторите могат да бъдат монтирани предварително на соларните панели или да бъдат инсталирани на място. Различните видове конектори включват:

  • Amphenol конектори – използват се в големи соларни системи за комунални цели с масиви от над 1000 модула. Конструирани са да издържат на токове с голяма величина и високи напрежения;

  • H4 конектори – намират приложение в големи търговски и индустриални соларни системи с над 100 модула;

  • MC4 конектори – най-често се използват в сградни соларни системи;

  • MC3 конектори – идентични са на MC4 конекторите, но са предназначени за употреба с по-малки фотоволтаични модули. Често срещани са в покривните соларни системи;

  • TUV конектори – по конструкция и функции са идентични на MC4 конекторите и също се използват в сградни соларни системи.

Бъдещето на соларните кабели и конектори изглежда светло. С нарастване на потребностите за соларна енергия, ще се увеличава и необходимостта от ефективни и надеждни решения в тази област. От критично значение е да продължи усъвършенстването на кабелите и конекторите в посока ограничаване на енергийните загуби при пренос. Това е възможно чрез подобряване на изолационните материали и оптимизиране на контактното съпротивление в конекторите.

 

Кабели за ветрогенератори

Производителите на вятърни турбини полагат усилия, за да проектират продуктите си така, че да издържат в продължение на 20 до 30 години експлоатация. Установено е, че в една-единствена турбина има над 8000 различни компонента, които са изложени на тежки работни условия.

В инсталациите за вятърна енергия се използва широка гама от кабели и проводници, но най-разпространени са тези с изолация от термопласти, PVC или PUR, или от еластомери, например каучук. По принцип всички видове материали са обект на процеси на химично и физично стареене В допълнение, стареенето на пластмасите се влияе и от други вътрешни и външни фактори. Интензивността, продължителността на натоварване, както и заобикалящата среда и други условия, оказват въздействие върху експлоатационния живот на кабела.

Кабелите за торсионни натоварвания се подлагат на функционални тестове, като в зависимост от производителя на вятърната турбина те трябва да устоят на 2000 до 10 000 цикъла на усукване в рамките на сервизен живот от приблизително 20 години. Въртенето на ротора генерира вибрации в гондолата и кулата, които трябва да бъдат определени от производителя на вятърната турбина, за да може производителите на кабели да създадат подходящите условия на изпитване. Материалите, използвани за производството на устойчиви на усукване кабели, трябва да имат висока издръжливост на абразивно износване, за да предоставят най-добрите резултати при тестването за триене и износване на обшивката.

Друг фактор, влияещ върху стареенето на кабелите, е замърсяването с масла. Изпитванията за устойчивост на масло следва да се проведат с широко разпространени индустриални масла, но и със специални масла, използвани във вятърната турбина. Не трябва да се подценяват отлаганията от маслена мъгла, генерирани от въртящи се елементи като редуктори, двигатели и роторни главини.

Термичното стареене обикновено се изчислява спрямо действителната крива на Арениус, която приблизително описва количествена температурна зависимост във физични и преди всичко химични процеси и се определя от силата на натоварването. Скоростта на стареене в голяма степен зависи от топлинното натоварване, по-специално от температурата на проводника. Ако допустимата температура се надвишава непрекъснато, стареенето на проводниковата изолация се ускорява, което води до скъсяване на експлоатационния живот. В случай че работната температура се повиши например с 10°C, сервизният живот на изолацията се намалява наполовина. Това трябва да се отчете при избора на напречно сечение на кабела. Температурата на околната среда, както и температурната динамика (от най-ниската до най-високата температура), също влияят върху експлоатационния живот.

В един вятърен парк силови кабели се използват за разнообразие от различни приложения, включително потопяеми помпи, охлаждащи системи, мотори и др. Силови кабели свързват гондолата на двигателя на вятърната турбина с основата ветрогенератора. За вятърните паркове се използват ниско- и високоволтови кабели. Високоволтовите кабели се използват за пренос на електроенергията, докато нисковолтовите намират приложение за задачи с по-ниско енергопотребление, например осветление.

 

Фактори за избор при подмяна на кабели във вятърни инсталации

Първото нещо, което техниците трябва да проверят при инспекция е сечението на проводника, за да се гарантира, че може да устои на преноса на генерираната електроенергия. Втвърдяването на материала на проводника е знак, че допустимото му токово натоварване е превишено и трябва да се използва кабел с по-висок капацитет.

Напукването на кабелната обшивка е друг проблем. Ако се открият пукнатини, е от критично значение кабелът да бъде подменен с такъв с по-добри съпротивителни характеристики. Важно е също да се открие източникът на уврежданията, за да се предприемат мерки за ограничаване на въздействията му върху новия кабел. Често срещани причини за възникването на този проблем е експозицията на озон, смазочни вещества, електрически полета и механично натоварване.

Съвременните кабели се произвеждат с нови технологии, които удължават живота им като редуцират количеството на повредите. Разработват се изолационни съединения за силови кабели, които дават възможност за по-високи температури на проводниците и предлагат по-добри характеристики на абразивно износване, което води до оптимизиране на общата ефективност на турбината. В определени приложения се използват и допълнителни проводникови материали. Алуминият се счита за основна алтернатива на медта за кабелите в кулата и основата на ветрогенераторите. Алуминиевите кабели са с 60% по-леки, имат малко по-големи диаметри и са наполовина по-евтини от медните кабели, като предлагат аналогични експлоатационни параметри.

Нови технологии се разработват и за сигнални кабели. В резултат на използването на по-добри изолационни материали, кабелите са с по-високи механични характеристики. В зависимост от приложението вътре във вятърната турбина, медните сигнални кабели могат да се подменят с такива от други материали, способни да пренасят сигнали с данни. Инженерите днес имат достъп и до оптични кабели за данни за приложения като системите, управляващи въртенето на лопатките спрямо изменението на скоростта на вятъра с цел поддържане на скоростта на ротора в оперативните граници.




Top