Tecnologia Optimitzada de Col·locació de Cables i Construcció d'Instal·lacions Elèctriques per a Centrals Fotovoltaiques: Un Enfocament Basat en BIM
1 Recerca sobre la tecnologia de posada de cables i cablació en estacions fotovoltaiques
1.1 Recopilació de dades
Abans de construir el model BIM per a la posada de cables, és necessari dominar profundament els paràmetres detallats de les especificacions dels equips implicats, els materials utilitzats en la construcció i les condicions del lloc, amb l'objectiu de millorar la precisió de la construcció del model. Per assegurar que el model BIM pugui reflectir amb precisió la situació real del lloc de treball, la clau resideix en recopilar i introduir de manera precisa els paràmetres tècnics específics dels equips clau. Aquests inclouen les dimensions precises de les trinxeres de cables, les especificacions detallades de les caixes de distribució, les dimensions del diàmetre exterior dels cables i els paràmetres específics de les guies de cable. La relació entre aquests paràmetres i el model de cable ha de seguir les regles següents:
En la fórmula, P és el conjunt de paràmetres clau; I és la precisió del model de posada de cables; f mapeja P a I; i g és la funció d'ajust. L'adquisició precisa de paràmetres afecta directament la construcció posterior del model i la seva practicitat. Durant la recopilació de dades, els paràmetres dels dispositius estan estretament interrelacionats. Canvis en les dades de qualsevol dispositiu poden desencadenar reaccions en cadena, requerint l'ajust oportú de paràmetres relacionats. Així, en la fase de recopilació de dades, s'han d'ajustar estratègies flexiblement basant-se en les condicions in situ per assegurar la coherència i la precisió de les dades.
1.2 Construcció del model de cable
En la construcció, els conductors es converteixen en cables després de ser revestits. Per connectar els cables als terminals dels dispositius, s'installen connectors a les extremitats dels cables. El model geomètric d'un cable és un envolvent resultant de la escaneig de la secció transversal al llarg de la línia central. Simplifica la secció transversal a un cercle (radi r), i utilitza R(s) = (d1(s), d2(s), d3(s)) per definir el marc de coordenades local a la línia central S. La geometria del cable s'expressa de manera precisa mitjançant una equació parametrizada, describint la construcció de la superfície envolvent.
En la fórmula, W representa la matriu de límits locals; C(s) representa el punt de posició en coordenades globals; M(s) representa la matriu de transformació de rotació. El model geomètric de cable construït basant-se en aquesta fórmula es mostra a la Figura 1.
A la Figura 1, la línia de punts S marca clarament l'eix central del cable. Es pren un punt característic a S com a node q, on es construeix un sistema de coordenades local R per descriure les propietats direccionals de la secció transversal. Específicament, d1 (vector unitari en la direcció normal principal) defineix l'orientació normal principal de la secció transversal; d2 (vector unitari en la direcció binormal, perpendicular a d1 refina la descripció de la direcció; d3 (vector unitari en la direcció tangent a lo largo de S) mostra la tendència d'extensió del cable a q. La secció transversal a q es suposa circular amb radi r0, formant un model geomètric complet amb vectors de direcció per a l'anàlisi posterior d'instàncies de cable.
Com es mostra a la Figura 2, l'instància de cable es defineix per quatre vèrtexs v1–v4, dividint-lo en tres segments l1: v1–v2; l2: v2–v3; l3: v3–v4, amb v1 i v4 com a punts finals. Per a cada segment, les seves propietats direccionals i la forma de la secció transversal es determinen per la seva posició/longitud a S i el model geomètric. Així, els segments l1–l3 corresponen a seccions transversals C1–C3, formant juntes la representació geomètrica del cable.
1.3 Posada de cables
Integrar els detalls de les Figures 1 i 2 permet agafar amb precisió la modelització geomètrica del cable i les seves característiques de segmentació. El model descriu de manera precisa els elements geomètrics principals (eix central, forma de la secció transversal, atributs direccionals) i permet una anàlisi en profunditat del cable mitjançant una segmentació refinada, proporcionant una base teòrica per a una posada eficient.
En la preparació prèvia a la posada, deriva-se la longitud total dels cables de diverses especificacions basant-se en el model. Organitza les dades en taules estandarditzades per tipus de cable, proporcionant informació i orientacions precises per a la construcció. Per al mètode de posada, aquest projecte adopta l'enterro directe per assegurar professionalisme i eficiència.
Quan es posen en les trinxeres de cables, col·loca una capa uniforme de sorra/terra fina per mantenir el radi de corbatura del cable dins dels límits. Utilitza guinardes elèctriques per a la tracció. Quan es posen cables multiconductors, segueix estrictament les restriccions de radi de curvatura:
En la fórmula, rmin representa el límit de corbatura segur del cable; cr representa el radi mínim de gir segur del cable. Un cop completat el treball de posada de cables, cal presentar formalment una sol·licitud d'acceptació del projecte ocult al departament responsable de la inspecció de la qualitat del projecte. Un cop superat el procediment d'acceptació, es distribueix terra fina de manera uniforme a ambdós costats del cable com a capa protectora, i després es cobreix el cable amb una tapa de cable. A més, en planificar la ruta del cable, s'ha de donar prioritat a tenir la ruta adherida a la superfície d'obstacles permisibles de cablejat:
En la fórmula, qi és un node específic a la línia central de la ruta del cable; OS és el node de la superfície de l'obstacle; Rr és el radi del cable; Inter dis és la distància més curta entre punts. Abans de fer el reemplenament, revisa per confirmar que tots els projectes ocults compleixen les normes. Després compacta el reemplenament per assegurar-ne la densitat i estabilitat, complint les especificacions.
Després de la compactació, enterra estacs indicadors de direcció en posicions clau (interseccions de cables, connexions, tornants). Enrotlla els cables amb canamè per protecció. Quan els cables enterrats directament passen a través d'edificis, verifica les diferències d'altura entre els tubs interiors i exteriors; aplica impermeabilització si els tubs exteriors són més alts per assegurar la seguretat de la posada.
1.4 Cablejat
Com a enllaç clau en la construcció d'estacions fotovoltaiques, el cablejat ha de seguir estrictes especificacions/procediments per assegurar connexions elèctriques estables, fiables i segures.
Primer, prepara eines completes/qualificades (peladores de cables, pinzes de crimpat, mànigues aïllants, terminais, cinta aïllant) i materials. Assegura't que els cables compleixen les especificacions de disseny, passen les inspeccions de qualitat (sense danys, aïllament intacte).
Abans del cablejat, pel·la els cables amb precisió: utilitza les peladores de cables per eliminar les cares externes/aïllament intern segons les exigències del terminal, exposant els conductors (eliminant barbes/òxids). Seleccioneu terminais adequats basant-se en les seccions transversals dels conductors i les necessitats de cablejat. La fórmula és la següent:
En la fórmula, T és el tipus de terminal; A és l'àrea de secció transversal del conductor del cable; R denota paràmetres de cablejat; S és la funció de mapeig. Utilitza pinzes de crimpat per crimpar firmament els conductors i els terminais, assegurant-se que no hi hagi alliberament o contacte deficient. Durant el cablejat, segueix estrictament els dibuixos de disseny i les especificacions per connectar amb precisió els terminais crimpats amb els terminals dels equips, assegurant-te la tensió.
Per als cables multiconductors, fa correspondre colors/números per evitar connexions errònies. Després del cablejat, enrotlla les connexions amb mànigues aïllants/cinta aïllant per augmentar l'aïllament i prevenir l'intrusió d'humitat o pols. En resum, el cablejat és crucial per a la construcció d'estacions fotovoltaiques, requereix un estricta adhesió a les especificacions per assegurar la qualitat i la seguretat, establint una base sólida per a l'operació estable.
2 Anàlisi experimental
Per verificar l'eficàcia i la viabilitat de la tecnologia de posada de cables i cablejat proposada per a estacions fotovoltaiques, es compara amb mètodes tradicionals.
2.1 Objectes experimentals
L'experiment es duu a terme en condicions de laboratori utilitzant MATLAB per a la simulació de la planificació de camins. S'escullen vint tasques estandaritzades de posada de cables i cablejat i es divideixen en 4 grups (5 tasques cadascun) per reduir errors aleatoris mitjançant la dispersió estadística, millorant la estabilitat dels resultats.
2.2 Preparació experimental
El maquinari inclou ordinadors amb 500GB d'emmagatzematge, 32GB de memòria i Windows 10. Aquests són depurats i optimitzats per assegurar una operació estable, simulant de manera precisa les condicions reals per a resultats fiables.
2.3 Resultats i anàlisi experimentals
Es comparen tres mètodes amb el proposat; els resultats es mostren a la Taula 1.
3 Conclusió
Analitzant les dades de la Taula 1, es veu que la solució proposada de posada de cables i cablejat té avantatges remarcables. El seu disseny de camins (≈50m) és 40m, 45m i 50m més curt que els mètodes 1, 2 i 3. Això no només demostra una planificació de camins eficient, sinó que també destaca el gran potencial d'aplicació en projectes d'estacions fotovoltaiques, proporcionant referències valioses per a la indústria elèctrica.
Aquest article explora la posada de cables i el cablejat en estacions fotovoltaiques, utilitzant la modelització BIM per augmentar l'eficiència i la seguretat. Experiments mostren que el mètode supera els tradicionals en la planificació de camins—reduint longituds i millorant la qualitat. Això suporta la construcció fotovoltaica i impulsa el desenvolupament sostenible de la indústria.
En el futur, la integració de la construcció intel·ligent i les dades massives farà que aquestes tecnologies siguin més intel·ligents i eficients, impulsant una indústria elèctrica més verda i de baix carboni. Esperem més innovació per optimitzar processos, reduir costos i actualitzar l'estructura energètica global.
