Tecnología Optimizada de Instalación de Cables y Conducción Eléctrica para Estaciones de Energía Fotovoltaica: Un Enfoque Basado en BIM

1 Investigación sobre la tecnología de tendido y cableado de la estación de energía fotovoltaica
1.1 Recopilación de datos

Antes de construir el modelo BIM para el tendido de cables, es necesario dominar profundamente los parámetros detallados de las especificaciones del equipo involucrado, los materiales utilizados en la construcción y las condiciones del sitio, con el objetivo de mejorar la precisión de la construcción del modelo. Para garantizar que el modelo BIM pueda reflejar con precisión la situación real del sitio de construcción, la clave está en recopilar y ingresar con precisión los parámetros técnicos específicos del equipo clave. Estos incluyen las dimensiones precisas de las zanjas de cable, las especificaciones detalladas de los cuadros de distribución, las dimensiones del diámetro exterior de los cables y los parámetros específicos de los canales de alambre. La relación entre estos parámetros y el modelo de cable debe seguir las siguientes reglas:

En la fórmula, P es el conjunto de parámetros clave; I es la precisión del modelo de tendido de cables; f mapea P a I; y g es la función de ajuste. La adquisición precisa de parámetros afecta directamente la construcción posterior del modelo y su practicidad. Durante la recopilación de datos, los parámetros de los dispositivos están estrechamente interrelacionados. Cualquier cambio en los datos de un solo dispositivo puede desencadenar reacciones en cadena, requiriendo un ajuste oportuno de los parámetros relacionados. Por lo tanto, en la etapa de recopilación de datos, se deben ajustar flexiblemente las estrategias según las condiciones en el sitio para garantizar la consistencia y precisión de los datos.

1.2 Construcción del modelo de cable

En la construcción, los conductores forman cables después de ser revestidos. Para conectar los cables a los terminales de los dispositivos, se instalan conectores en los extremos de los cables. El modelo geométrico de un cable es un envolvente obtenido al escanear su sección transversal a lo largo de la línea central. Se simplifica la sección transversal a un círculo (radio r) y se utiliza R(s) = (d1(s), d2(s), d3(s)) para definir el marco de coordenadas local en la línea central S. La geometría del cable se expresa con precisión mediante una ecuación parametrizada, describiendo la construcción de la superficie envolvente.

En la fórmula, W representa la matriz de límites locales; C(s) representa el punto de posicionamiento de coordenadas globales; M(s) representa la matriz de transformación de rotación. El modelo geométrico de cable construido basado en esta fórmula se muestra en la Figura 1.

En la Figura 1, la línea punteada S marca claramente el eje central del cable. Un punto característico en S se toma como nodo q, donde se construye un sistema de coordenadas local R para describir las propiedades direccionales de la sección transversal. Específicamente, d₁ (vector unitario en la dirección principal normal) define la orientación principal normal de la sección transversal; d₂ (vector unitario en la dirección binormal, perpendicular a d₁ refina la descripción de la dirección; d₃ (vector unitario en la dirección tangencial a lo largo de S) muestra la tendencia de extensión del cable en q. La sección transversal en q se asume circular con radio r₀, formando un modelo geométrico completo con vectores de dirección para el análisis posterior de instancias de cable.

Como se muestra en la Figura 2, la instancia de cable se define por cuatro vértices v₁–v₄, dividiéndola en tres segmentos l₁: v₁–v₂; l₂: v₂–v₃; l₃: v₃–v₄, con v₁ y v₄ como extremos. Para cada segmento, sus propiedades direccionales y forma de la sección transversal se determinan por su posición/longitud en S y el modelo geométrico. Así, los segmentos l1–l3 corresponden a secciones transversales C₁–C₃, formando juntos la representación geométrica del cable.

1.3 Tendido de cables

Integrar los detalles de las Figuras 1 y 2 permite comprender con precisión la modelización geométrica y las características de segmentación del cable. El modelo describe con precisión los elementos geométricos centrales (eje central, forma de la sección transversal, atributos direccionales) y permite un análisis profundo del cable mediante una segmentación refinada, proporcionando una base teórica para un tendido eficiente.

En la preparación previa al tendido, se derivan las longitudes totales de los cables de diversas especificaciones basándose en el modelo. Se organizan los datos en tablas estandarizadas por tipo de cable, suministrando información y directrices precisas para la construcción. Para el método de tendido, este proyecto adopta el enterramiento directo para garantizar profesionalismo y eficiencia.

Al tender en zanjas de cable, se coloca un lecho uniforme de arena/suelo fino para mantener el radio de curvatura del cable dentro de los límites. Se utilizan poleas eléctricas para la tracción. Al tender cables multicore, se deben seguir estrictamente las restricciones de radio de curvatura:

En la fórmula, r_min representa el límite seguro de flexión del cable; cr representa el radio mínimo de giro seguro del cable. Después de completar el trabajo de tendido de cables, es necesario presentar formalmente una solicitud de aceptación de obras ocultas al departamento responsable de la inspección de calidad del proyecto. Una vez que se ha superado con éxito el procedimiento de aceptación, se debe colocar de manera uniforme suelo fino en ambos lados superior e inferior del cable como capa protectora, y luego cubrir el cable con una tapa de cable. Además, al planificar la ruta del cable, se debe dar prioridad a que la ruta se adhiera de cerca a la superficie de obstáculos permitidos para el cableado:

En la fórmula, q_i es un nodo específico en la línea central de la ruta del cable; OS es el nodo de la superficie del obstáculo; R_r es el radio del cable; Inter dis es la distancia más corta entre puntos. Antes de la compactación, se debe revisar para confirmar que todas las obras ocultas cumplen con los estándares. Luego, se compacta el relleno para asegurar su densidad y estabilidad, cumpliendo con las especificaciones.

Después de la compactación, se entierran estacas indicadoras de dirección en posiciones clave (intersecciones de cables, conexiones, giros). Se envuelven los cables con cáñamo para protección. Cuando los cables enterrados directamente pasan a través de edificios, se debe verificar la diferencia de altura entre tuberías exteriores e interiores; se aplica impermeabilización si las tuberías exteriores son más altas para garantizar la seguridad del tendido.

1.4 Cableado

Como un eslabón clave en la construcción de la estación de energía fotovoltaica, el cableado de cables debe seguir especificaciones/procedimientos estrictos para garantizar conexiones eléctricas estables, confiables y seguras.

Primero, prepare herramientas completas y calificadas (pelacables, prensaestopas, mangas aislantes, terminales, cinta aislante) y materiales. Asegúrese de que los cables cumplan con las especificaciones de diseño, pasen las pruebas de calidad (sin daños, aislamiento intacto).

Antes del cableado, despoje los cables con precisión: use pelacables para quitar las fundas externas y el aislamiento interno según los requisitos de los terminales, exponga los conductores (elimine rebabas/óxidos). Seleccione terminales adecuados según las secciones transversales de los conductores y las necesidades de cableado. La fórmula es la siguiente:

En la fórmula, T es el tipo de terminal; A es el área de sección transversal del conductor del cable; R denota los parámetros de cableado; S es la función de mapeo. Use prensaestopas para prensar firmemente los conductores y terminales, asegurando que no haya aflojamiento ni contacto pobre. Durante el cableado, siga estrictamente los dibujos de diseño y las especificaciones para conectar con precisión los terminales prensados con los terminales del equipo, asegurando la firmeza.

Para cables multicore, haga coincidir los colores/números para evitar malas conexiones. Después del cableado, envuelva las conexiones con mangas aislantes/cinta para mejorar el aislamiento y prevenir la intrusión de humedad o polvo. En resumen, el cableado de cables es crítico para la construcción de la estación de energía fotovoltaica, requiriendo un estricto cumplimiento de las especificaciones para garantizar la calidad y la seguridad, sentando una base sólida para la operación estable.

2 Análisis experimental

Para verificar la efectividad y viabilidad de la tecnología propuesta de tendido y cableado de cables para estaciones de energía fotovoltaica, se compara con métodos tradicionales.

2.1 Objetos experimentales

El experimento se realiza en condiciones de laboratorio utilizando MATLAB para la simulación de planificación de rutas. Se seleccionan veinte tareas estandarizadas de tendido y cableado de cables y se dividen en 4 grupos (5 tareas cada uno) para reducir errores aleatorios mediante la dispersión estadística, mejorando la estabilidad de los resultados.

2.2 Preparación experimental

El hardware incluye computadoras con 500GB de almacenamiento, 32GB de memoria y Windows 10. Estas se depuran y optimizan para garantizar un funcionamiento estable, simulando con precisión las condiciones reales para obtener resultados confiables.

2.3 Resultados y análisis experimentales

Se comparan tres métodos con el propuesto; los resultados se muestran en la Tabla 1.

3 Conclusión

Analizando los datos de la Tabla 1, se muestra que la solución propuesta de tendido y cableado de cables tiene ventajas notables. Su diseño de ruta (≈50m) es 40m, 45m y 50m más corto que los métodos 1, 2 y 3. Esto no solo demuestra una planificación eficiente de rutas, sino que también destaca un gran potencial de aplicación en proyectos de estaciones de energía fotovoltaica, proporcionando referencias valiosas para la industria de la energía.

Este artículo explora el tendido y cableado de cables para estaciones de energía fotovoltaica, utilizando la modelización BIM para aumentar la eficiencia y la seguridad. Los experimentos muestran que el método supera a los tradicionales en la planificación de rutas, acortando las longitudes y mejorando la calidad. Apoya la construcción fotovoltaica y potencia el desarrollo sostenible de la industria.

En el futuro, la integración de la construcción inteligente y los grandes datos hará que estas tecnologías sean más inteligentes y eficientes, impulsando una industria de energía más verde y de bajo carbono. Esperamos más innovaciones para optimizar procesos, reducir costos y actualizar la estructura energética global.