Optimoitu kaapelin asennus ja sähköjohtojen rakentaminen aurinkovoimatehtaileissa: BIM-pohjainen lähestymistapa

1 Auringonvoimapuiston kaapelointi- ja johtojärjestelytekniikan tutkimus
1.1 Tietojen kerääminen

Ennen BIM-mallin luomista kaapeloinnin varten on syvällisesti hallittava osapuolten laitteiden yksityiskohtaiset parametrit, käytettävät materiaalit ja työmaan olosuhteet, tavoitteena mallin tarkkuuden parantaminen. BIM-mallin tarkoituksenmukaisuuden varmistamiseksi työmaan todellisen tilanteen heijastajana keskiössä on tärkeimpien laitteiden tarkkojen teknisten parametrien kerääminen ja syöttäminen. Nämä sisältävät muun muassa kaapeluruuhien täsmälliset mitat, jakopistorasiaiden yksityiskohtaiset määritykset, kaapelien ulkopuolisuusmitat ja johtokannusten erityisparametrit. Näiden parametrien suhde kaapelin malliin pitäisi noudattaa seuraavia sääntöjä:

Kaaviossa P on avainparametrien joukko; I on kaapeloinnin mallin tarkkuus; f kuvaa P:n I:een; ja g on säätöfunktio. Tarkkojen parametrien saanti vaikuttaa suoraan myöhemmään mallinrakentamiseen ja käytännöllisyyteen. Tietojen keräämisessä laiteparametrit ovat läheisesti sidoksissa toisiinsa. Yhden laitteen tiedot voivat aiheuttaa ketjureaktioita, jolloin liittyviä parametreja on päivitettävä ajoissa. Siksi tietojenkeruu vaiheessa strategiaa on sopeutettava joustavasti työmaan olosuhteiden mukaan, jotta varmistetaan datan yhdenmukaisuus ja tarkkuus.

1.2 Kaapelin mallin luominen

Rakennuksessa johtimet muodostavat kaapeleita upottamalla ne. Kaapeleiden kytkemiseksi laitteen pääteosien kanssa asennetaan kaapelin pääteosille kytkimet. Kaapelin geometrinen malli on sen poikkileikkauskuvion skannaus sen keskiviivan pitkin. Poikkileikkaus voidaan yksinkertaistaa ympyräksi (säde r) ja käyttää R(s) = (d1(s), d2(s), d3(s)) määrittämään paikallinen koordinaatti systeemi keskiviivalle S. Kaapelin geometria ilmaistaan tarkasti parametrisella yhtälöllä, joka kuvailee kuoripinnan rakennetta.

Kaaviossa W edustaa paikallista rajamatriisia; C(s) edustaa globaalin koordinaatin sijoitus pistettä; M(s) edustaa rotaatiomuunnosmatriisia. Tämän kaavan perusteella rakennettu kaapelin geometrinen malli näkyy kuvassa 1.

Kuvassa 1 katkoviiva S merkitsee selkeästi kaapelin keskiviivaa. Piste q S:llä otetaan solmunäkökohtana, jossa rakennetaan paikallinen koordinaattijärjestelmä R kuvaamaan poikkileikkauskuvion suuntomerkintöjä. Erityisesti d₁ (yksikkövektori pääsuuntaisessa normaalisuunnassa) määrittelee poikkileikkauskuvion päänormaali-suunnan; d₂ (yksikkövektori binormaalisuunnassa, kohtisuorassa d₁:seen) tarkentaa suuntokuvauksen; d₃ (yksikkövektori tangenttisuunnassa S:llä) osoittaa kaapelin etenemissuuntaa q:ssa. Poikkileikkaus q:ssa oletetaan ympyräksi, jonka säde on r₀, muodostaen täydellisen geometrisen mallin suuntavektoreilla kaapelin esimerkkianalyysin tarpeisiin.

Kuvassa 2 kaapelin esimerkki määritellään neljällä kärkipisteellä v₁–v₄, jotka jaavat sen kolmeen segmenttiin l₁: v₁–v₂; l₂: v₂–v₃; l₃: v₃–v₄, v₁ ja v₄ ovat päätepisteitä. Jokaiselle segmentille sen poikkileikkauskuvion suuntomerkintät ja muoto määräytyvät sen sijainnista/pituudesta S:lla sekä geometrisesta mallista. Näin ollen segmentit l1–l3 vastaavat poikkileikkauskuvioita C₁–C₃, muodostaen yhdessä kaapelin geometrisen esityksen.

1.3 Kaapeloinnin toteuttaminen

Kuvien 1 ja 2 yhdistämällä voidaan tarkasti hallita kaapelin geometrista mallintamista ja segmentointia. Malli kuvaa tarkasti keskeisiä geometrisia elementtejä (keskiviiva, poikkileikkausmuoto, suuntomerkinnät) ja mahdollistaa syvällisen kaapelin analyysin tarkentuneen segmentoinnin avulla, tarjoten tehokkaalle kaapeloinnille teoreettisen perustan.

Kaapeloinnin valmistelevassa vaiheessa lasketaan eri speksien kaapelien kokonaispituudet mallin perusteella. Data organisoitiin standardoiduiksi taulukoiksi kaapelityypin mukaan, tarjoten tarkan tiedon ja ohjeet rakentamista varten. Kaapelointimenetelmänä tämä projektissa käytetään suoraa maaperäkaapelointia, joka takaa ammattitaitoisen ja tehokkaan toteutuksen.

Kaapeloinnin aikana kaapeliruuhissa asetetaan tasainen hiekka/tihkusohvakangas pehmeäksi alusta, jotta kaapelin kaareutumissäde pysyy rajoissa. Käytä sähköisiä vetokoneita vedon tukena. Monijohdin kaapelien kaapeloinnissa noudatetaan tiukasti kaareutumissäteen rajoituksia:

Kaaviossa r_min edustaa kaapelin turvallista kaareutumisrajaa; cr edustaa kaapelin vähimmäisturvallista kaareutumissädeä. Kaapeloinnin jälkeen on virallisesti esitettävä piiloprojektin hyväksymishakemus projektin laatutilin vastuulliselle osastolle. Hyväksymismenettelyn onnistuneen suorittamisen jälkeen asetetaan tasaisesti hiekka sekä kaapelin ylä- että alapuolelle suojakerroksena, ja sitten peitetään kaapeli kaapelikansiolla. Lisäksi kaapelireitin suunnittelussa tulisi antaa etusija reitin kiinteälle liittymiselle sallittujen esteiden pintoihin:

Kaaviossa q_i on tietty solmu kaapelireitin keskiviivalla; OS on esteen pintanäkökohta; R_r on kaapelin säde; Inter dis on pisteiden välinen lyhyin etäisyys. Täyteaineen palauttamisen ennen on tarkistettava, että kaikki piilot projektit täyttävät standardeja. Sitten tiivistetään täyteaine varmistaakseen sen tiheyden ja vakauden, joka vastaa spesifikaatioita.

Tiivistämisen jälkeen asetetaan suunnannäyttäjiä avaintarkoituksiin (kaapelin risteysten, yhteyksien, käännösten). Kaapelit kierretään kannusten kanssa suojaksi. Kun suorakaapelit kulkevat rakennuksien läpi, tarkistetaan ulko- ja sisätilojen putkien korkeuseroja; sovelletaan vesistösuojaa, jos ulkopuoliset putket ovat korkeammalla, varmistaaksemme kaapeloinnin turvallisuuden.

1.4 Kaapelin johtojärjestely

Auringonvoimapuiston rakentamisen keskeisenä osana kaapelin johtojärjestely on noudatettava tiukkoja spesifikaatioita/menettelytapoja, varmistaaksemme stabiilit, luotettavat ja turvalliset sähköiset yhteydet.

Ensiksi varmistetaan täydelliset/kelpaavat työkalut (johtokarkia, puristin, eristyshihna, terminaalit, eristyshihna) ja materiaalit. Varmistetaan, että kaapelit täyttävät suunnitelman spesifikaation, ja että ne ovat läpäisseet laaduntarkastukset (ei vaurioita, eheyttä).

Johtojärjestely ennen tarkasti irrotetaan kaapelit: käytä johtokarkia poistaaksesi ulkomuovit ja sisäeristyksen terminaalivaatimuksien mukaan, paljasta johtimet (poista partat/oksidit). Valitse sopivia terminaaleja johtimen poikkileikkauksen ja johtojärjestelytarpeiden mukaan. Kaava on seuraava:

Kaaviossa T on terminaalin tyyppi; A on kaapelin johtimen poikkileikkauksen ala; R merkitsee johtojärjestelyparametreja; S on kuvauksia. Käytä puristinta puristamaan vahvasti johtimiä ja terminaaleja, varmistaaksesi, että niissä ei ole löysyksiä tai huonoa yhteyttä. Johtojärjestelyssä noudatetaan tiukasti suunnitelman piirustuksia ja spesifikaatioita, yhdistämällä puristetut terminaalit laitteen terminaaleihin, varmistaen tiivis yhteys.

Monijohdin kaapelien käsittelyssä yhdistä värejä/numeroita välttääksesi vääräjärjestelyjä. Johtojärjestelyn jälkeen kierretään yhteydet eristyshihnalla/hihnalla parantaaksesi eristystä ja estääksesi kosteuden tai pölyyn pääsyn. Yhteenvetona kaapelin johtojärjestely on olennainen auringonvoimapuiston rakentamiselle, vaativien spesifikaatioiden noudattamisen tarpeellisuuden ja turvallisuuden varmistamiseksi, luomalla vankka perusta vakaille operaatioille.

2 Kokeellinen analyysi

Ehdotetun kaapeloinnin ja johtojärjestelyn tehokkuuden ja soveltuvuuden varmistamiseksi auringonvoimapuistoissa sitä verrataan perinteisiin menetelmiin.

2.1 Koekappaleet

Koe suoritetaan laboratoriomoloissa käyttäen MATLAB:ia polkusuunnittelun simulointiin. Valitaan 20 standardoitua kaapeloinnin ja johtojärjestelyn tehtävää, jotka jaetaan 4 ryhmään (5 tehtävää kustakin) vähentääksesi satunnaisvirheitä tilastollisen hajonnan avulla, lisääksesi tulosten vakavuutta.

2.2 Kokeellinen valmisteleva työ

Laitteistoon kuuluu 500GB:n tallennustilalla, 32GB:n muistilla ja Windows 10 -järjestelmällä varustetut tietokoneet. Ne on debugattu ja optimoitu varmistaakseen vakauden, simuloimaan tarkasti todellisia olosuhteita luotettavien tulosten saamiseksi.

2.3 Kokeelliset tulokset ja analyysi

Verrataan kolmea menetelmää ehdotettuun; tulokset näkyvät taulukossa 1.

3 Yhteenveto

Taulukon 1 tietojen analysointi osoittaa, että ehdotettu kaapeloinnin/johtojärjestelyn ratkaisulla on huomattavia etuja. Sen polkusuunnittelu (≈50m) on 40m, 45m ja 50m lyhyempi kuin menetelmillä 1, 2, 3. Tämä osoittaa tehokasta polkusuunnittelua, mutta myös suuria sovellusmahdollisuuksia auringonvoimapuistoissa, tarjoten arvokkaita viitteitä sähköalan käyttöön.

Tässä artikkelissa tutkitaan auringonvoimapuistojen kaapeloinnin ja johtojärjestelyn tekniikoita, käyttäen BIM-mallintamista tehokkuuden ja turvallisuuden parantamiseen. Kokeet osoittavat, että menetelmä ylittää perinteiset menetelmät polkusuunnittelussa – lyhentäen pituuksia ja parantamalla laatua. Se tukee auringonvoiman rakentamista ja edistää kestävän teollisuuden kehitystä.

Tulevaisuudessa älykkään rakentamisen ja big datan integrointi tekee näistä tekniikoista älykkäämpiä ja tehokkaampia, edistäen vähähiilistä sähköalan kehitystä. Odotamme lisää innovaatioita prosessien optimoimiseksi, kustannusten vähentämiseksi ja maailmanlaajuisen energiarakenteen päivitykseen.