Technologie optimisée de pose de câbles et de construction d'installations électriques pour les centrales photovoltaïques : Une approche basée sur le BIM

1 Recherche sur la technologie de pose et de câblage des centrales photovoltaïques
1.1 Collecte de données

Avant de construire le modèle BIM pour la pose de câbles, il est nécessaire de maîtriser en profondeur les paramètres détaillés des spécifications des équipements impliqués, des matériaux utilisés dans la construction et des conditions du site, afin d'améliorer la précision de la construction du modèle. Pour s'assurer que le modèle BIM puisse refléter avec précision la situation réelle du chantier, l'essentiel réside dans la collecte et l'entrée précises des paramètres techniques spécifiques des équipements clés. Ces paramètres comprennent les dimensions précises des tranchées de câbles, les spécifications détaillées des armoires de distribution, les dimensions extérieures des câbles et les paramètres spécifiques des chemins de câbles. La relation entre ces paramètres et le modèle de câble doit suivre les règles suivantes :

Dans la formule, P est l'ensemble des paramètres clés; I est la précision du modèle de pose de câbles; f mappe P à I; et g est la fonction d'ajustement. L'acquisition précise des paramètres affecte directement la construction ultérieure du modèle et sa praticité. Au cours de la collecte de données, les paramètres des dispositifs sont étroitement liés. Toute modification des données d'un seul dispositif peut déclencher des réactions en chaîne, nécessitant un ajustement opportun des paramètres associés. Ainsi, lors de la phase de collecte de données, ajustez flexiblement les stratégies en fonction des conditions sur place pour assurer la cohérence et la précision des données.

1.2 Construction du modèle de câble

Dans la construction, les conducteurs forment des câbles après avoir été gainés. Pour connecter les câbles aux bornes des dispositifs, installez des connecteurs aux extrémités des câbles. Le modèle géométrique d'un câble est une enveloppe obtenue par balayage de sa section transversale le long de son axe central. Simplifiez la section transversale en un cercle (rayon r) et utilisez R(s) = (d1(s), d2(s), d3(s)) pour définir le repère local sur l'axe central S. La géométrie du câble est exprimée précisément via une équation paramétrique, décrivant la construction de la surface enveloppe.

Dans la formule, W représente la matrice de limite locale; C(s) représente le point de positionnement du repère global; M(s) représente la matrice de transformation de rotation. Le modèle géométrique de câble construit sur la base de cette formule est illustré à la Figure 1.

À la Figure 1, la ligne en pointillé S marque clairement l'axe central du câble. Un point caractéristique sur S est pris comme nœud q, où un repère local R est construit pour décrire les propriétés directionnelles de la section transversale. Spécifiquement, d₁ (vecteur unitaire dans la direction principale normale) définit l'orientation principale normale de la section transversale; d₂ (vecteur unitaire dans la direction binormale, perpendiculaire à d₁ affine la description de la direction; d₃ (vecteur unitaire dans la direction tangentielle le long de S) montre la tendance d'extension du câble à q. La section transversale à q est supposée circulaire avec un rayon r₀, formant un modèle géométrique complet avec des vecteurs de direction pour l'analyse ultérieure des instances de câble.

Comme illustré à la Figure 2, l'instance de câble est définie par quatre sommets v₁–v₄, divisée en trois segments l₁: v₁–v₂; l₂: v₂–v₃; l₃: v₃–v₄, avec v₁ et v₄ comme extrémités. Pour chaque segment, ses propriétés directionnelles et sa forme de section transversale sont déterminées par sa position/longueur sur S et le modèle géométrique. Ainsi, les segments l1–l3 correspondent aux sections transversales C₁–C₃, formant ensemble la représentation géométrique du câble.

1.3 Pose de câbles

L'intégration des détails des Figures 1 et 2 permet de saisir avec précision la modélisation géométrique et les caractéristiques de segmentation des câbles. Le modèle décrit de manière précise les éléments géométriques clés (axe central, forme de la section transversale, attributs directionnels) et permet une analyse approfondie des câbles via une segmentation raffinée, fournissant une base théorique pour une pose efficace.

Dans la préparation préalable à la pose, déduisez les longueurs totales des câbles de différentes spécifications sur la base du modèle. Organisez les données en tableaux standardisés par type de câble, fournissant des informations et des directives précises pour la construction. Pour la méthode de pose, ce projet adopte l'enterrement direct pour assurer professionnalisme et efficacité.

Lors de la pose dans les tranchées de câbles, placez un coussin uniforme de sable/terre fine pour maintenir le rayon de courbure du câble dans les limites. Utilisez des treuils électriques pour la traction. Lors de la pose de câbles multicâbles, respectez strictement les restrictions de rayon de courbure :

Dans la formule, r_min représente la limite de courbure sûre du câble; cr représente le rayon de virage minimum sûr du câble. Après avoir terminé le travail de pose de câbles, il est nécessaire de soumettre officiellement une demande d'acceptation de projet caché au département responsable de l'inspection de la qualité du projet. Une fois la procédure d'acceptation réussie, disposez uniformément de la terre fine sur les côtés supérieur et inférieur du câble en tant que couche protectrice, puis recouvrez le câble d'un couvercle de câble. De plus, lors de la planification de l'itinéraire du câble, priorité devrait être donnée à un itinéraire qui adhère étroitement à la surface des obstacles autorisés pour le câblage :

Dans la formule, q_i est un nœud spécifique sur l'axe central de l'itinéraire du câble; OS est le nœud de surface de l'obstacle; R_r est le rayon du câble; Inter dis est la distance la plus courte entre les points. Avant le remblai, vérifiez pour confirmer que tous les projets cachés répondent aux normes. Ensuite, tassez le remblai pour assurer sa densité et sa stabilité, conformément aux spécifications.

Après le compactage, enterrez des piquets de marqueurs de direction aux positions clés (intersections de câbles, connexions, virages). Enveloppez les câbles de jute pour les protéger. Lorsque les câbles enterrés directement traversent des bâtiments, vérifiez les différences de hauteur entre les tuyaux intérieurs et extérieurs ; appliquez l'étanchéité si les tuyaux extérieurs sont plus hauts pour assurer la sécurité de la pose.

1.4 Câblage

En tant que maillon clé de la construction des centrales photovoltaïques, le câblage doit suivre des spécifications et des procédures strictes pour garantir des connexions électriques stables, fiables et sûres.

Tout d'abord, préparez des outils complets et qualifiés (pince à dénuder, pince à sertir, manchons isolants, bornes, ruban isolant) et des matériaux. Assurez-vous que les câbles répondent aux spécifications de conception, passent les contrôles de qualité (pas de dommage, isolation intacte).

Avant le câblage, dénudez les câbles avec précision : utilisez une pince à dénuder pour enlever les gaines externes et internes selon les exigences des bornes, exposez les conducteurs (éliminez les bavures et les oxydes). Sélectionnez des bornes appropriées en fonction des sections de conducteurs et des besoins de câblage. La formule est la suivante :

Dans la formule, T est le type de borne; A est la section de conducteur du câble; R désigne les paramètres de câblage; S est la fonction de mappage. Utilisez une pince à sertir pour serrer fermement les conducteurs et les bornes, en vous assurant qu'il n'y ait ni desserrage ni mauvais contact. Lors du câblage, suivez strictement les plans de conception et les spécifications pour connecter précisément les bornes serties aux bornes des équipements, en veillant à la solidité.

Pour les câbles multicâbles, faites correspondre les couleurs et les numéros pour éviter les fausses connexions. Après le câblage, enveloppez les connexions avec des manchons isolants ou du ruban isolant pour améliorer l'isolation et empêcher l'intrusion d'humidité ou de poussière. En résumé, le câblage est crucial pour la construction des centrales photovoltaïques, nécessitant un respect strict des spécifications pour assurer la qualité et la sécurité, posant ainsi une base solide pour un fonctionnement stable.

2 Analyse expérimentale

Pour vérifier l'efficacité et la faisabilité de la technologie proposée de pose et de câblage pour les centrales photovoltaïques, elle est comparée aux méthodes traditionnelles.

2.1 Objets expérimentaux

L'expérience est menée dans des conditions de laboratoire en utilisant MATLAB pour la simulation de planification de trajectoire. Vingt tâches de pose et de câblage de câbles standardisées sont sélectionnées et divisées en 4 groupes (5 tâches chacun) pour réduire les erreurs aléatoires via la dispersion statistique, augmentant la stabilité des résultats.

2.2 Préparation expérimentale

Le matériel comprend des ordinateurs dotés d'un stockage de 500 Go, d'une mémoire de 32 Go et de Windows 10. Ces ordinateurs sont débogués et optimisés pour assurer un fonctionnement stable, simulant avec précision les conditions réelles pour des résultats fiables.

2.3 Résultats et analyse expérimentaux

Trois méthodes sont comparées à celle proposée ; les résultats sont présentés dans le Tableau 1.

3 Conclusion

L'analyse des données du Tableau 1 montre que la solution proposée de pose et de câblage de câbles présente des avantages remarquables. Sa conception de trajectoire (≈50m) est de 40m, 45m et 50m plus courte que les méthodes 1, 2, 3. Cela non seulement prouve une planification efficace de la trajectoire, mais met également en lumière un potentiel d'application considérable dans les projets de centrales photovoltaïques, offrant des références précieuses pour l'industrie électrique.

Ce document explore la pose et le câblage de câbles pour les centrales photovoltaïques, en utilisant la modélisation BIM pour améliorer l'efficacité et la sécurité. Les expériences montrent que la méthode surpasse les méthodes traditionnelles en termes de planification de trajectoire - raccourcissant les longueurs et améliorant la qualité. Elle soutient la construction photovoltaïque et alimente le développement durable de l'industrie.

À l'avenir, l'intégration de la construction intelligente et des big data rendra ces technologies plus intelligentes et plus efficaces, propulsant une industrie électrique plus verte et à faible carbone. Nous attendons plus d'innovations pour optimiser les processus, réduire les coûts et moderniser la structure énergétique mondiale.