Tecnologia ottimizzata per la posa dei cavi e la costruzione degli impianti elettrici nelle centrali fotovoltaiche: un approccio basato su BIM
1 Ricerca sulla Tecnologia di Posa e Collegamento dei Cavi nelle Centrali Fotovoltaiche
1.1 Raccolta Dati
Prima di costruire il modello BIM per la posa dei cavi, è necessario padroneggiare in profondità i parametri dettagliati delle specifiche dell'equipaggiamento coinvolto, i materiali utilizzati nella costruzione e le condizioni del sito, con l'obiettivo di migliorare l'accuratezza della costruzione del modello. Per garantire che il modello BIM possa riflettere con precisione la situazione effettiva sul sito, l'elemento chiave sta nell'accurata raccolta e inserimento dei parametri tecnici specifici dell'equipaggiamento chiave. Questi includono le dimensioni precise delle fosse dei cavi, le specifiche dettagliate delle cassette di distribuzione, le dimensioni esterne dei cavi e i parametri specifici dei canali per i cavi. La relazione tra questi parametri e il modello del cavo dovrebbe seguire le seguenti regole:
Nella formula, P è l'insieme dei parametri chiave; I è la precisione del modello di posa del cavo; f mappa P a I; e g è la funzione di regolazione. L'acquisizione accurata dei parametri influenza direttamente la costruzione successiva del modello e la praticità. Durante la raccolta dei dati, i parametri dei dispositivi sono strettamente interrelati. Qualsiasi cambiamento nei dati di un singolo dispositivo può scatenare reazioni a catena, richiedendo un'adeguata regolazione dei parametri correlati. Pertanto, nella fase di raccolta dei dati, si devono adottare strategie flessibili basate sulle condizioni sul sito per garantire la coerenza e l'accuratezza dei dati.
1.2 Costruzione del Modello del Cavo
In costruzione, i conduttori formano cavi dopo essere stati rivestiti. Per collegare i cavi ai terminali dei dispositivi, si installano connettori alle estremità dei cavi. Il modello geometrico di un cavo è un involucro ottenuto dalla scansione della sezione trasversale lungo la linea centrale. Si semplifica la sezione trasversale a un cerchio (raggio r) e si utilizza R(s) = (d1(s), d2(s), d3(s)) per definire il sistema di coordinate locale sulla linea centrale S. La geometria del cavo viene espressa in modo preciso tramite un'equazione parametrica, descrivendo la costruzione della superficie dell'involucro.
Nella formula, W rappresenta la matrice di confine locale; C(s) rappresenta il punto di posizionamento delle coordinate globali; M(s) rappresenta la matrice di trasformazione di rotazione. Il modello geometrico del cavo costruito in base a questa formula è mostrato nella Figura 1.
Nella Figura 1, la linea tratteggiata S segna chiaramente l'asse centrale del cavo. Un punto caratteristico su S viene preso come nodo q, dove viene costruito un sistema di coordinate locale R per descrivere le proprietà direzionali della sezione trasversale. Specificatamente, d1 (vettore unitario nella direzione principale normale) definisce l'orientamento principale normale della sezione trasversale; d2 (vettore unitario nella direzione binormale, perpendicolare a d1) raffina la descrizione della direzione; d3 (vettore unitario nella direzione tangenziale lungo S) mostra la tendenza di estensione del cavo in q. La sezione trasversale in q viene assunta circolare con raggio r0, formando un modello geometrico completo con vettori direzionali per l'analisi successiva delle istanze del cavo.
Come mostrato nella Figura 2, l'istanza del cavo è definita da quattro vertici v1-v4, dividendola in tre segmenti l1: v1-v2; l2: v2-v3; l3: v3-v4, con v1 e v4 come estremità. Per ogni segmento, le proprietà direzionali e la forma della sezione trasversale sono determinate dalla sua posizione/lunghezza su S e dal modello geometrico. Pertanto, i segmenti l1-l3 corrispondono alle sezioni trasversali C1-C3, formando insieme la rappresentazione geometrica del cavo.
1.3 Posa dei Cavi
Integrando i dettagli delle Figure 1 e 2, è possibile afferrare con precisione la modellazione geometrica e le caratteristiche di segmentazione dei cavi. Il modello rappresenta con precisione gli elementi geometrici centrali (asse centrale, forma della sezione trasversale, attributi direzionali) e consente un'analisi approfondita del cavo attraverso una segmentazione raffinata, fornendo una base teorica per una posa efficiente.
Nella preparazione pre-posa, si derivano le lunghezze totali dei cavi di varie specifiche in base al modello. Si organizzano i dati in tabelle standardizzate per tipo di cavo, fornendo informazioni e linee guida accurate per la costruzione. Per il metodo di posa, questo progetto adotta la sepoltura diretta per garantire professionalità ed efficienza.
Quando si posano i cavi nelle fosse, si colloca un cuscinetto uniforme di sabbia/terriccio fine per mantenere il raggio di curvatura del cavo entro i limiti. Si utilizzano argani elettrici per la trazione. Quando si posano cavi multi-core, si rispettano rigorosamente le restrizioni del raggio di curvatura:
Nella formula, rmin rappresenta il limite di curvatura sicuro del cavo; cr rappresenta il raggio minimo di curvatura sicuro del cavo. Dopo aver completato il lavoro di posa dei cavi, è necessario presentare formalmente una richiesta di accettazione del progetto nascosto al dipartimento responsabile della verifica della qualità del progetto. Una volta superata con successo la procedura di accettazione, si deve distribuire uniformemente terreno fine sopra e sotto il cavo come strato protettivo, e poi coprire il cavo con un coperchio. Inoltre, quando si pianifica il percorso del cavo, si deve dare priorità a un percorso che si adatti strettamente alla superficie degli ostacoli consentiti per il cablaggio:
Nella formula, qi è un nodo specifico sulla linea centrale del percorso del cavo; OS è il nodo della superficie dell'ostacolo; Rr è il raggio del cavo; Inter dis è la distanza più breve tra i punti. Prima del ricoprimento, si deve esaminare per confermare che tutti i progetti nascosti soddisfino gli standard. Quindi, si compatta il riempimento per garantirne la densità e la stabilità, conformandosi alle specifiche.
Dopo la compattazione, si piantano paletti di segnalazione direzionale in posizioni chiave (incroci di cavi, connessioni, curve). Si avvolgono i cavi con la canapa per la protezione. Quando i cavi sepolti direttamente passano attraverso gli edifici, si controlla la differenza di altezza tra i tubi esterni e interni; si applica l'idrorepellenza se i tubi esterni sono più alti per garantire la sicurezza della posa.
1.4 Cablaggio dei Cavi
Come anello chiave nella costruzione delle centrali fotovoltaiche, il cablaggio dei cavi deve seguire rigide specifiche/procedure per garantire connessioni elettriche stabili, affidabili e sicure.
In primo luogo, si devono preparare strumenti completi e qualificati (strippatori, pinze per crimpaggio, maniche isolanti, terminali, nastro isolante) e materiali. Si deve garantire che i cavi soddisfino le specifiche di progettazione, superino i controlli di qualità (senza danni, isolamento intatto).
Prima del cablaggio, si devono smontare con precisione i cavi: si utilizzano strippatori per rimuovere le guaine esterne e l'isolamento interno secondo le esigenze dei terminali, esponendo i conduttori (rimuovendo barbe e ossidi). Si selezionano terminali adeguati in base alle sezioni trasversali dei conduttori e alle esigenze di cablaggio. La formula è la seguente:
Nella formula, T è il tipo di terminale; A è l'area della sezione trasversale del conduttore del cavo; R denota i parametri di cablaggio; S è la funzione di mappatura. Si utilizzano pinze per crimpaggio per fissare saldamente i conduttori e i terminali, garantendo che non vi siano allentamenti o contatti insufficienti. Durante il cablaggio, si devono seguire rigorosamente i disegni di progettazione e le specifiche per collegare con precisione i terminali crimpati ai terminali dei dispositivi, garantendo la tenuta.
Per i cavi multi-core, si devono abbinare i colori e i numeri per evitare connessioni errate. Dopo il cablaggio, si avvolgono le connessioni con maniche o nastro isolante per migliorare l'isolamento e prevenire l'intrusione di umidità o polvere. In sintesi, il cablaggio dei cavi è cruciale per la costruzione delle centrali fotovoltaiche, richiedendo un rigoroso rispetto delle specifiche per garantire qualità e sicurezza, ponendo le basi per un'operazione stabile.
2 Analisi Sperimentale
Per verificare l'efficacia e la fattibilità della tecnologia proposta per la posa e il cablaggio dei cavi nelle centrali fotovoltaiche, essa viene confrontata con metodi tradizionali.
2.1 Oggetti Sperimentali
L'esperimento viene condotto in condizioni di laboratorio utilizzando MATLAB per la simulazione della pianificazione del percorso. Vengono selezionati venti compiti standardizzati di posa e cablaggio dei cavi e divisi in 4 gruppi (5 compiti ciascuno) per ridurre gli errori casuali attraverso la dispersione statistica, migliorando la stabilità dei risultati.
2.2 Preparazione Sperimentale
Il hardware include computer con 500GB di archiviazione, 32GB di memoria e Windows 10. Questi vengono depurati e ottimizzati per garantire un funzionamento stabile, simulando in modo accurato le condizioni reali per risultati affidabili.
2.3 Risultati e Analisi Sperimentali
Vengono confrontati tre metodi con quello proposto; i risultati sono mostrati nella Tabella 1.
3 Conclusione
L'analisi dei dati nella Tabella 1 mostra che la soluzione proposta per la posa e il cablaggio dei cavi ha notevoli vantaggi. La progettazione del percorso (circa 50m) è 40m, 45m e 50m più corta rispetto ai metodi 1, 2 e 3. Questo non solo dimostra un'efficiente pianificazione del percorso, ma evidenzia anche un enorme potenziale di applicazione nei progetti di centrali fotovoltaiche, fornendo preziosi riferimenti per l'industria elettrica.
Questo articolo esplora la posa e il cablaggio dei cavi nelle centrali fotovoltaiche, utilizzando la modellazione BIM per aumentare l'efficienza e la sicurezza. Gli esperimenti mostrano che il metodo supera quelli tradizionali nella pianificazione del percorso, abbreviando le lunghezze e migliorando la qualità. Sostiene la costruzione fotovoltaica e alimenta lo sviluppo sostenibile dell'industria.
In futuro, l'integrazione della costruzione intelligente e dei big data renderà queste tecnologie più intelligenti ed efficienti, spingendo verso un'industria elettrica più verde e a basso carbonio. Ci aspettiamo ulteriori innovazioni per ottimizzare i processi, ridurre i costi e aggiornare la struttura energetica globale.
