Optymalizacja układu kablów i technologii montażu przewodów dla stacji fotowoltaicznych: podejście oparte na BIM

1 Badania nad technologią kładzenia kabli i rozprowadzania przewodów w elektrowni fotowoltaicznej
1.1 Zbieranie danych

Przed rozpoczęciem budowy modelu BIM dla kładzenia kabli, konieczne jest dogłębne zrozumienie szczegółowych parametrów specyfikacji używanego sprzętu, materiałów stosowanych w budowie oraz warunków lokalizacji, celem poprawy dokładności budowy modelu. Aby zapewnić, że model BIM może dokładnie odzwierciedlać rzeczywistą sytuację na miejscu budowy, kluczowe jest dokładne zbieranie i wprowadzanie konkretnej technicznej parametryki kluczowego sprzętu. Do tych należą precyzyjne wymiary rowów kablowych, szczegółowe specyfikacje skrzynek dystrybucyjnych, wymiary zewnętrzne kabli oraz konkretne parametry prowadnic. Stosunek między tymi parametrami a modelem kabla powinien być zgodny z następującymi regułami:

W formule, P to zestaw kluczowych parametrów; I to precyzja modelu kładzenia kabla; f mapuje P do I; a g to funkcja dostosowania. Dokładne pozyskanie parametrów bezpośrednio wpływa na późniejsze budowanie modelu i jego praktyczność. W trakcie gromadzenia danych, parametry urządzeń są ściśle ze sobą powiązane. Zmiany w danych jednego urządzenia mogą wywołać reakcje łańcuchowe, co wymaga szybkiego dostosowania związanych parametrów. Dlatego też, na etapie gromadzenia danych, elastycznie dostosuj strategie na podstawie warunków lokalnych, aby zapewnić spójność i dokładność danych.

1.2 Budowa modelu kabla

W budowie, przewody tworzą kable po obudowaniu. Aby połączyć kable z końcówkami urządzeń, instaluje się konektory na końcach kabli. Geometryczny model kabla to obwiednia otrzymana przez skanowanie przekroju wzdłuż linii środkowej. Przekrój upraszcza się do okręgu (promień r) i używa R(s) = (d1(s), d2(s), d3(s)) do zdefiniowania lokalnego układu współrzędnych na linii środkowej S. Geometria kabla jest dokładnie opisana za pomocą równania parametrycznego, które opisuje konstrukcję powierzchni obwiedniej.

W formule, W reprezentuje lokalną macierz graniczną; C(s) reprezentuje punkt globalnego ułożenia; M(s) reprezentuje macierz transformacji rotacyjnej. Model geometryczny kabla zbudowany na podstawie tego wzoru przedstawiony jest na Rysunku 1.

Na Rysunku 1, przerywana linia S jasno zaznacza centralną oś kabla. Punkt charakterystyczny na S jest brany jako węzeł q, gdzie budowany jest lokalny układ współrzędnych R do opisania właściwości kierunkowych przekroju. Konkretnie, d₁ (wektor jednostkowy w głównym kierunku normalnym) definiuje główne kierunki normalne przekroju; d₂ (wektor jednostkowy w kierunku binormalnym, prostopadły do d₁ doprecyzowuje opis kierunku; d₃ (wektor jednostkowy w kierunku stycznym wzdłuż S) pokazuje trend rozszerzania kabla w punkcie q. Przekrój w punkcie q jest założony jako okrąg o promieniu r₀, tworząc kompletny model geometryczny z wektorami kierunkowymi dla kolejnej analizy instancji kabla.

Jak pokazano na Rysunku 2, instancja kabla jest zdefiniowana przez cztery wierzchołki v₁-v₄, dzieląc go na trzy segmenty l₁: v₁-v₂; l₂: v₂-v₃; l₃: v₃-v₄, z v₁ i v₄ jako końcami. Dla każdego segmentu, jego właściwości kierunkowe i kształt przekroju są określane przez jego położenie/długość na S i model geometryczny. Tak więc, segmenty l1-l3 odpowiadają przekrojom C₁-C₃, tworząc razem reprezentację geometryczną kabla.

1.3 Kładzenie kabli

Integrowanie szczegółów z Rysunków 1 i 2 pozwala na dokładne uchwycenie modelowania geometrycznego kabla i cech segmentacji. Model dokładnie opisuje kluczowe elementy geometryczne (centralna oś, kształt przekroju, atrybuty kierunkowe) i umożliwia głęboką analizę kabla poprzez udoskonaloną segmentację, dostarczając teoretycznej podstawy dla efektywnego kładzenia.

W przygotowaniach przed kładzeniem, na podstawie modelu wyznaczane są całkowite długości kabli różnych specyfikacji. Dane organizowane są w standardowe tabele według typu kabla, dostarczając dokładne informacje i wytyczne dla budowy. Metoda kładzenia, w tym projekcie, polega na bezpośrednim zakopaniu, aby zapewnić profesjonalizm i efektywność.

Podczas kładzenia w rowach kablowych, umieszczany jest jednolity podkład z piasku/cienkiego gruntu, aby utrzymać promień zgięcia kabla w określonych granicach. Używane są elektryczne windasy do ciągnięcia. Podczas kładzenia wieloprzewodowych kabli, należy ścisłe przestrzegać ograniczeń promienia krzywizny:

W formule, r_min reprezentuje bezpieczny limit zgięcia kabla; cr reprezentuje minimalny bezpieczny promień skręcania kabla. Po ukończeniu pracy kładzenia kabla, konieczne jest formalne zgłoszenie wniosku o przyjęcie ukrytego projektu do działu odpowiedzialnego za inspekcję jakości projektu. Po pomyślnym przejściu procedury przyjęcia, równomiernie nakładany jest cienki grunt zarówno na górnej, jak i dolnej stronie kabla jako warstwa ochronna, a następnie kabla jest przykrywany pokrywą kabla. Ponadto, podczas planowania trasy kabla, priorytetowo powinno się zadbać, aby trasa ściśle przylegała do powierzchni przeszkód dopuszczalnych do przewodzenia:

W formule, q_i to konkretny węzeł na centrlinie trasy kabla; OS to węzeł powierzchni przeszkody; R_r to promień kabla; Inter dis to najkrótsza odległość między punktami. Przed zasypywaniem, należy dokonać przeglądu, aby potwierdzić, że wszystkie ukryte prace spełniają standardy. Następnie zasypka jest ubijana, aby zapewnić jej gęstość i stabilność, zgodnie z specyfikacjami.

Po ubiciu, znaki kierunkowe są zakopywane w kluczowych miejscach (przecięcia kabli, połączenia, zakręty). Kabla są owijane konopiami dla ochrony. Gdy kabla zakopane bezpośrednio przechodzą przez budynki, sprawdzane są różnice wysokości rur na zewnątrz i wewnątrz; stosuje się wodoszczelność, jeśli rury zewnętrzne są wyższe, aby zapewnić bezpieczeństwo kładzenia.

1.4 Rozprowadzanie kabli

Jako kluczowy element w budowie elektrowni fotowoltaicznej, rozprowadzanie kabli musi przestrzegać surowych specyfikacji/procedur, aby zapewnić stabilne, niezawodne i bezpieczne połączenia elektryczne.

Po pierwsze, przygotować kompletne/kwalifikowane narzędzia (obcinarki do przewodów, imadła do spawania, mankiety izolacyjne, końcówki, taśmy izolacyjne) i materiały. Upewnić się, że kabla spełniają specyfikacje projektowe, przechodzą kontrole jakości (bez uszkodzeń, nienaruszona izolacja).

Przed rozprowadzaniem, dokładnie obciąć kabla: używać obcinarek do usunięcia zewnętrznej osłony/wewnętrznej izolacji zgodnie z wymaganiami końcówek, odsłonić przewody (usunąć szorstkości/tlenki). Wybrać odpowiednie końcówki na podstawie przekroju przewodów i potrzeb rozprowadzania. Formuła jest następująca:

W formule, T to typ końcówki; A to przekrój przewodnika kabla; R oznacza parametry rozprowadzania; S to funkcja mapowania. Używać imadeł do solidnego spięcia przewodów i końcówek, aby zapewnić brak luzu lub złego kontaktu. W trakcie rozprowadzania, ścisłe przestrzegać rysunków projektowych i specyfikacji, aby dokładnie połączyć spięte końcówki z końcówkami urządzeń, zapewniając szczelność.

Dla wieloprzewodowych kabli, dopasować kolory/liczby, aby uniknąć błędnych połączeń. Po rozprowadzeniu, owinąć połączenia mankietami izolacyjnymi/taśmami, aby wzmocnić izolację i zapobiec wtargnięciu wilgoci lub kurzu. W skrócie, rozprowadzanie kabli jest kluczowe dla budowy elektrowni fotowoltaicznej, wymagając ścisłego przestrzegania specyfikacji, aby zapewnić jakość i bezpieczeństwo, tworząc solidne podstawy dla stabilnej eksploatacji.

2 Analiza eksperymentalna

Aby zweryfikować skuteczność i wykonalność proponowanej technologii kładzenia i rozprowadzania kabli w elektrowniach fotowoltaicznych, porównano ją z tradycyjnymi metodami.

2.1 Obiekty eksperymentu

Eksperyment przeprowadzono w warunkach laboratoryjnych, używając MATLAB do symulacji planowania ścieżki. Wybrano dwadzieścia standaryzowanych zadań kładzenia i rozprowadzania kabli, podzielonych na 4 grupy (po 5 zadań), aby zmniejszyć błędy losowe poprzez dyspersję statystyczną, zwiększając stabilność wyników.

2.2 Przygotowanie do eksperymentu

Sprzęt obejmuje komputery z pamięcią 500GB, 32GB RAM i systemem Windows 10. Te zostały poddane debuggowaniu i optymalizacji, aby zapewnić stabilną pracę, dokładnie symulując realne warunki, aby uzyskać wiarygodne wyniki.

2.3 Wyniki i analiza eksperymentu

Trzy metody zostały porównane z proponowaną; wyniki przedstawione są w Tabeli 1.

3 Wnioski

Analiza danych z Tabeli 1 pokazuje, że proponowane rozwiązanie kładzenia i rozprowadzania kabli ma wyraźne przewagi. Jego projekt ścieżki (≈50m) jest krótszy o 40m, 45m i 50m niż metody 1, 2, 3. To nie tylko dowodzi skuteczności planowania ścieżki, ale również podkreśla ogromny potencjał zastosowania w projektach elektrowni fotowoltaicznych, dostarczając cenne referencje dla branży energetycznej.

Ten artykuł bada kładzenie i rozprowadzanie kabli w elektrowniach fotowoltaicznych, wykorzystując modelowanie BIM, aby zwiększyć efektywność i bezpieczeństwo. Eksperymenty pokazują, że metoda ta przewyższa tradycyjne metody w planowaniu ścieżek - skracając długości i poprawiając jakość. Wspiera ona budowę fotowoltaiczną i napędza zrównoważony rozwój branży.

W przyszłości, integracja inteligentnej budowy i big data uczyni te technologie bardziej inteligentnymi i efektywnymi, wspierając greener, niskowęglowy sektor energetyczny. Oczekujemy większej innowacji, aby zoptymalizować procesy, obniżyć koszty i modernizować globalną strukturę energetyczną.