GS-spanningskermtoestelle vir PV-installasies


Gelykstroombeveiligingstoestelle vir PV-installasies PV-Combiner-Box-02

Sonpaneel PV Combiner Box DC Surge Beskermende Toestel

Aangesien DC Surge Protection Devices vir PV-installasies so ontwerp moet word dat hulle die sonlig blootstel, is dit baie kwesbaar vir die gevolge van weerlig. Die kapasiteit van 'n PV-skikking hou direk verband met die blootgestelde oppervlak, sodat die potensiële impak van weerliggebeurtenisse toeneem met die stelselgrootte. Waar beligting gereeld voorkom, kan onbeskermde PV-stelsels herhaalde en beduidende skade aan sleutelkomponente ly. Dit lei tot aansienlike herstel- en vervangingskoste, stilstand van die stelsel en die verlies aan inkomste. Behoorlik ontwerpte, gespesifiseerde en geïnstalleerde spoedbeveiligingstoestelle (SPD's) verminder die potensiële impak van weerliggebeurtenisse wanneer dit saam met ontwerpte weerligbeskermingsstelsels gebruik word.

'N Weerligbeveiligingstelsel wat basiese elemente soos lugaansluitings, behoorlike afleiers, ekwipotensiaalverbinding vir alle stroomdraende komponente en behoorlike aardingsbeginsels bevat, bied 'n afdak van beskerming teen direkte aanvalle. As daar 'n probleem met 'n weerliggevaar op u PV-werf is, beveel ek dit sterk aan om 'n professionele elektriese ingenieur met kundigheid op hierdie gebied aan te stel om 'n risikobeoordelingstudie en 'n beskermingstelselontwerp te bied, indien nodig.

Dit is belangrik om die verskil tussen weerligbeveiligingstelsels en SPD's te verstaan. Die doel van 'n weerligbeveiligingstelsel is om 'n direkte weerligstaking deur aansienlike stroomdraende geleiers na die aarde te lei, en sodoende kan strukture en toerusting in die pad van daardie ontlading of direk getref word, bespaar word. SPD's word op elektriese stelsels toegepas om 'n ontladingspad na die aarde te bied om te verhoed dat die komponente van daardie stelsels blootgestel word aan die hoogspanningstermyne wat veroorsaak word deur die direkte of indirekte gevolge van weerlig- of kragstelselafwykings. Selfs met 'n eksterne weerligbeveiligingstelsel, sonder SPD's, kan die gevolge van weerlig nog steeds groot skade aan komponente veroorsaak.

Vir die doeleindes van hierdie artikel, neem ek aan dat daar 'n vorm van weerligbeskerming bestaan ​​en ondersoek ek die soorte, funksie en voordele van die addisionele gebruik van toepaslike SPD's. In samewerking met 'n behoorlik ontwerpte weerligbeveiligingstelsel beskerm die gebruik van SPD's op belangrike stelselplekke hoofkomponente soos omskakelaars, modules, toerusting in kombineerbakke en meet-, beheer- en kommunikasiestelsels.

Die belangrikheid van SPD's

Afgesien van die gevolge van direkte weerligaanvalle op die skikkings, is onderling gekoppelde kragkabels baie vatbaar vir elektromagneties geïnduseerde oorgange. Transiënte wat direk of indirek deur weerlig veroorsaak word, sowel as oorgange wat deur funksieskakelfunksies gegenereer word, stel elektriese en elektroniese toerusting bloot aan baie hoë oorspannings van baie kort duur (tien tot honderde mikrosekondes). Blootstelling aan hierdie kortstondige spanning kan 'n katastrofiese onderbreking van die komponent veroorsaak wat opmerkbaar is deur meganiese beskadiging en koolstofopsporing, of dat dit ongemerk kan wees, maar steeds 'n toerusting of stelselfout kan veroorsaak.

Blootstelling aan langtermyn-transiente van laer grootte verswak diëlektriese en isolerende materiaal in toerusting vir PV-stelsels totdat daar 'n finale uiteensetting is. Daarbenewens kan spanningstydperk op meet-, beheer- en kommunikasiebane verskyn. Dit lyk asof hierdie foute foutiewe seine of inligting is, wat kan veroorsaak dat toerusting nie funksioneer nie of afskakel. Die strategiese plasing van SPD's versag hierdie probleme omdat dit as kortsluiting- of klemtoestelle funksioneer.

Tegniese eienskappe van SPD's

Die algemeenste SPD-tegnologie wat in PV-toepassings gebruik word, is die metaaloksiedvaristor (MOV), wat funksioneer as 'n spanningsklemtoestel. Ander SPD-tegnologieë sluit die silikon-lawine-diode, beheerde vonkgapings en gasontladingsbuise in. Laasgenoemde twee skakel toestelle wat as kortsluiting of koevoet voorkom. Elke tegnologie het sy eie eienskappe, wat dit min of meer geskik maak vir 'n spesifieke toepassing. Kombinasies van hierdie toestelle kan ook gekoördineer word om meer optimale eienskappe te bied as wat dit individueel bied. Tabel 1 gee 'n lys van die belangrikste SPD-tipes wat in PV-stelsels gebruik word en beskryf die algemene werkingskenmerke daarvan.

'N SPD moet in staat wees om vinnig genoeg toestande te verander vir die kort tydjie waarin daar 'n verbygaande tyd is en om die grootte van die verbygaande stroom te ontlaai sonder om te misluk. Die toestel moet ook die spanningsval oor die SPD-stroombaan verminder, om die toerusting waarop dit gekoppel is, te beskerm. Ten slotte moet die SPD-funksie nie die normale funksie van die stroombaan inmeng nie.

SPD-werkingseienskappe word gedefinieër deur verskeie parameters wat elkeen wat die SPD's kies, moet verstaan. Hierdie onderwerp vereis meer besonderhede wat hier behandel kan word, maar die volgende is enkele parameters wat in ag geneem moet word: maksimum deurlopende werkspanning, wisselstroom- of wisselstroomtoepassing, nominale ontlaadstroom (gedefinieër deur 'n grootte en golfvorm), spanningsbeskermingsvlak (die terminale spanning wat aanwesig is wanneer die SPD 'n spesifieke stroom ontlaai) en tydelike oorspanning ('n deurlopende oorspanning wat gedurende 'n spesifieke tyd aangewend kan word sonder om die SPD te beskadig).

SPD's wat verskillende komponenttegnologieë gebruik, kan in dieselfde stroombane geplaas word. Hulle moet egter met sorg gekies word om energie-koördinasie tussen hulle te verseker. Die komponenttegnologie met die hoër ontladingsgradering moet die grootste grootte van die beskikbare kortstondige stroom ontlaai, terwyl die ander komponenttegnologie die oorblywende transiënte spanning tot 'n laer grootte verminder, aangesien dit 'n laer stroom ontlaai.

Die SPD moet 'n geïntegreerde selfbeskermende toestel hê wat dit van die stroombaan ontkoppel indien die toestel sou misluk. Om hierdie ontkoppeling duidelik te maak, vertoon baie SPD's 'n vlag wat die ontkoppelingsstatus aandui. Die aanduiding van die status van die SPD via 'n integrale hulpstel kontakte is 'n verbeterde funksie wat 'n sein na 'n afgeleë plek kan gee. 'N Ander belangrike eienskap wat u moet oorweeg, is of die SPD 'n vingerveilige, verwyderbare module gebruik wat dit moontlik maak om 'n mislukte module maklik te vervang sonder gereedskap of om die stroombaan te laat stroom.

AC Surge Protection Devices vir PV-installasies

Weerlig flits van wolke na die weerligbeskermingstelsel, die PV-struktuur of 'n nabygeleë grond wat 'n plaaslike grondpotensiaalverhoging veroorsaak met betrekking tot verre grondverwysings. Geleiers wat oor hierdie afstande strek, stel toerusting bloot aan aansienlike spanning. Die gevolge van stygings in die grondpotensiaal word hoofsaaklik ervaar op die punt van verbinding tussen 'n netwerkgebonde PV-stelsel en die elektrisiteitsnet by die diensingang - die punt waar die plaaslike grond elektries gekoppel is aan 'n verafgemelde grond.

Oorstroombeveiliging moet by die diensingang geplaas word om die nutskant van die omskakelaar teen skadelike oorgange te beskerm. Die oorgange wat op hierdie plek gesien word, is van 'n groot omvang en duur en moet dus bestuur word deur die opleidingsbeveiliging met toepaslike hoë ontladingsstroom. Beheerde vonkgapings wat in samewerking met MOV's gebruik word, is ideaal vir hierdie doel. Vonkgapingstegnologie kan hoë weerligstrome ontlaai deur 'n ekwipotensiaal-bindingsfunksie tydens die weerligverloop. Die gekoördineerde MOV kan die oorblywende spanning op 'n aanvaarbare vlak vasdruk.

Benewens die gevolge van die styging in die grondpotensiaal, kan die wisselstroom-kant van die omskakelaar beïnvloed word deur weerlig-geïnduseerde en skakelaars wat ook by die diens ingang verskyn. Om potensiële skade aan toerusting te verminder, moet die AC-beskerming volgens die toepaslike vlak so na as moontlik aan die wisselstroomaansluiting van die omskakelaar toegepas word, met die kortste en reguitste weg vir geleiers met voldoende dwarsdeursnee. As u nie hierdie ontwerpkriteria implementeer nie, lei dit tot 'n hoër as noodsaaklike spanningsval in die SPD-stroombaan tydens ontlading en stel die beskermde toerusting bloot aan hoër tydelike spanning as wat nodig is.

Toestelle vir die beskerming van DC-spanning teen PV-installasies

Regstreekse aanvalle op nabygeleë geaarde strukture (insluitend die weerligbeskermingstelsel) en tussen- en binne-wolkflitse wat van 100 kA mag wees, kan gepaardgaande magnetiese velde veroorsaak wat kortstondige strome in die PV-stelsels gelykstroomkabels veroorsaak. Hierdie kortstondige spanning verskyn by toerustingterminale en veroorsaak isolasie en diëlektriese foute van sleutelkomponente.

Deur SPD's op spesifieke plekke te plaas, word die effek van hierdie geïnduseerde en gedeeltelike weerligstrome versag. Die SPD word parallel geplaas tussen die geleidings en die aarde. Dit verander van 'n hoë-impedansie-toestel na 'n lae-impedansie-toestel wanneer die oorspanning plaasvind. In hierdie konfigurasie ontlaai die SPD die gepaardgaande kortstondige stroom, wat die oorspanning wat andersins by die toerustingterminale sou voorkom, verminder. Hierdie parallelle toestel dra geen lasstroom nie. Die geselekteerde SPD moet spesifiek ontwerp, gegradeer en goedgekeur word vir toepassing op DC-spannings. Die integrale SPD-ontkoppeling moet die ernstiger DC-boog, wat nie op AC-toepassings gevind word nie, kan onderbreek.

Die aansluiting van MOV-modules in 'n Y-konfigurasie is 'n algemeen gebruikte SPD-konfigurasie op groot kommersiële en nutskaalse PV-stelsels wat werk met 'n maksimum oop stroombaan spanning van 600 of 1,000 Vdc. Elke been van die Y bevat 'n MOV-module wat aan elke paal en aan die grond gekoppel is. In 'n ongegronde stelsel is daar twee modules tussen elke paal en tussen beide paal en grond. In hierdie konfigurasie word elke module vir die helfte van die stelselspanning gegradeer, dus selfs as 'n pool-tot-aard-fout voorkom, oorskry die MOV-modules nie hul nominale waarde nie.

Oorwegings teen die beskerming van stelselmatige spanning

Net soos toerusting en komponente van kragstelsels gevoelig is vir die gevolge van weerlig, word die toerusting ook gevind in die meet-, beheer-, instrumentasie-, SCADA- en kommunikasiestelsels wat verband hou met hierdie installasies. In hierdie gevalle is die basiese konsep van die beskerming van die oplewing dieselfde as op die stroombane. Aangesien hierdie toerusting gewoonlik minder verdraagsaam is teenoor oorspanningsimpulse en vatbaarder is vir foutiewe seine en dat dit nadelig beïnvloed word deur die toevoeging van reeks- of parallelle komponente aan die stroombane, moet daar meer aandag gegee word aan die eienskappe van elke SPD wat bygevoeg word. Spesifieke SPD's word vereis volgens of hierdie komponente kommunikeer deur middel van 'twisted pair', CAT 6 Ethernet of koaksiale RF. Daarbenewens moet SPD's wat vir nie-kragstroombane gekies word, die kortstondige strome kan ontlaai sonder om te mis, om 'n voldoende spanningsbeskermingsvlak te bied en die funksie van die stelsel te weerhou - insluitend reeksimpedansie, lyn-tot-lyn en grondkapasitansie en frekwensie bandbreedte .

Algemene verkeerde toepassings van SPD's

SPD's word al jare lank op stroombane toegepas. Die meeste hedendaagse stroombane is wisselstroomstelsels. As sodanig is die meeste toerusting vir die beskerming van die beskerming ontwerp vir gebruik in wisselstroomstelsels. Die betreklik onlangse bekendstelling van groot kommersiële en nutskaalse PV-stelsels en die toenemende aantal stelsels wat ingespan is, het ongelukkig gelei tot die verkeerde toepassing op die DC-kant van SPD's wat ontwerp is vir wisselstroomstelsels. In hierdie gevalle werk die SPD's verkeerd, veral tydens hul mislukking, as gevolg van die kenmerke van DC-PV-stelsels.

MOV's bied uitstekende eienskappe om as SPD's te dien. As hulle behoorlik beoordeel word en korrek toegepas word, voer hulle op 'n kwalitatiewe manier vir daardie funksie uit. Soos alle elektriese produkte, kan dit egter misluk. Mislukking kan veroorsaak word deur omgewingsverhitting, die ontlaai van strome wat groter is as wat die toestel ontwerp is om te hanteer, ontlading te veel keer of blootstelling aan deurlopende oorspanningstoestande.

Daarom is SPD's ontwerp met 'n termies aangedrewe ontkoppelingsskakelaar wat hulle van die parallelle aansluiting op die geaktiveerde DC-stroombaan skei indien dit nodig sou raak. Aangesien sommige stroom deurstroom wanneer die SPD in die storingsmodus gaan, verskyn 'n effense boog as die termiese afskakelaar skakel. As dit op 'n wisselstroomstroombaan toegepas word, blus die eerste nulkruising van die kragopwekkersstroom wat boog, en die SPD word veilig uit die stroombaan verwyder. As dieselfde AC SPD aan die DC-kant van 'n PV-stelsel toegepas word, veral hoë spanning, is daar geen nulkruising van die stroom in 'n DC-golfvorm nie. Die normale thermiese skakelaar kan die boogstroom nie blus nie, en die toestel mislukking.

Die plasing van 'n parallelle versmelt omleidingskring rondom die MOV is een metode om die blus van die DC-foutboog te oorkom. As die termiese ontkoppeling werk, verskyn 'n boog steeds oor die openingskontakte; maar daardie boogstroom word herlei na 'n parallelle baan wat 'n lont bevat waarin die boog geblus word, en die lont onderbreek die foutstroom.

Stroom-versmelting voor die SPD, soos toegepas op wisselstroomstelsels, is nie toepaslik op wisselstroomstelsels nie. Die kortsluiting wat beskikbaar is om die lont te laat werk (soos in 'n oorstroombeveiligingstoestel) is miskien nie voldoende wanneer die kragopwekker op 'n verminderde kraguitset is nie. As gevolg hiervan het sommige SPD-vervaardigers dit in ag geneem in hul ontwerp. UL het sy vorige standaard gewysig deur die aanvulling op die nuutste standaard vir die beskerming van die opspanning - UL 1449. Hierdie derde uitgawe is spesifiek van toepassing op PV-stelsels.

SPD Kontrolelys

Ondanks die groot weerligrisiko waaraan baie PV-installasies blootgestel word, kan dit beskerm word deur die toepassing van SPD's en 'n behoorlik ontwerpte weerligbeskermingsstelsel. Effektiewe SPD-implementering moet die volgende oorwegings insluit:

  • Korrekte plasing in die stelsel
  • Beëindigingsvereistes
  • Behoorlike aarding en heg van die toerusting-grondstelsel
  • Ontslaggradering
  • Spanningsbeskermingsvlak
  • Geskiktheid vir die betrokke stelsel, insluitend DC versus AC toepassings
  • Mislukkingsmodus
  • Plaaslike en afgeleë status aanduiding
  • Maklik vervangbare modules
  • Normale stelselfunksie moet nie beïnvloed word nie, spesifiek op nie-kragstelsels