Alalisvoolu liigpingekaitseseadmed PV-seadmete jaoks

Päikesepaneeli PV kombineerija kasti alalispingekaitseseade

Kuna alalisvoolu pingeseadmete ülepingekaitseseadmed peavad olema projekteeritud nii, et need pakuksid täielikku päikesevalgust, on need välgu mõjude suhtes väga tundlikud. PV-massiivi maht on otseselt seotud selle avatud pinnaga, mistõttu välgu sündmuste potentsiaalne mõju suureneb koos süsteemi suurusega. Kui valgustus esineb sageli, võivad kaitsmata fotosüsteemid võtmekomponente korduvalt ja märkimisväärselt kahjustada. See toob kaasa märkimisväärsed remondi- ja asendamiskulud, süsteemi seiskamise ja tulude kaotuse. Korralikult projekteeritud, täpsustatud ja paigaldatud liigpingekaitseseadmed (SPD) minimeerivad piksesündmuste võimalikku mõju, kui neid kasutatakse koos insenertehnoloogiliste piksekaitsesüsteemidega.

Piksekaitsesüsteem, mis sisaldab selliseid põhielemente nagu õhuklemmid, korralikud maandusjuhtmed, kõigi voolu kandvate komponentide potentsiaaliühtlustus ja korralikud maandamispõhimõtted, tagab kaitse otseste löökide eest. Kui teie PV-saidil on muret välguriskide pärast, soovitan tungivalt palgata professionaalne elektriinsener, kellel on selles valdkonnas kogemusi, et vajaduse korral anda riskihindamise uuring ja kaitsesüsteemi ülesehitus.

Oluline on mõista piksekaitsesüsteemide ja SPD-de erinevust. Piksekaitsesüsteemi eesmärk on suunata otsene pikselöök läbi oluliste voolu kandvate juhtide maapinnale, säästes seega konstruktsioone ja seadmeid selle tühjenemise teelt või otsese löögi eest. SPD-sid rakendatakse elektrisüsteemidele, et tagada maapinnale jõudmise tee, et säästa nende süsteemide komponente välgu või elektrisüsteemi anomaaliate otsese või kaudse mõju põhjustatud kõrgepinge siirdest. Isegi kui välimine piksekaitsesüsteem on paigas ja ilma SPD-deta, võib välgu mõju komponentidele siiski suuri kahjustusi tekitada.

Selle artikli jaoks eeldan, et on olemas mingisugune piksekaitse, ja uurin asjakohaste SPD-de täiendava kasutamise tüüpe, funktsiooni ja eeliseid. Koos korralikult konstrueeritud piksekaitsesüsteemiga kaitseb SPD-de kasutamine võtmetähtsusega kohtades peamisi komponente, nagu inverterid, moodulid, kombainikastide seadmed ning mõõtmis-, juhtimis- ja sidesüsteemid.

SPDde tähtsus

Peale otsese välgulöögi tagajärgede massiividele on toitekaablite ühendamine elektromagnetiliselt indutseeritud üleminekutele väga vastuvõtlik. Piksest otseselt või kaudselt põhjustatud siirded, samuti kommunaalteenuste lülitamise funktsioonidest tulenevad transiidid avaldavad elektri- ja elektroonikaseadmetele väga lühikese kestusega (kümneid kuni sadu mikrosekundeid) ülipinge. Nende ajutiste pingete kasutamine võib põhjustada katastroofilise komponendi rikke, mis võib olla märgatav mehaaniliste kahjustuste ja süsiniku jälgimise teel või olla märkamatu, kuid siiski seadme või süsteemi rikke.

Pikaajaline kokkupuude madalama suurusega transientidega halvendab dielektrilist ja isolatsioonimaterjali PV-süsteemi seadmetes kuni lõpliku lagunemiseni. Lisaks võivad mõõtmis-, juhtimis- ja sideahelates ilmneda pinge siirded. Need siirded võivad näida olevat ekslikud signaalid või teave, mis põhjustab seadme talitlushäireid või seiskumist. SPD-de strateegiline paigutus leevendab neid probleeme, kuna need toimivad lühise või kinnitusvahenditena.

SPD tehnilised omadused

Kõige tavalisem PV-rakendustes kasutatav SPD-tehnoloogia on metalloksiidi varistor (MOV), mis toimib pinge kinnitusklambrina. Muud SPD tehnoloogiad hõlmavad räni laviinidioodi, juhitavaid sädemevahesid ja gaaslahendustorusid. Kaks viimast on lülitusseadmed, mis ilmuvad lühise või pulgadena. Igal tehnoloogial on oma omadused, mistõttu see sobib enam-vähem konkreetseks rakenduseks. Nende seadmete kombinatsioone saab ka optimaalsemate omaduste tagamiseks kooskõlastada, kui need eraldi pakuvad. Tabelis 1 on loetletud peamised päikeseenergiasüsteemides kasutatavad SPD tüübid ja nende üldised tööomadused.

SPD peab suutma olekuid piisavalt kiiresti muuta lühiajalise transiidi esinemise ajaks ja tühjenemiseta tühjendama siirdevoolu suuruse. Samuti peab seade minimeerima pingelangu SPD-ahelas, et kaitsta seadmeid, millega see on ühendatud. Lõpuks ei tohiks SPD funktsioon häirida selle vooluahela normaalset toimimist.

SPD tööomadused on määratletud mitme parameetriga, millest igaüks, kes SPD-d valib, peab aru saama. See teema nõuab rohkem üksikasju, mida saab siin käsitleda, kuid järgmisi on mõned parameetrid, mida tuleks arvestada: maksimaalne pidev tööpinge, vahelduvvoolu või alalisvoolu rakendus, nominaalne tühjendusvool (määratletud suuruse ja lainekuju järgi), pingekaitse tase ( terminali pinge, mis esineb siis, kui SPD tühistab teatud voolu) ja ajutine ülepinge (pidev ülepinge, mida saab teatud aja jooksul rakendada SPD kahjustamata).

Erinevaid komponenttehnoloogiaid kasutavaid SPD-sid saab paigutada samadesse vooluringidesse. Kuid nende vahel tuleb energiakoordineerimine tagada hoolikalt. Kõrgema tühjenemisvõimega komponenttehnoloogia peab tühjendama olemasoleva siirdevoolu suurima suuruse, samas kui teine ​​komponenttehnoloogia vähendab väiksemat voolu jääkpinge väiksemale.

SPD-l peab olema integreeritud enesekaitseseade, mis katkestab selle vooluringist, kui seade rikub. Selle ühenduse katkestamise ilmestamiseks kuvavad paljud SPD-d lipu, mis näitab ühenduse katkestamise olekut. SPD oleku näitamine integreeritud abikontaktide kaudu on täiustatud funktsioon, mis võib anda signaali kaugemasse asukohta. Teine oluline tooteomadus, mida tuleb arvestada, on see, kas SPD kasutab sõrmega ohutut eemaldatavat moodulit, mis võimaldab ebaõnnestunud moodulit hõlpsasti ilma tööriistadeta asendada või vajadust vooluahelat pingest välja lülitada.

Arvestades kaalutlustega vahelduvvoolu ülepingekaitseseadmete kohta PV-seadmete jaoks

Piksest välgud piksest piksekaitsesüsteemi, PV-struktuuri või läheduses asuva maapinnani põhjustavad maapinna potentsiaalset tõusu kaugete maapinna viidete suhtes. Nimetatud vahemaad ületavad dirigendid pakuvad seadmetele märkimisväärset pinget. Maapotentsiaalse tõusu mõjusid kogevad peamiselt võrguga seotud PV-süsteemi ja teenuse sissepääsu juures asuva utiliidi ühenduskohad - koht, kus kohalik maandus on elektriliselt ühendatud kauge viidatud maapinnaga.

Hooldus sissepääsu juurde tuleks paigutada ülepingekaitse, et kaitsta muunduri kasulikku külge kahjustavate üleminekute eest. Selles asukohas nähtavad siirded on suure ulatuse ja kestusega ning seetõttu tuleb neid juhtida ülepingekaitsega, millel on piisavalt kõrge vooluhulgaga voolutugevus. MOV-idega kooskõlastatult kasutatavad juhitavad sädemevahed sobivad selleks ideaalselt. Sädepilu tehnoloogia suudab välkkiire ajal välja viia potentsiaalse potentsiaaliühtlustamise funktsiooni. Koordineeritud MOV suudab kinnitada jääkpinge vastuvõetava tasemeni.

Lisaks maapotentsiaali tõusu mõjudele võivad inverteri vahelduvvoolu külge mõjutada piksest põhjustatud ja kasulikke lülitusi põhjustavad siirded, mis ilmnevad ka teenuse sissepääsu juures. Seadmete võimalike kahjustuste minimeerimiseks tuleks inverteri vahelduvvoolu klemmide lähedale rakendada asjakohase nimiväärtusega vahelduvvoolu kaitset võimalikult lühikese ja sirgema tee korral piisava ristlõikepinnaga juhtmete jaoks. Selle projekteerimiskriteeriumi rakendamata jätmine põhjustab SPD vooluahela tühjenemise ajal vajalikust suuremat pingelangust ja kaitseb seadet kiiremini kui vaja.

Alalisvoolu liigpingekaitseseadmed PV-installide jaoks

Otselöögid lähedal asuvatele maandatud konstruktsioonidele (sealhulgas piksekaitsesüsteemile) ning pilvedevahelised ja -välised välgud, mille suurus võib olla 100 kA, võivad põhjustada sellega seotud magnetvälju, mis indutseerivad PV-süsteemi alalisvoolu kaablitesse mööduvaid voolusid. Need siirdepinged ilmuvad seadmete klemmidele ja põhjustavad põhikomponentide isolatsiooni ja dielektrilisi rikkeid.

SPD-de paigutamine kindlaksmääratud kohtadesse leevendab nende indutseeritud ja osaliste välguvoolude mõju. SPD asetatakse paralleelselt pingestatud juhtmete ja maanduse vahele. Ülepinge tekkimisel muutub see suure impedantsiga seadmest madala impedantsi seadmeks. Selles konfiguratsioonis tühistab SPD sellega seotud siirdevoolu, minimeerides seadmete klemmides muidu esinevat ülepinget. See paralleelne seade ei kanna koormusvoolu. Valitud SPD peab olema spetsiaalselt välja töötatud, hinnatud ja heaks kiidetud kasutamiseks alalisvoolu pingel. Integreeritud SPD-ühenduse katkestamine peab suutma katkestada tugevama alalisvoolu kaare, mida vahelduvvoolu rakendustes ei leidu.

MOV-moodulite ühendamine Y-konfiguratsioonis on tavaliselt kasutatav SPD-konfiguratsioon suurtes äri- ja kasuliku mõõtmetega PV-süsteemides, mis töötavad maksimaalse avatud vooluahela pingega 600 või 1,000 Vdc. Y igas jalas on MOV-moodul, mis on ühendatud iga postiga ja maandusega. Maandamata süsteemis on iga pooluse vahel ning nii pooluse kui ka maa vahel kaks moodulit. Selles konfiguratsioonis on iga mooduli nimiväärtus pool süsteemi pingest, nii et isegi kui tekib pole-maa-rike, ei ületa MOV-moodulid oma nimiväärtust.

Mittevõimsuse süsteemi ülepingekaitse kaalutlused

Nii nagu elektrisüsteemi seadmed ja komponendid on välgu mõjudele vastuvõtlikud, on ka nende seadmetega seotud mõõtmis-, juhtimis-, aparatuuri-, SCADA- ja sidesüsteemides kasutatavad seadmed. Nendel juhtudel on liigpingekaitse põhimõte sama, mis vooluahelatel. Kuid kuna see seade on tavaliselt ülepinge impulsside suhtes vähem talutav ja vastuvõtlikum ekslikele signaalidele ja sellele, et ahelatele lisatakse järjestikke või paralleelseid komponente, tuleb iga lisatud SPD omadustele suuremat tähelepanu pöörata. Spetsiifilisi SPD-sid on vaja vastavalt sellele, kas need komponendid suhtlevad keerdpaari, CAT 6 Etherneti või koaksiaalse RF kaudu. Lisaks peavad toitevooluahelatele valitud SPD-d suutma tühjendada mööduvad voolud, tagamaks piisava pingekaitse taseme ja hoidumast häirimast süsteemi funktsioone - sealhulgas jada impedantsi, liinilt liinile ja maapinna mahtuvust ning sageduse ribalaiust .

SPD-de levinud väärkasutamine

SPD-sid on toiteahelatele rakendatud juba mitu aastat. Enamik kaasaegseid toiteahelaid on vahelduvvoolusüsteemid. Sellisena on enamik ülepingekaitsevahendeid mõeldud kasutamiseks vahelduvvoolusüsteemides. Suurte kaubanduslike ja kasulike mõõtmetega fotosüsteemide suhteliselt hiljutine kasutuselevõtt ja suurenenud arv kasutatavaid süsteeme on kahjuks viinud vahelduvvoolusüsteemide jaoks mõeldud SPD-de vale rakendamise alalisvoolu poolele. Nendel juhtudel toimivad SPD-d alalisvoolusüsteemide omaduste tõttu valesti, eriti rikke ajal.

MOV-id pakuvad SPD-de jaoks suurepäraseid omadusi. Kui neid hinnatakse õigesti ja neid rakendatakse õigesti, täidavad nad selle funktsiooni jaoks kvaliteetset viisi. Kuid nagu kõik elektritooted, võivad need ka ebaõnnestuda. Ebaõnnestumise põhjuseks võib olla ümbritsev keskkonna kuumutamine, tühjendusvoolud, mis on suuremad, kui seade on ette nähtud käitlemiseks, liiga palju tühjakslaadimist või pidev ülepinge.

Seetõttu on SPD-d kavandatud termiliselt töötava lahklülitiga, mis eraldab neid paralleelsest ühendusest pingestatud alalisvooluahelaga, kui see peaks vajalikuks osutuma. Kuna SPD rikke režiimi sisenemisel voolab osa voolust läbi, ilmub termokaitselüliti töötamisel väike kaar. Vahelduvvooluahelale rakendatuna kustutab generaatoriga varustatud voolu esimene nullpunkt selle kaare ja SPD eemaldatakse vooluringist ohutult. Kui sama vahelduvvoolu SPD-d rakendatakse PV-süsteemi alalisvoolu poolele, eriti kõrgepingete korral, ei ole alalisvoolu lainekuju korral voolu nullpunkti. Tavaline termiliselt töötav lüliti ei suuda kaarevoolu kustutada ja seade rikub.

Paralleelse sulatatud möödavooluahela paigutamine MOV-i ümber on üks meetod alalisvoolu rikkekaare kustutamise ületamiseks. Kui termolülitus peaks toimima, ilmub selle avanevatele kontaktidele ikkagi kaar; kuid see kaarevool suunatakse paralleelsele teele, mis sisaldab kaitset, kus kaar kustub, ja kaitsme katkestab rikkevoolu.

Ülesvoolu sulatamine enne SPD-d, mida võib rakendada vahelduvvoolusüsteemidele, ei ole alalisvoolusüsteemides asjakohane. Kaitsme käitamiseks saadaval olev lühisvool (nagu ka ülevoolukaitseseadmes) ei pruugi olla piisav, kui generaatoril on vähendatud väljundvõimsus. Seetõttu on mõned SPD tootjad seda oma disainis arvesse võtnud. UL on oma varasemat standardit täiendanud uusima ülepingekaitsestandardi - UL 1449. See kolmas väljaanne on spetsiaalselt kohaldatav PV-süsteemidele.

SPD kontroll-loend

Vaatamata suurele pikseriskile, millega paljud päikesepaneelid kokku puutuvad, saab neid kaitsta SPD-de ja korralikult konstrueeritud piksekaitsesüsteemi abil. SPD tõhus rakendamine peaks hõlmama järgmisi kaalutlusi:

• Õige paigutus süsteemis
• Lõpetamise nõuded
• Seadmete ja maandussüsteemi nõuetekohane maandus ja ühendamine
• Tühjendusreiting
• Pingekaitse tase
• Kõnealuse süsteemi sobivus, sealhulgas alalisvoolu ja vahelduvvoolu rakendused
• Rikke režiim
• Kohaliku ja kaugseisundi oleku näit
• Kergesti vahetatavad moodulid
• See ei tohiks mõjutada süsteemi tavapäraseid funktsioone, eriti mitte-elektrisüsteemides