دستگاه های حفاظت از ولتاژ DC برای تاسیسات PV

پنل خورشیدی PV Combiner Box دستگاه محافظ DC Surge

از آنجا که دستگاه های حفاظت از ولتاژ DC برای تاسیسات PV باید به گونه ای طراحی شوند که بتوانند در معرض نور کامل خورشید قرار بگیرند ، بنابراین در برابر اثرات صاعقه بسیار آسیب پذیر هستند. ظرفیت یک آرایه PV مستقیماً با سطح در معرض آن ارتباط دارد ، بنابراین تأثیر بالقوه حوادث رعد و برق با اندازه سیستم افزایش می یابد. در مواردی که وقایع روشنایی مکرر است ، سیستم های محافظت نشده PV می توانند به اجزای اصلی آسیب مکرر و قابل توجهی وارد کنند. این امر منجر به هزینه های قابل توجه تعمیر و تعویض ، خرابی سیستم و از دست دادن درآمد می شود. دستگاه های محافظت در برابر فشار (SPD) که به طور صحیح طراحی ، مشخص و نصب شده باشند ، در صورت استفاده در کنار سیستم های حفاظت از صاعقه مهندسی شده ، تأثیر احتمالی حوادث رعد و برق را به حداقل می رسانند.

یک سیستم حفاظت از صاعقه که شامل عناصر اساسی مانند پایانه های هوا ، هادی های پایین به پایین ، اتصال قدرت برای کلیه اجزای حامل جریان و اصول مناسب زمین ، سایبان محافظ در برابر ضربات مستقیم را فراهم می کند. در صورت وجود هرگونه خطر صاعقه در سایت PV شما ، من بسیار توصیه می کنم یک مهندس برق حرفه ای با تخصص در این زمینه استخدام کنید تا در صورت لزوم یک مطالعه ارزیابی ریسک و طراحی سیستم حفاظت را ارائه دهد.

درک تفاوت بین سیستم های محافظت در برابر صاعقه و SPD مهم است. هدف سیستم حفاظت از صاعقه این است که مستقیماً از طریق هادی های قابل حمل جریان به زمین ، مستقیماً صاعقه وارد کند ، بنابراین ساختارها و تجهیزات از قرار گرفتن در مسیر تخلیه یا برخورد مستقیم نجات می یابد. SPD ها به سیستم های الکتریکی اعمال می شوند تا مسیر تخلیه به زمین را فراهم کنند تا اجزای آن سیستم از قرار گرفتن در معرض گذرگاه های ولتاژ بالا ناشی از اثرات مستقیم یا غیرمستقیم ناهنجاری های صاعقه یا سیستم قدرت جلوگیری کنند. حتی با وجود یک سیستم محافظت از صاعقه خارجی ، بدون SPD ، اثرات صاعقه هنوز هم می تواند صدمات اساسی به اجزا وارد کند.

برای اهداف این مقاله ، من فرض می کنم که نوعی محافظت در برابر صاعقه وجود دارد و انواع ، عملکرد و مزایای استفاده اضافی از SPD های مناسب را بررسی می کنم. همراه با سیستم حفاظت از صاعقه که به درستی مهندسی شده است ، استفاده از SPD در مکان های کلیدی سیستم از اجزای اصلی مانند اینورترها ، ماژول ها ، تجهیزات موجود در جعبه های ترکیب کننده و سیستم های اندازه گیری ، کنترل و ارتباطات محافظت می کند.

اهمیت SPD ها

گذشته از عواقب برخورد مستقیم صاعقه به آرایه ها ، کابل کشی اتصال متقابل نسبت به گذراهای الکترومغناطیسی بسیار حساس است. گذرا به طور مستقیم یا غیرمستقیم ناشی از رعد و برق و همچنین گذرا ایجاد شده توسط عملکردهای سوئیچینگ ابزار ، تجهیزات الکتریکی و الکترونیکی را در معرض ولتاژهای بسیار زیاد با مدت زمان بسیار کوتاه (ده ها تا صدها میکروثانیه) قرار می دهد. قرار گرفتن در معرض این ولتاژهای گذرا ممکن است باعث خرابی م componentلفه ای فاجعه بار شود که ممکن است در اثر آسیب مکانیکی و ردیابی کربن قابل توجه باشد یا غیرقابل توجه باشد اما همچنان باعث خرابی تجهیزات یا سیستم شود.

قرار گرفتن در معرض طولانی مدت در گذرگاه های با شدت کمتر باعث خراب شدن دی الکتریک و مواد عایق در تجهیزات سیستم PV می شود تا خرابی نهایی. علاوه بر این ، ممکن است گذرا ولتاژ در مدارهای اندازه گیری ، کنترل و ارتباطات ظاهر شود. به نظر می رسد این گذراها سیگنال ها یا اطلاعات غلطی هستند که باعث سو equipment عملکرد دستگاه یا خاموش شدن آن می شوند. جایگذاری استراتژیک SPD این مسائل را کاهش می دهد زیرا آنها به عنوان دستگاه های اتصال دهنده یا اتصال دهنده عمل می کنند.

مشخصات فنی SPD ها

متداول ترین فناوری SPD که در کاربردهای PV استفاده می شود واریستور اکسید فلز (MOV) است که به عنوان دستگاه بستن ولتاژ عمل می کند. از دیگر فن آوری های SPD می توان به دیود بهمن سیلیکون ، شکاف های کنترل شده جرقه و لوله های تخلیه گاز اشاره کرد. دو مورد اخیر دستگاههای سوئیچینگ هستند که به صورت مدار کوتاه یا مروارید ظاهر می شوند. هر فناوری ویژگی های خاص خود را دارد و باعث می شود کم و بیش برای یک کاربرد خاص مناسب باشد. ترکیبی از این دستگاه ها همچنین می توانند برای فراهم کردن خصوصیات بهینه تر از آنچه به صورت جداگانه ارائه می دهند ، هماهنگ شوند. جدول 1 انواع عمده SPD مورد استفاده در سیستم های PV را فهرست می کند و مشخصات عمومی عملکرد آنها را به تفصیل بیان می کند.

SPD باید بتواند برای مدت کوتاهی که یک گذرا وجود دارد به سرعت تغییر حالت دهد و مقدار جریان گذرا را بدون خرابی تخلیه کند. همچنین دستگاه باید ولتاژ افتاده را روی مدار SPD به حداقل برساند تا از تجهیزات متصل به آن محافظت کند. سرانجام ، عملکرد SPD نباید در عملکرد طبیعی آن مدار اختلال ایجاد کند.

خصوصیات عملیاتی SPD با پارامترهای مختلفی تعریف می شود که هر کسی که برای SPD انتخاب می کند باید درک کند. این موضوع به جزئیات بیشتری نیاز دارد که می تواند در اینجا مورد بررسی قرار گیرد ، اما موارد زیر چند پارامتر است که باید در نظر گرفته شود: حداکثر ولتاژ عملیاتی مداوم ، کاربرد ac یا dc ، جریان اسمی تخلیه (تعریف شده توسط اندازه و شکل موج) ، سطح حفاظت ولتاژ ولتاژ ترمینال که وقتی SPD در حال تخلیه یک جریان خاص است وجود دارد) و اضافه ولتاژ موقتی (یک ولتاژ مستمر که می تواند برای مدت زمان خاصی اعمال شود و به SPD آسیب نرسد).

SPD ها با استفاده از فناوری های مختلف م componentلفه ها را می توان در همان مدارها قرار داد. با این حال ، آنها باید با دقت انتخاب شوند تا از هماهنگی انرژی بین آنها اطمینان حاصل شود. فناوری م componentلفه با درجه تخلیه بالاتر باید بیشترین مقدار جریان گذرا موجود را تخلیه کند در حالی که فناوری م componentلفه دیگر ولتاژ گذرا باقیمانده را به دلیل تخلیه جریان کمتر ، به مقدار کمتری کاهش می دهد.

SPD باید دارای یک دستگاه محافظت از خود باشد که در صورت خرابی دستگاه ، آن را از مدار جدا کند. برای آشکار کردن این قطع ارتباط ، بسیاری از SPD ها پرچمی را نشان می دهند که نشان دهنده وضعیت قطع آن است. نشان دادن وضعیت SPD از طریق یک مجموعه کمکی انتگرال از ویژگی های پیشرفته ای است که می تواند سیگنال را به یک مکان از راه دور ارائه دهد. یکی دیگر از ویژگیهای مهم محصول که باید مورد توجه قرار گیرد این است که آیا SPD از ماژول قابل جابجایی با انگشت استفاده می کند که به شما اجازه می دهد ماژول خراب را به راحتی و بدون ابزار و یا نیاز به برق از مدار عوض کنید.

ملاحظات دستگاههای حفاظت از ولتاژ متناوب برای تأسیسات PV

برق از ابرها به سمت سیستم محافظت در برابر صاعقه ، ساختار PV یا یک زمین نزدیک می رود که باعث افزایش پتانسیل زمینی محلی با توجه به منابع زمینی دور می شود. هادی هایی که در این فواصل قرار دارند ، تجهیزات را در معرض ولتاژ قابل توجهی قرار می دهند. اثرات افزایش پتانسیل زمین در درجه اول در نقطه اتصال بین سیستم PV متصل به شبکه و آب و برق در ورودی سرویس - نقطه ای که زمین محلی از طریق برق به یک زمین مرجع دوردست متصل است ، تجربه می شود.

حفاظت از ولتاژ باید در ورودی سرویس قرار گیرد تا قسمت مفید اینورتر از آسیب رساندن به گذرگاه محافظت شود. گذراهایی که در این مکان دیده می شوند دارای اندازه و مدت زمان زیادی هستند و بنابراین باید توسط حفاظت از ولتاژ با درجه بندی جریان مناسب با دبی بالا مدیریت شوند. شکاف های جرقه ای کنترل شده که با هماهنگی MOV استفاده می شوند برای این منظور ایده آل هستند. فناوری شکاف جرقه ای می تواند جریانهای رعد و برق زیادی را با ارائه عملکرد پیوند بالقوه در حین گذر رعد و برق تخلیه کند. MOV هماهنگ توانایی بستن ولتاژ باقیمانده را تا حد قابل قبولی دارد.

علاوه بر اثرات افزایش پتانسیل زمین ، سمت AC اینورتر ممکن است تحت تأثیر گذرهای ناشی از رعد و برق و سوئیچینگ ابزار باشد که در ورودی سرویس نیز ظاهر می شوند. برای به حداقل رساندن آسیب احتمالی تجهیزات ، باید تا حد امکان به ترمینال های متناوب اینورتر ، با کوتاهترین و مستقیم ترین مسیر برای رساننده های سطح مقطع کافی ، از حفاظت در برابر فشار متناوب AC استفاده کرد. عدم اجرای این معیار طراحی منجر به افت ولتاژ بالاتر از حد ضروری در مدار SPD در هنگام تخلیه می شود و تجهیزات محافظت شده را در معرض ولتاژهای گذرای بالاتر از حد لازم قرار می دهد.

ملاحظات دستگاههای حفاظت از ولتاژ DC برای تأسیسات PV

حملات مستقیم به سازه های زمینی مجاور (از جمله سیستم محافظت در برابر صاعقه) ، و فلاش های بین ابر و درون ابر که ممکن است به اندازه 100 کیلو آمپر باشند می توانند باعث ایجاد میدان های مغناطیسی مرتبط شوند که جریان های گذرا را به کابل کشی سیستم PV منتقل می کنند. این ولتاژهای گذرا در ترمینال های تجهیزات ظاهر می شوند و باعث عایق بندی و خرابی دی الکتریک اجزای اصلی می شوند.

قرار دادن SPD ها در مکان های مشخص ، تأثیر این جریان های صاعقه ای ناشی و جزئی را کاهش می دهد. SPD به طور موازی بین هادی های انرژی و زمین قرار می گیرد. این حالت از یک دستگاه با امپدانس بالا به یک دستگاه با امپدانس پایین با تغییر ولتاژ تغییر حالت می دهد. در این پیکربندی ، SPD جریان گذرا مرتبط را تخلیه می کند ، ولتاژ اضافی را که در غیر این صورت در پایانه های تجهیزات وجود دارد ، به حداقل می رساند. این دستگاه موازی هیچ بار بار را حمل نمی کند. SPD انتخاب شده باید بطور خاص برای ولتاژ dc PV طراحی ، رتبه بندی و تأیید شود. قطع یکپارچه SPD باید بتواند قوس شدیدتر DC را قطع کند ، که در برنامه های AC یافت نمی شود.

اتصال ماژول های MOV در یک پیکربندی Y یک پیکربندی SPD معمولاً مورد استفاده در سیستم های PV بزرگ در مقیاس تجاری و سودمند است که در حداکثر ولتاژ مدار باز 600 یا 1,000 Vdc کار می کنند. هر پایه Y شامل یک ماژول MOV است که به هر قطب و به زمین متصل است. در یک سیستم بدون زمین ، دو ماژول بین هر قطب ، و بین هر دو قطب و زمین وجود دارد. در این پیکربندی ، هر ماژول برای نیمی از ولتاژ سیستم درجه بندی می شود ، بنابراین حتی اگر خطای قطب به زمین رخ دهد ، ماژول های MOV از مقدار نامی خود فراتر نمی روند.

ملاحظات محافظت در برابر فشار سیستم غیر نیرو

همانطور که تجهیزات و اجزای سیستم قدرت در معرض اثرات رعد و برق هستند ، تجهیزات موجود در سیستم های اندازه گیری ، کنترل ، ابزار دقیق ، SCADA و ارتباطات مرتبط با این تاسیسات نیز هستند. در این موارد ، مفهوم اساسی حفاظت از ولتاژ همان است که در مدارهای قدرت وجود دارد. با این حال ، از آنجا که این تجهیزات معمولاً در برابر فشارهای ولتاژ تحمل کمتری دارند و نسبت به سیگنال های اشتباه حساس هستند و تحت تأثیر افزودن سری یا اجزای موازی به مدارها تأثیر منفی دارند ، بنابراین باید به مشخصات هر SPD اضافه شده دقت بیشتری شود. SPD های خاص با توجه به اینکه آیا این اجزا از طریق جفت پیچ خورده ، CAT 6 اترنت یا RF کواکسیال ارتباط برقرار می کنند ، فراخوانی می شود. علاوه بر این ، SPD هایی که برای مدارهای غیر نیرو انتخاب می شوند باید بتوانند جریان های گذرا را بدون خرابی تخلیه کنند ، تا سطح محافظت ولتاژ کافی را فراهم کنند و از تداخل در عملکرد سیستم خودداری کنند - از جمله امپدانس سری ، ظرفیت خط به خط و زمین و پهنای باند فرکانس .

سو Common استفاده های رایج از SPD ها

SPD سالهاست که در مدارهای برق اعمال می شود. بیشتر مدارهای تغذیه معاصر سیستم های متناوب هستند. به همین ترتیب ، بیشتر تجهیزات حفاظت از ولتاژ برای استفاده در سیستم های ac طراحی شده اند. معرفی نسبتاً اخیر سیستمهای PV بزرگ در مقیاس تجاری و سودمند و افزایش تعداد سیستمهای مستقر شده ، متأسفانه منجر به استفاده نادرست از سمت dc از SPD های طراحی شده برای سیستمهای ac شده است. در این موارد ، SPD ها به دلیل ویژگی سیستم های PV dc ، بخصوص در حالت خرابی عملکرد نامناسبی دارند.

MOV ها ویژگی های بسیار خوبی را برای خدمت به عنوان SPD فراهم می کنند. اگر به درستی رتبه بندی شوند و به درستی اعمال شوند ، برای آن عملکرد به روشی با کیفیت عمل می کنند. با این حال ، مانند همه محصولات الکتریکی ، ممکن است خراب شوند. خرابی می تواند به دلیل گرم شدن محیط ، جریان تخلیه بیش از اندازه دستگاه طراحی شده برای کنترل ، تخلیه بیش از حد بیش از حد یا قرار گرفتن در معرض ولتاژ بیش از حد مداوم باشد.

بنابراین ، SPD ها با یک کلید قطع کننده حرارتی طراحی می شوند که در صورت لزوم آنها را از اتصال موازی به مدار dc انرژی جدا می کند. از آنجا که با ورود SPD به حالت خرابی مقداری جریان از آن عبور می کند ، هنگام کار با سوئیچ قطع حرارتی ، قوس کمی ظاهر می شود. هنگامی که بر روی مدار متناوب اعمال می شود ، اولین عبور صفر جریان تولیدی از ژنراتور آن قوس را خاموش می کند و SPD با خیال راحت از مدار خارج می شود. اگر همان SPD ac به سمت dc سیستم PV بخصوص ولتاژهای بالا اعمال شود ، در شکل موج dc عبور صفر جریان وجود ندارد. کلید عادی حرارتی نمی تواند جریان قوس را خاموش کند و دستگاه خراب می شود.

قرار دادن یک مدار بای پس ذوب شده موازی در اطراف MOV یک روش برای غلبه بر خاموش شدن قوس گسل dc است. در صورت قطع اتصال حرارتی ، هنوز یک قوس در سرتاسر تماس های بازشده ظاهر می شود. اما آن جریان قوس به یک مسیر موازی حاوی فیوز که در آن قوس خاموش است هدایت می شود و فیوز جریان گسل را قطع می کند.

همجوشی بالادست جلوتر از SPD ، همانطور که ممکن است در سیستمهای ac اعمال شود ، در سیستمهای dc مناسب نیست جریان موجود در اتصال کوتاه برای کارکرد فیوز (مانند دستگاه حفاظت از جریان اضافی) ممکن است در زمانی که ژنراتور در کاهش توان خروجی قرار دارد کافی نباشد. به عنوان یک نتیجه ، برخی از تولید کنندگان SPD این را در طراحی خود در نظر گرفته اند. UL استاندارد قبلی خود را با الحاق خود به آخرین استاندارد حفاظت در برابر موج - UL 1449 تغییر داده است. این نسخه سوم به طور خاص برای سیستم های PV قابل استفاده است.

چک لیست SPD

علی رغم خطر بالای صاعقه که بسیاری از تاسیسات PV در معرض آن هستند ، می توان با استفاده از SPD ها و سیستم محافظ صاعقه که به درستی مهندسی شده است ، از آنها محافظت کرد. اجرای م SPثر SPD باید شامل موارد زیر باشد:

• قرار دادن صحیح در سیستم
• شرایط خاتمه
• اتصال مناسب و اتصال سیستم زمین و تجهیزات
• رتبه بندی تخلیه
• سطح حفاظت ولتاژ
• مناسب بودن سیستم مورد نظر ، از جمله برنامه های کاربردی dc در مقابل ac
• حالت عدم موفقیت
• نشانگر وضعیت محلی و از راه دور
• ماژول های قابل تعویض
• عملکرد طبیعی سیستم ، بخصوص در سیستمهای غیر نیروگاه ، نباید تحت تأثیر قرار گیرد