DC Surge Protection Devices foar PV-ynstallaasjes

Sinnepaniel PV Combiner Box DC Surge Protective Device

Om't DC Surge Protection Devices foar PV-ynstallaasjes moatte wurde ûntwurpen om folsleine bleatstelling te jaan oan it sinneljocht, binne se heul kwetsber foar de effekten fan wjerljocht. De kapasiteit fan in PV-array is direkt relatearre oan syn bleatsteld oerflak, sadat de potensjele ynfloed fan wjerljocht-barrens tanimt mei systeemgrutte. Wêr't ljochtferskynsels faak binne, kinne ûnbeskermde PV-systemen herhelle en wichtige skea lije oan kaaikomponinten. Dit resulteart yn substansjele reparaasje- en ferfangingskosten, stilstân fan it systeem en it ferlies oan ynkomsten. Juste ûntworpen, oantsjutte en ynstalleare apparaten foar oerstreamingsbeskerming (SPD's) minimalisearje de potinsjele ynfloed fan wjerljochtgebeurtenissen as brûkt yn kombinaasje mei ûntwurpen bliksembeskermingssystemen.

In wjerljochtbeskermingssysteem dat basiseleminten opnimt lykas loftklemmen, goede dúnleiders, ekwipotensjele bonding foar alle hjoeddeistige komponinten en juste grûnprinsipes biedt in luifel fan beskerming tsjin direkte stakingen. As d'r soargen binne oer wjerljochtrisiko op jo PV-side, ried ik it oan om in profesjonele elektryske yngenieur yn te hieren mei ekspertize op dit mêd om in risiko-evaluaasjestúdzje te leverjen en as nedich in ûntwerp fan beskermingssysteem.

It is wichtich om it ferskil te begripen tusken bliksembeskermingssystemen en SPD's. It doel fan in wjerljochtbeskermingssysteem is om in direkte bliksemynslach te kanalisearjen troch substansjele liedende lieders nei de ierde, wêrtroch struktueren en apparatuer besparre wurde om yn 't paad te wêzen fan dy ûntlading of direkt wurde rekke. SPD's wurde tapast op elektryske systemen om in ûntladingspaad nei ierde te leverjen om de ûnderdielen fan dy systemen te rêden fan bleatstelling oan de heechspanningstransients dy't feroarsake binne troch de direkte of yndirekte effekten fan wjerljocht- of machtstelsel anomalies. Sels mei in ekstern bliksembeskermingssysteem te plak, sûnder SPD's, kinne de effekten fan wjerljocht noch altyd grutte skea oan komponinten feroarsaakje.

Foar de doelen fan dit artikel nim ik oan dat in foarm fan bliksembeskerming te plak is en ûndersykje de soarten, funksje en foardielen fan it ekstra gebrûk fan passende SPD's. Yn kombinaasje mei in goed ûntwurpen bliksembeskermingssysteem beskermet it gebrûk fan SPD's op wichtige systeemlokaasjes wichtige ûnderdielen lykas inverters, modules, apparatuer yn kombinaasjefakken, en mjit-, kontrôle- en kommunikaasjesystemen.

It belang fan SPD's

Utsein de konsekwinsjes fan direkte wjerljochtoanfallen nei de arrays, is ferbinende krêftkabels heul gefoelich foar elektromagnetysk feroarsake transients. Transients direkt of yndirekt feroarsake troch wjerljocht, lykas transients generearre troch funksjeswikselfunksjes, bleatstelle elektryske en elektroanyske apparatuer foar heul hege oerspanningen fan heul koarte doer (tsientallen oant hûnderten mikrosekonden). Beljochting oan dizze foarbygeande spanningen kin in katastrofale komponintfout feroarsaakje dy't kin wurde opmurken troch meganyske skea en koalstof folgjen of net te fernimmen, mar dochs in apparatuer as systeemfout feroarsaakje.

Lange bleatstelling oan transients fan legere grutte fersmoarget dielektrikum en isolaasjemateriaal yn PV-systeemapparatuer oant d'r in definitive ferdieling is. Derneist kinne spanningsfergongen ferskine op mjit-, kontrôle- en kommunikaasjesirkwy. Dizze transients kinne ferkearde sinjalen as ynformaasje ferskine, wêrtroch apparatuer defekt of útskeakele is. De strategyske pleatsing fan SPD's mitigeart dizze problemen om't se fungearje as kortslutings- as klemmeapparaten.

Technyske skaaimerken fan SPD's

De meast foarkommende SPD-technology dy't wurdt brûkt yn PV-tapassingen is de metal okside varistor (MOV), dy't funksjoneart as in spannings-klemmeapparaat. Oare SPD-technologyen omfetsje de diode fan silisium lawine, kontroleare fonkgatten en gasûntladingsbuizen. De lêste twa wikselje apparaten dy't ferskine as koartsluting as koevoet. Elke technology hat syn eigen skaaimerken, wêrtroch it min ofte mear geskikt is foar in spesifike tapassing. Kombinaasjes fan dizze apparaten kinne ek wurde koördineare om mear optimale skaaimerken te leverjen as se yndividueel oanbiede. Tabel 1 listet de wichtichste SPD-typen dy't brûkt wurde yn PV-systemen en beskriuwt har algemiene bedriuwseigenskippen.

In SPD moat steat genôch gau wizigje kinne foar de koarte tiid wêryn in transient oanwêzich is en de grutte fan 'e transiente stream te ûntladen sûnder te mislearjen. It apparaat moat de spanningsfal oer it SPD-circuit ek minimalisearje om de apparatuer te beskermjen wêrmei't it is ferbûn. Uteinlik moat SPD-funksje de normale funksje fan dat circuit net bemuoie.

SPD-bedriuwseigenskippen wurde definieare troch ferskate parameters dy't elkenien dy't de seleksje foar de SPD's makket, moat begripe. Dit ûnderwerp fereasket mear details dy't hjir kinne wurde behannele, mar it folgjende binne wat parameters dy't moatte wurde beskôge: maksimale trochgeande wurkspanning, AC- of DC-tapassing, nominale ûntladingsstroom (definieare troch in grutte en golffoarm), spanningsbeskermingsnivo (de terminalspanning dy't oanwêzich is as de SPD in spesifike stream ûntladen) en tydlike oerspanning (in trochgeande oerspanning dy't kin wurde tapast foar in spesifike tiid sûnder de SPD te beskeadigjen).

SPD's dy't ferskillende komponenttechnologyen brûke, kinne yn deselde sirkels wurde pleatst. Se moatte lykwols mei soarch wurde selekteare om enerzjykoördinaasje tusken har te garandearjen. De komponentetechnology mei de hegere ûntladingswurdearring moat de grutste grutte fan 'e beskikbere transiente stream ûntliene, wylst de oare komponenttechnology de rest transiente spanning fermindert nei in legere grutte as it in mindere stream ûntlient.

De SPD moat in yntegraal selsbeskermend apparaat hawwe dat it fan 'e sirkwy ferbynt as it apparaat mislearret. Om dizze ferbining sichtber te meitsjen, litte in protte SPD's in flagge sjen dy't de ferbiningsstatus oanjout. De status fan 'e SPD oantsjutte fia in yntegraal ekstra set kontakten is in ferbettere funksje dy't in sinjaal kin leverje oan in lokaasje op ôfstân. In oar wichtich karakteristyk om te beskôgjen is oft de SPD in fingerfeilige, útnimbere module brûkt, wêrtroch in mislearre module maklik kin wurde ferfongen sûnder ark of de needsaak om it sirkwy de-energisearje te litten.

AC Surge Protection Devices foar oerwagings oer PV-ynstallaasjes

Wjerljocht flitst fan wolken nei it wjerljochtbeskermingssysteem, de PV-struktuer as in tichtby lizzende grûn feroarsaakje in pleatslike grûnpotensiaalferheging oangeande fiere grûnferwizings. Diriginten dy't dizze ôfstannen oerstekke, stelle apparatuer oan wichtige spanningen. De effekten fan grûnpotensiaal stiigingen wurde primêr ûnderfûn op it punt fan ferbining tusken in rasterbûn PV-systeem en it nut by de tsjinstyngong - it punt wêr't de lokale grûn elektrysk is ferbûn mei in fierdere referearre grûn.

Surge-beskerming moat wurde pleatst by de tsjinstyngong om de nutsside fan 'e ynverter te beskermjen tsjin skealike transients. De transients dy't op dizze lokaasje wurde sjoen binne fan hege grutte en doer en moatte dêrom wurde beheard troch surge beskerming mei passende hjoeddeistige wurdearrings mei hege ûntlading. Kontroleare fonkgatten brûkt yn koördinaasje mei MOV's binne ideaal foar dit doel. Spark gap technology kin hege wjerljochtstreamingen ûntlaste troch in lykwichtige potensjele bondingsfunksje te leverjen tidens de wjerljochtfluchtige. De koördineare MOV hat de mooglikheid om de restspanning op in akseptabel nivo te klemmen.

Neist de effekten fan opkomst fan grûnpotensiaal, kin de wjerskanten fan 'e ynverter wurde beynfloede troch wjerljocht-feroarsake en helpferwikseljende transients dy't ek ferskine by de tsjinstyngong. Om potinsjele skea fan apparatuer te minimalisearjen, moatte passende beoardielingen fan AC-streamspanning sa ticht mooglik by de wikselterminalen fan 'e ynverter tapast wurde, mei de koartste en rjochte rûte foar lieders fan genôch dwerstrochsneed gebiet. Net it ymplementearjen fan dit ûntwerpskriterium resultearret yn hegere dan needsaaklike spanningsfal yn it SPD-sirkwy by ûntlading en stelt de beskerme apparatuer bleat oan hegere transiente spanningen dan nedich.

DC Surge Protection Devices foar oerwagings oer PV-ynstallaasjes

Direkte stakingen nei tichtby lizzende grûnstruktueren (ynklusyf it wjerljochtbeskermingssysteem), en ynter- en intra-wolkflitsen dy't fan grutten fan 100 kA kinne wêze, kinne assosjeare magnetyske fjilden feroarsaakje dy't foarbygeande streamingen feroarsaakje yn PV-systeem DC-kabels. Dizze transiente spanningen ferskine by terminalen fan apparatuer en feroarsaakje isolaasje en dielektrike mislearringen fan kaaikomponinten.

SPD's pleatse op spesifike lokaasjes mildet it effekt fan dizze feroarsake en parsjele bliksemsstreamingen. De SPD wurdt parallel pleatst tusken de bekrêftige lieders en grûn. It feroaret steat fan in apparaat mei hege ympedânsje nei in apparaat mei lege ympedânsje as de oerspanning optreedt. Yn dizze konfiguraasje ûntlient de SPD de assosjeare transiente stream, minimaliseart de oerspanning dy't oars by de apparatuerterminals soe wêze. Dit parallele apparaat hat gjin ladingstream. De selekteare SPD moat spesifyk wurde ûntwurpen, beoardiele en goedkard foar tapassing op DC-spanningen. De yntegreare SPD-ferbining moat de strangere dc-bôge kinne ûnderbrekke, dy't net wurdt fûn op wapenapplikaasjes.

MOV-modules ferbine yn in Y-konfiguraasje is in algemien brûkte SPD-konfiguraasje op grutte kommersjele en PV-systemen op nutsbedriuwen dy't wurkje mei in maksimale iepen-circuit spanning fan 600 of 1,000 Vdc. Elke poat fan 'e Y befettet in MOV-module dy't ferbûn is mei elke poal en mei grûn. Yn in ungrûn systeem binne d'r twa modules tusken elke poal, en tusken sawol poal as grûn. Yn dizze konfiguraasje wurdt elke module beoardiele foar de helte fan 'e systeemspanning, dus sels as der in poal-nei-grûnfout optreedt, sille de MOV-modules har nominale wearde net mear as.

Oerwagingen oer beskerming fan net-krêftige systeemspanning

Krekt sa't apparatuer en ûnderdielen foar enerzjysysteem gefoelich binne foar de effekten fan wjerljocht, sa wurdt de apparatuer fûn yn 'e mjitting, kontrôle, ynstrumintaasje, SCADA en kommunikaasjesystemen assosjeare mei dizze ynstallaasjes. Yn dizze gefallen is it basisbegryp fan oerstreamingsbeskerming itselde as it is op krêftkrêften. Om't dizze apparatuer lykwols normaal minder tolerant is foar oerspanningsimpulsen en gefoeliger is foar ferkearde sinjalen en wurdt negatyf beynfloede troch de tafoeging fan searjes as parallele komponinten oan 'e sirkwy, moat mear soarch wurde jûn oan' e skaaimerken fan elke tafoege SPD. Spesifike SPD's wurde oproppen neffens dizze komponinten kommunisearje fia twisted pair, CAT 6 Ethernet as koaksiale RF. Derneist moatte SPD's dy't binne selekteare foar net-krêftige sirkels de transiente streamingen sûnder ûntbrekken kinne ûntlitte, om in adekwate spanningsbeskermingsnivo te leverjen en har ynterferearje mei de funksje fan it systeem - ynklusyf serieimpedânsje, line-to-line en grûnkapasitânsje en frekwinsje bandbreedte ,

Algemiene ferkearde tapassingen fan SPD's

SPD's binne in protte jierren tapast op machtskretsen. De measte hjoeddeistige krêftkrêften binne wikselstroomstelsels. As sadanich binne de measte apparatuer foar oerstreamingsbeskerming ûntworpen foar gebrûk yn wisselsystemen. De relatyf resinte yntroduksje fan grutte kommersjele en nutsfoarsjennings PV-systemen en it tanimmend oantal ynsette systemen hat spitigernôch laat ta de ferkearde tapassing op 'e DC-kant fan SPD's ûntwurpen foar wisselsystemen. Yn dizze gefallen prestearje de SPD's ferkeard, fral yn har faalmodus, fanwegen de skaaimerken fan dc PV-systemen.

MOV's leverje poerbêste skaaimerken foar tsjinjen as SPD's. As se goed wurde beoardiele en korrekt tapast, prestearje se op in kwaliteitswize foar dy funksje. Lykas alle elektryske produkten kinne se lykwols mislearje. Fout kin wurde feroarsake troch omjouwingsferwaarming, ûntladen fan streamingen dy't grutter binne dan it apparaat is ûntwurpen om te behanneljen, te folle kearen ûntladen of wurde bleatsteld oan trochgeande omspanningsomstannichheden.

Dêrom binne SPD's ûntwurpen mei in thermyske eksploiteare skeakeljende skeakel dy't se skiedt fan 'e parallele ferbining mei it enerzjy dc-circuit as dat nedich is. Sûnt wat stream streamt as de SPD yn 'e faalmodus giet, ferskynt in ljochte bôge as de skeakel foar thermyske ôfbrek wurket. Wannear't tapast op in wikselsirkwyzje, dooft de earste nuloergong fan 'e troch de generator levere stroom dy bôge, en wurdt de SPD feilich fuortsmiten fan it circuit. As deselde AC SPD wurdt tapast op 'e DC-kant fan in PV-systeem, foaral hege spanningen, is d'r gjin nulferstekking fan' e stream yn in DC-golffoarm. De normale skeakele thermyske opereare kin de bôgestream net blusse, en it apparaat mislearret.

In parallel fuseare rûnwei rûnom de MOV pleatse is ien metoade om it blussen fan 'e DC-bôge te oerwinnen. As de termyske ferbining wurket, ferskynt in bôge noch oer syn iepeningskontakten; mar dy bôgestream wurdt trochstjoerd nei in parallel paad dat in lont befettet wêr't de bôge is blust, en de lont ûnderbrekt de foutstroom.

Upstream fusearje foar de SPD, lykas kin wurde tapast op wekselsystemen, is net geskikt op dc-systemen. De kortsluting beskikbere stream om de lont te betsjinjen (lykas yn in beskerming foar oerstreaming) is miskien net genôch as de generator op fermindere krêftútfier is. As konsekwinsje hawwe guon SPD-fabrikanten dit yn behanneling nommen yn har ûntwerp. UL hat syn eardere standert oanpast troch syn oanfolling op 'e lêste oerstreamingsbeskermingsstandert - UL 1449. Dizze tredde edysje is spesifyk tapasber foar PV-systemen.

SPD Checklist

Nettsjinsteande it hege wjerljochtrisiko wêr't in soad PV-ynstallaasjes oan wurde bleatsteld, kinne se wurde beskerme troch de tapassing fan SPD's en in goed ûntwurpen bliksembeskermingssysteem. Effektive SPD-ymplemintaasje moat de folgjende oerwagings befetsje:

• Korrekte pleatsing yn it systeem
• Beëinigingeasken
• Juste aarding en bonding fan it apparatuer-grûnsysteem
• Utslachwurdearring
• Spanning-beskermingnivo
• Geskikberens foar it systeem yn kwestje, ynklusyf dc versus ac-tapassingen
• Foutmodus
• Lokale en status oantsjutting op ôfstân
• Maklik te ferfangen modules
• Normale systeemfunksje moat net wurde beynfloede, spesifyk op systemen sûnder macht