ПВ қондырғыларына арналған тұрақты токтың кернеуінен қорғаныс құрылғылары

Solar Panel PV Combiner Box DC асқын кернеу қорғаныс құрылғысы

ПВ қондырғыларына арналған тұрақты токтың кернеуінен қорғаныс құрылғылары күн сәулесінің толық әсерін қамтамасыз ететіндей етіп жасалынуы керек болғандықтан, олар найзағайдың әсеріне өте осал. PV массивінің сыйымдылығы оның ашық беткі ауданымен тікелей байланысты, сондықтан найзағай оқиғаларының ықтимал әсері жүйенің өлшеміне байланысты артады. Жарықтандыру жиі кездесетін жерлерде қорғаныссыз PV жүйелері негізгі компоненттерге бірнеше рет және елеулі зақым келтіруі мүмкін. Бұл айтарлықтай жөндеу және ауыстыру шығындарына, жүйенің тоқтап қалуына және кірістің жоғалуына әкеледі. Дұрыс жобаланған, көрсетілген және орнатылған асқыннан қорғаныс құрылғылары (SPD) найзағайдан қорғанудың инженерлік жүйелерімен бірге қолданылған кездегі найзағайлардың ықтимал әсерін азайтады.

Найзағайдан қорғау жүйесі ауа терминалдары, дұрыс түсіргіштер, барлық ток өткізгіш компоненттер үшін эквипотенциалды байланыс және жерге тұйықтау принциптері сияқты негізгі элементтерді қамтиды, олар тікелей соққылардан қорғайды. Егер сіздің PV учаскеңізде найзағайдың пайда болу қаупі бар болса, тәуекелді бағалауды және қажет болған жағдайда қорғаныс жүйесінің дизайнын қамтамасыз ету үшін осы салада тәжірибесі бар кәсіби электр инженері жалдауды ұсынамын.

Найзағайдан қорғау жүйелері мен SPD арасындағы айырмашылықты түсіну маңызды. Найзағайдан қорғаныс жүйесінің мақсаты - найзағай соққысын жерге ток өткізетін едәуір ток өткізгіштер арқылы жіберу, осылайша құрылымдар мен жабдықтарды сол разрядта болудан немесе тікелей соғудан сақтайды. Электр жүйелерінде электр жүйелерінде найзағайдың немесе қуат жүйесінің ауытқуларының тікелей немесе жанама әсерінен туындаған жоғары вольтты өтпелі процестердің әсерінен құтқару үшін жерге ағызу жолын қамтамасыз ету үшін қолданылады. Найзағайдан қорғайтын сыртқы жүйеде SPD жоқ болса да, найзағайдың әсері компоненттерге үлкен зиян келтіруі мүмкін.

Осы мақаланың мақсаты үшін мен найзағайдан қорғаудың қандай-да бір түрі бар деп ойлаймын және тиісті SPD-ді қосымша пайдаланудың түрлерін, функциясын және артықшылықтарын қарастырамын. Найзағайдан дұрыс қорғалған жүйемен бірге SPD-ді жүйенің негізгі орындарында пайдалану инверторлар, модульдер, комбайн қораптарындағы жабдықтар, өлшеу, бақылау және байланыс жүйелері сияқты негізгі компоненттерді қорғайды.

ТҚҚ маңыздылығы

Массивтерге найзағайдың тікелей түсуінен басқа, электр кабелін өзара байланыстыру электромагниттік индукцияланған өтпелі процестерге өте сезімтал. Тікелей немесе жанама түрде найзағайдың әсерінен болатын өтпелі процедуралар, сондай-ақ коммутациялық-коммутациялық функциялардың нәтижесінде пайда болатын өтпелі процестер электрлік және электронды жабдықты өте қысқа мерзімге (оннан жүздеген микросекундқа дейін) өте жоғары асқын кернеулерге ұшыратады. Осы уақытша кернеулерге әсер ету механикалық зақымдану және көміртекті бақылау кезінде байқалуы мүмкін немесе байқалмайтын, бірақ әлі де жабдықтың немесе жүйенің істен шығуына әкелетін апаттық компоненттің бұзылуына әкелуі мүмкін.

Төмен шамалы өтпелі заттардың ұзақ уақыт әсер етуі ПВ жүйесінің жабдықтарындағы диэлектрик пен оқшаулағыш материалды соңғы бұзылғанға дейін нашарлатады. Сонымен қатар, өлшеу, бақылау және байланыс тізбектерінде кернеудің өтпелі процедуралары пайда болуы мүмкін. Бұл өтпелі кезеңдер қате сигналдар немесе ақпараттар болып көрінуі мүмкін, бұл жабдықтың істен шығуына немесе жұмысын тоқтатады. SPD-ді стратегиялық орналастыру бұл мәселелерді азайтады, өйткені олар қысқа тұйықтайтын немесе қысатын құрылғылар ретінде жұмыс істейді.

SPD-нің техникалық сипаттамалары

PV қосымшаларында қолданылатын ең көп таралған SPD технологиясы - бұл электр тотығы варисторы (MOV), ол кернеуді қысатын құрылғы ретінде жұмыс істейді. SPD-дің басқа технологияларына кремнийдің қар көшкіні диоды, басқарылатын ұшқын аралықтары және газ шығаратын түтіктер жатады. Соңғы екеуі - қысқа тұйықталу немесе лом сияқты көрінетін коммутациялық құрылғылар. Әр технологияның өзіндік ерекшеліктері бар, оны белгілі бір қолдану үшін азды-көпті қолайлы етеді. Бұл құрылғылардың үйлесімділігі жеке ұсынылғаннан гөрі оңтайлы сипаттамаларды қамтамасыз ету үшін үйлестірілуі мүмкін. 1-кестеде PV жүйелерінде қолданылатын негізгі SPD түрлері келтірілген және олардың жалпы жұмыс сипаттамалары егжей-тегжейлі көрсетілген.

SPD күйлерді өтпелі уақыт болатын қысқа уақыт ішінде тез өзгерте алуы және өтпелі токтың шамасын істен шығармауы керек. Сондай-ақ, құрылғы қосылған жабдықты қорғау үшін SPD тізбегіндегі кернеудің төмендеуін азайтуы керек. Сонымен, SPD функциясы бұл тізбектің қалыпты жұмысына кедергі келтірмеуі керек.

SPD жұмыс сипаттамалары бірнеше параметрлермен анықталады, олар SPD үшін таңдау жасайтын адам түсінуі керек. Бұл тақырыпқа көбірек мәліметтерді қажет етеді, бірақ келесі параметрлерді ескеру қажет: үздіксіз жұмыс кернеуі, айнымалы немесе тұрақты токтың кернеуі, номиналды разряд тогы (шамасы мен толқын формасымен анықталады), кернеуді қорғау деңгейі ( SPD белгілі бір токты шығарған кезде болатын терминалдық кернеу) және уақытша асқын кернеу (SPD-ге зиян келтірмей белгілі бір уақытқа қолдануға болатын үздіксіз асқын кернеу).

Әр түрлі компоненттік технологияларды қолданатын ТҚҚ бір тізбекке орналастырылуы мүмкін. Дегенмен, олардың арасындағы энергетикалық үйлестіруді қамтамасыз ету үшін оларды мұқият таңдау керек. Разряд деңгейі жоғары компоненттік технология қолда бар өтпелі токтың ең үлкен шамасын шығаруы керек, ал басқа компоненттік технология аз ток шығарған кезде қалдық өтпелі кернеуді төменгі шамаға дейін төмендетеді.

SPD құрылғысы істен шыққан жағдайда оны тізбектен ажырататын интегралды өзін-өзі қорғайтын құрылғы болуы керек. Бұл ажырату көрінуі үшін көптеген SPD-де оның ажыратылу күйін көрсететін жалауша көрсетіледі. Байланыстың ажырамас қосалқы жиынтығы арқылы SPD мәртебесін көрсету - бұл қашықтағы орынға сигнал бере алатын жақсартылған функция. Өнімнің тағы бір маңызды сипаттамасы - бұл SPD жұмыс істемейтін модульді құралдарсыз оңай ауыстыруға мүмкіндік беретін саусақ қауіпсіз, алынбалы модульді қолдана ма немесе тізбекті қуатсыздандыру қажеттілігі.

ПВ қондырғыларына арналған айнымалы токтың кернеуінен қорғаныс құрылғылары

Найзағай бұлттан найзағайдан қорғаныс жүйесіне, PV құрылымына немесе жақын жерге дейін жыпылықтайды, алыстағы жер сілтемелеріне қатысты жергілікті жердің әлеуетін көтереді. Осы қашықтықты қамтитын өткізгіштер жабдықты айтарлықтай кернеулерге ұшыратады. Жердің әлеуетінің көтерілуінің әсері, ең алдымен, торға байланған PV жүйесі мен қызметтік кіреберістегі коммуникация арасындағы байланыс нүктесінде байқалады - жергілікті жер алыстағы сілтеме жасайтын жерге электрмен қосылатын жерде.

Қызмет көрсететін кіреберісте инвертордың пайдалы жағын өтпелі процедуралардан қорғау үшін асқын қорғаныс орнатылуы керек. Бұл жерде көрінетін өтпелі процедуралар үлкен шамада және ұзақтықта болады, сондықтан оларды жоғары разрядты ток деңгейіне сәйкес жоғары кернеуден қорғау керек. MOV-мен келісу кезінде қолданылатын басқарылатын ұшқын саңылаулары осы мақсат үшін өте қолайлы. Ұшқынның аралығы технологиясы найзағайдың өтпелі кезеңінде эквипотенциалды байланыс функциясын қамтамасыз ете отырып, найзағайдың жоғары токтарын шығара алады. Келісілген MOV қалдық кернеуін қолайлы деңгейге дейін қысу мүмкіндігіне ие.

Жерге айналу потенциалының көтерілуінің әсерінен басқа, инвертордың айнымалы жағына қызметтің кіреберісінде пайда болатын найзағай тудыратын және утилитаны ауыстыратын өтпелер әсер етуі мүмкін. Жабдықтың ықтимал зақымдануын азайту үшін, сәйкесінше номиналды кернеудің кернеуінен қорғауды инвертордың айнымалы қысқыштарына мүмкіндігінше жақындату керек, көлденең қимасының ауданы жеткілікті өткізгіштер үшін ең қысқа және түзу жол. Осы жобалау критерийін қолданбау разряд кезінде SPD тізбегіндегі кернеудің қажеттіліктен жоғары төмендеуіне әкеліп соғады және қорғалатын жабдықты қажеттіліктен жоғары өтпелі кернеулерге ұшыратады.

ПВ қондырғыларына арналған тұрақты токтың кернеуінен қорғаныс құрылғылары

Жақын жердегі құрылымдарға (найзағайдан қорғаныс жүйесін қоса) тікелей соққылар және 100 кА шамасында болуы мүмкін ішкі және бұлт ішіндегі жыпылықтаулар байланысты жүйенің тұрақты ток кабеліне өтпелі ағымдарды тудыратын байланысты магнит өрістерін тудыруы мүмкін. Бұл өтпелі кернеулер жабдықтың терминалдарында пайда болады және оқшаулау мен негізгі компоненттердің диэлектрлік ақауларын тудырады.

SPD-ді белгіленген жерлерде орналастыру осы индуцирленген және ішінара найзағай ағындарының әсерін азайтады. SPD қуатталған өткізгіштер мен жердің арасында параллель орналастырылған. Ол асқын кернеу пайда болған кезде күйін жоғары кедергісі бар құрылғыдан аз кедергісі бар құрылғыға өзгертеді. Бұл конфигурацияда SPD жабдықтың терминалдарында болатын кернеуді азайтып, байланысты өтпелі токты шығарады. Бұл параллель құрылғы жүктеме тогын өткізбейді. Таңдалған SPD тұрақты жобалануы, номинациясы және тұрақты кернеуде қолдануға рұқсат етілуі керек. Ажыратымды ажыратқыштың ажыратқышы қосымшаларда кездеспейтін тұрақты ток доғасын тоқтатуы керек.

Y конфигурациясында MOV модульдерін қосу - бұл максималды 600 немесе 1,000 Vdc ашық тізбектегі кернеуде жұмыс істейтін ірі коммерциялық және утилиталық PV жүйелерінде жиі қолданылатын SPD конфигурациясы. Y-нің әр аяғында әр полюске және жерге қосылған MOV модулі бар. Жерге қосылмаған жүйеде әр полюстің арасында, полюстің және жердің арасында екі модуль болады. Бұл конфигурацияда әрбір модуль жүйенің кернеуінің жартысына есептеледі, сондықтан полюстен жерге ақаулық орын алған жағдайда да, MOV модульдері есептік мәнінен аспайды.

Қуатсыз жүйенің кернеуінен қорғаныс мәселелері

Найзағайдың әсер етуіне электр жүйесінің жабдықтары мен компоненттері қалай әсер етсе, жабдықтар да сол қондырғылармен байланысты өлшеу, бақылау, бақылау аспаптары, SCADA және байланыс жүйелерінде кездеседі. Бұл жағдайларда кернеуді қорғаудың негізгі тұжырымдамасы электр тізбектеріндегідей болады. Алайда, әдетте, бұл жабдық шамадан тыс кернеу импульстарына төзімсіз және қате сигналдарға сезімтал және тізбектерге тізбекті немесе параллель компоненттерді қосқанда кері әсер етуі мүмкін болғандықтан, әрбір қосылған ТҚ сипаттамаларына аса мұқият болу керек. Бұл компоненттер бұралған жұп, CAT 6 Ethernet немесе коаксиалды RF арқылы байланысатындығына байланысты арнайы SPD шақырылады. Сонымен қатар, қуатты емес тізбектер үшін таңдалған электр қуаты өтпелі токтарды істен шығармай, кернеудің жеткілікті қорғаныс деңгейін қамтамасыз етуі және жүйенің жұмысына кедергі келтірмеуі керек, соның ішінде сериялық кедергілер, сызықтар мен жердегі сыйымдылық және жиіліктің өткізу қабілеттілігі. .

SPD-дің жиі қолданылуы

SPD көптеген жылдар бойы электр тізбектеріне қолданылған. Қазіргі қуат тізбектерінің көпшілігі айнымалы ток жүйелері болып табылады. Осылайша, кернеуді қорғауға арналған көптеген жабдықтар айнымалы ток жүйелерінде қолдануға арналған. Ірі коммерциялық және утилиталық PV жүйелерінің салыстырмалы түрде жақында енгізілуі және орналастырылған жүйелер санының артуы, өкінішке орай, айнымалы ток жүйелеріне арналған SPD дискілерінің тұрақты қолданылуына әкеліп соқтырды. Бұл жағдайларда ТҚҚ тұрақты емес PV жүйелерінің сипаттамаларына байланысты, әсіресе олардың істен шығу режимінде дұрыс жұмыс жасамайды.

MOV-лар SPD ретінде қызмет ету үшін керемет сипаттамалар ұсынады. Егер олар дұрыс бағаланса және дұрыс қолданылса, олар сол функция үшін сапалы түрде орындайды. Алайда, барлық электрлік өнімдер сияқты, олар істен шығуы мүмкін. Ақаулар қоршаған ортаның қызуы, құрылғы өңдеуге арналған токтардан үлкен токтар, тым көп разрядтар немесе кернеудің үздіксіз жағдайларында болуы мүмкін.

Сондықтан, SPD термиялық басқарылатын ажыратқышпен жасалған, оларды қажет болған жағдайда кернеу қосылатын тұрақты ток тізбегіне параллель қосудан ажыратады. SPD істен шығу режиміне өткен кезде кейбір ток өтетін болғандықтан, жылу ажыратқыш қосқышы жұмыс істеген кезде шамалы доға пайда болады. Айнымалы ток тізбегіне қолданған кезде генератормен қамтамасыз етілген токтың алғашқы нөлдік қиылысы сол доғаны сөндіреді және SPD тізбектен қауіпсіз түрде алынады. Егер бірдей AC SPD PV жүйесінің тұрақты жағына, әсіресе жоғары кернеулерге қолданылса, тұрақты токтың толқын түрінде токтың нөлдік қиылысы болмайды. Қалыпты термиялық қосқыш доға тогын сөндіре алмайды, ал құрылғы істен шығады.

MOV айналасында параллель балқытылған айналма тізбекті орналастыру тұрақты ток доғасының сөнуін жеңудің бір әдісі болып табылады. Термиялық ажырату жұмыс істеген жағдайда, доғасы оның ашылатын контактілерінде пайда болады; бірақ сол доғалық ток доғасы сөнетін сақтандырғышты қамтитын параллель жолға бағытталады, ал сақтандырғыш ақаулық тогын тоқтатады.

Айнымалы ток жүйелерінде қолданылуы мүмкін SPD-дің алдыңғы ағыны, тұрақты ток жүйелеріне сәйкес келмейді. Сақтандырғышты жұмыс істеуге арналған қысқа тұйықталу тогы (шамадан тыс ток қорғаныс құрылғысындағыдай) генератордың қуаты аз болған кезде жеткіліксіз болуы мүмкін. Нәтижесінде кейбір SPD өндірушілері мұны өз дизайнында ескерген. UL өзінің бұрынғы стандарттарын UL 1449 ең жоғары толқудан қорғау стандартына толықтырумен өзгертті. Бұл үшінші басылым PV жүйелеріне қатысты.

SPD тексеру тізімі

Көптеген PV қондырғыларына ұшырайтын найзағайдың жоғары қаупіне қарамастан, олар SPD-ді қолдану арқылы және дұрыс жобаланған найзағайдан қорғау жүйесімен қорғалуы мүмкін. SPD-ті тиімді іске асыру келесі мәселелерді қамтуы керек:

• Жүйеге дұрыс орналастыру
• Тоқтатуға қойылатын талаптар
• Жабдық-жерге тұйықтау жүйесін дұрыс жерге қосу және байланыстыру
• Шығарылу деңгейі
• Кернеуді қорғау деңгейі
• Қарастырылып отырған жүйеге, оның ішінде қосымшаларға қарсы және тұрақты қосымшаларға жарамдылығы
• Сәтсіздік режимі
• Жергілікті және қашықтағы күйді көрсету
• Оңай ауыстырылатын модульдер
• Жүйенің қалыпты жұмысына, әсіресе қуатсыз жүйелерге әсер етпеуі керек