DC Surge Protection Devices fir PV Installatiounen

DC Surge Protection Devices fir PV Installatiounen PV-Combiner-Box-02

Solar Panel PV Combiner Box DC Surge Schutzapparat

Well DC Surge Protection Devices fir PV Installatiounen musse konzipéiert sinn fir voller Beliichtung vum Sonneliicht ze bidden, si si ganz vulnérabel fir d'Effekter vum Blëtz. D'Kapazitéit vun engem PV-Array ass direkt mat senger exponéierter Uewerfläch bezunn, sou datt de potenziellen Impakt vu Blëtzer mat der Systemgréisst eropgeet. Wou Beliichtungsoptriede heefeg sinn, kënnen ongeschützte PV Systemer ëmmer erëm a bedeitende Schued u Schlësselkomponente leiden. Dëst ergëtt substantiell Reparatur- an Ersatzkäschten, Systemausfall an de Verloscht u Recetten. Richteg entworf, spezifizéiert an installéiert Spannungsschutzgeräter (SPDs) miniméieren de potenziellen Impakt vu Blëtzerfäll wa se a Verbindung mat entwéckelt Blitzschutzsystemer benotzt ginn.

E Blitzschutzsystem deen elementar Elementer wéi Loftterminaler, richteg Downleeder, equipotential Bindung fir all Stroumkomponenten a richteg Buedemprinzipien integréiert, bitt e Baldachin vum Schutz géint direkt Streiken. Wann et iergendeng Suerg fir e Blitzrisiko op Ärer PV Site ass, empfeelen ech e professionnellen Elektroingenieur mat Expertise an dësem Beräich anzestellen fir eng Risikobeurteilungstudie ze bidden an e Schutzsystem Design wann néideg.

Et ass wichteg den Ënnerscheed tëscht Blitzschutzsystemer a SPDs ze verstoen. E Blitzschutzsystem ass den Zweck en direkte Blitzschlag duerch substantiell Stroumleeder op d'Äerd ze kanaliséieren, sou datt Strukturen an Ausrüstung gespuert ginn am Wee vun där Entladung oder direkt getraff ginn. SPDs ginn op elektresch Systemer ugewannt fir en Ausluede Wee op d'Äerd ze bidden fir de Komponente vun dëse Systemer ze retten vun den Héichspannungstransienten ausgesat ze sinn duerch direkt oder indirekt Auswierkunge vu Blëtz oder Stroumsystemanomalien. Och mat engem externen Blitzschutzsystem op der Plaz, ouni SPDs, kënnen d'Effekter vum Blëtz nach ëmmer grousse Schued u Komponente verursaachen.

Fir den Zweck vun dësem Artikel ginn ech dovun aus datt eng Form vu Blitzschutz op der Plaz ass an d'Typen, d'Funktioun an d'Virdeeler vun der zousätzlecher Notzung vu passenden SPDen ënnersicht. A Verbindung mat engem richteg entwéckelte Blitzschutzsystem schützt d'Benotzung vu SPDs op wichtege Systemplazen Haaptkomponente wéi Inverter, Moduler, Ausrüstung a Kombinéierboxen, a Mooss-, Kontroll- a Kommunikatiounssystemer.

D'Wichtegkeet vu SPDen

Niewent de Konsequenzen vum direkten Blitzschlag zu den Arrays, ass d'Verbindungskraaftkabel ganz empfindlech fir elektromagnetesch induzéiert Transienten. Transienten direkt oder indirekt duerch Blëtz verursaacht, souwéi Transienten déi duerch Utility-Switching Funktiounen entstinn, stellen elektresch an elektronesch Ausrüstung aussetzt fir ganz héich Iwwerspannunge vu ganz kuerzer Dauer (Zénger bis Honnerte vu Mikrosekonnen). Belaaschtung fir dës flüchteg Spannunge kann e katastrofale Komponentausfall verursaachen, dee vu mechanesche Schued a Kuelestoffverfollegung opfale kann oder unnotizéierbar ass, awer ëmmer nach en Ausrüstung oder Systemausfall verursaacht.

Laangfristeg Belaaschtung vu méi nidderegen Ëmstänn verschlechtert dielektrescht an Isoléierend Material an PV Systemausrüstung bis et eng definitiv Pann ass. Zousätzlech kënne Spannungstransienten op Mooss-, Kontroll- a Kommunikatiounskreesser erschéngen. Dës Transienten kënnen als falsch Signaler oder Informatioune schéngen, wat d'Ausrüstung futti mécht oder ausgeschalt. Déi strategesch Plazéierung vu SPDs reduzéiert dës Themen, well se als Ofkierzungs- oder Spannerapparater funktionéieren.

Technesch Charakteristike vu SPDen

Déi heefegst SPD Technologie déi an PV Uwendunge benotzt gëtt ass de Metalloxid Varistor (MOV), deen als Spannungsspannungsapparat funktionnéiert. Aner SPD Technologien enthalen d'Silizium Lawine Diode, kontrolléiert Funkenlücken, a Gasauslaafréier. Déi lescht zwee si Schaltergeräter déi als Kuerzschaltung oder Koubaren optrieden. All Technologie huet seng eege Charakteristiken, sou datt se méi oder manner gëeegent fir eng spezifesch Uwendung ass. Kombinatioune vun dësen Apparater kënnen och koordinéiert gi fir méi optimal Charakteristiken ze bidden wéi se individuell ubidden. Tabell 1 lëscht déi wichtegst SPD-Typen déi a PV Systemer benotzt ginn an detailléiert hir allgemeng Betribskarakteristiken.

Eng SPD muss fäeg sinn d'Staate séier genuch z'änneren fir déi kuerz Zäit wou en Iwwergang präsent ass an d'Gréisst vum transienten Stroum ofzeginn ouni ze versoen. Den Apparat muss och d'Spannungsfall iwwer de SPD Circuit minimiséieren fir d'Ausrüstung ze schützen mat där se ugeschloss ass. Schlussendlech soll d'SPD Funktioun net mat der normaler Funktioun vun deem Circuit stéieren.

SPD Betriebscharakteristike sinn duerch verschidde Parameter definéiert déi wien d'Auswiel fir d'SPDe mécht, muss verstoen. Dëst Thema erfuerdert méi Detailer déi hei ofgedeckt kënne ginn, awer folgend sinn e puer Parameteren déi berécksiichtegt solle ginn: maximal kontinuéierlech Betribsspannung, AC oder DC Uwendung, Nominal Entladungsstroum (definéiert duerch eng Hellegkeet a Wellenform), Spannungsschutzniveau (den Terminal Spannung déi präsent ass wann d'SPD e spezifesche Stroum ofleeft) an temporär Iwwerspannung (eng kontinuéierlech Iwwerspannung déi fir eng spezifesch Zäit kann ugewannt ginn ouni d'SPD ze beschiedegen).

SPDs mat verschiddene Komponententechnologien kënnen an déiselwecht Circuiten plazéiert ginn. Wéi och ëmmer, si musse mat Suergfalt ausgewielt ginn fir Energie Koordinatioun tëscht hinnen ze garantéieren. D'Komponententechnologie mat der héijer Ausluede Bewäertung muss déi gréisst Magnitude vum verfügbaren transiente Stroum entléisen, wärend déi aner Komponententechnologie déi verbleibend transient Spannung op eng méi niddreg Magnitude reduzéiert well se e manner Stroum entléisst.

D'SPD muss en integralen selbstschützenden Apparat hunn deen en vum Circuit trennt wann den Apparat ausgefall ass. Fir dës Trennung offensichtlech ze maachen, weisen vill SPDs e Fändel op, deen säin Trennungsstatus weist. De SPD's Status iwwer en integralen Hëllefsset vu Kontakter unzeginn ass eng verstäerkte Feature déi e Signal op e Remote Standort liwweren kann. En anere wichtege Produktcharakteristike fir ze berécksiichtegen ass ob d'SPD e Fanger-sécheren, abnehmbare Modul benotzt deen et engem ausgefallene Modul erlaabt einfach ze ersetzen ouni Tools oder de Bedierfnes de Circuit de-energesch ze maachen.

AC Surge Protection Devices fir PV Installatiounen Iwwerleeungen

De Blëtz blénkt vu Wolleken op de Blëtzschutzsystem, d'PV-Struktur oder en noerem Buedem verursaachen e lokale Buedempotential eropgoen a Bezuch op wäit Buedemreferenzen. Dirigenten déi iwwer dës Distanze spannen, stellen Ausrüstung fir bedeitend Spannungen aus. D'Effekter vum Buedempotentialer erop ginn haaptsächlech um Punkt vun der Verbindung tëscht engem Gittergebonne PV-System an dem Utility beim Service-Entrée erlieft - de Punkt wou de lokale Buedem elektresch mat engem wäitem referenzéierten Terrain verbonne gëtt.

Iwwerstëmmungsschutz soll am Serviceentrée plazéiert ginn fir d'Utilitéitsäit vum Inverter vu schiedlechen Transienten ze schützen. D'Transienten, déi op dëser Plaz gesi sinn, si vun enger héijer Magnitude an Dauer an dofir musse se vum Spannungsschutz mat entspriechend héijer Ausluede aktuell Bewäertunge geréiert ginn. Kontrolléiert Funkenlücken, déi a Koordinatioun mat MOVe benotzt ginn, sinn ideal fir dësen Zweck. Spark Spaltentechnologie kann héich Blëtzstréimungen entléisen andeems se eng equipotential Bindungsfunktioun wärend dem Blëtzflüchteg ubidden. De koordinéierte MOV huet d'Fäegkeet d'Reschtspannung op en akzeptablen Niveau ze klemmen.

Nieft den Effekter vum Buedempotentialer Opstig, kann d'AC Säit vum Inverter beaflosst ginn duerch Blëtz-induzéiert an Utility-Switching Transienten, déi och beim Service-Entrée erschéngen. Fir potenziell Ausrüstungsschued ze minimiséieren, soll de passend bewäerten AC-Iwwerwaachungsschutz esou no wéi méiglech op d'AC-Terminale vum Inverter applizéiert ginn, mat dem kierzten a riichtste Wee fir Dirigenten mat genuch Querschnittsberäich. Net dëst Designkriterium z'implementéieren, bréngt méi héich wéi noutwenneg Spannungsofleef am SPD-Circuit wärend der Entloossung an aussetzt déi geschützt Ausrüstung u méi héijer transiente Spannunge wéi néideg.

DC Surge Protection Devices fir PV Installatiounen Iwwerleeungen

Direkte Streik op no beienee Buedem Strukturen (inklusiv de Blëtzschutzsystem), an inter- an intra-Wollek-Blëtzer, déi vu Magnitude vun 100 kA kënne sinn, kënnen assoziéiert Magnéitfelder verursaachen, déi transient Stréimungen a PV-System DC Kabelen induzéieren. Dës transient Spannungen erschéngen op Ausrüstungsterminalen a verursaachen Isolatioun an dielektresch Ausfäll vu Schlësselkomponenten.

D'SPDs op spezifizéierter Plazen ze plazéieren reduzéiert den Effekt vun dësen induzéierten a partielle Blëtzstréimungen. D'SPD gëtt parallel plazeweis tëscht de belagten Dirigenten a Buedem gesat. Et ännert Zoustand vun engem Héichimpedanzapparat op e Low Impedanzapparat wann d'Iwwerspannung geschitt. An dëser Konfiguratioun entléisst d'SPD den assoziéierte flüchtege Stroum, sou datt d'Iwwerspannung miniméiert gëtt, déi soss an den Ausrüstungsterminalen präsent wier. Dëse parallelen Apparat huet keng Belaaschtungsstroum. Déi gewielte SPD muss speziell designt, bewäert ginn an approuvéiert ginn fir Uwendung op DC PV Spannungen. Den integralen SPD-Trennung muss fäeg sinn de méi strenge DC-Bou z'ënnerbriechen, deen net op AC-Uwendunge fonnt gëtt.

MOV Moduler an enger Y Konfiguratioun verbannen ass eng allgemeng benotzt SPD Konfiguratioun op grousse kommerziellen an Utilitéits-Skala PV Systemer déi mat enger maximaler Open-Circuit Spannung vun 600 oder 1,000 Vdc funktionnéieren. All Been vum Y enthält e MOV Modul verbonne mat all Pol a mam Buedem. An engem net gegrënnte System ginn et zwee Moduler tëscht all Pol, an tëscht Pol a Buedem. An dëser Konfiguratioun gëtt all Modul fir d'Halschent vun der Systemspannung bewerteg, also och wann e Pole-to-Ground Feeler optrëtt, iwwerschreiden d'MOV Moduler hire Bewäertungswäert net.

Nonpower System Surge Protection Considératiounen

Just wéi Stroumsystemausrüstung a Komponente sinn empfindlech fir d'Effekter vum Blëtz, sou gëtt d'Ausrüstung an de Mooss-, Kontroll-, Instrumenter-, SCADA- a Kommunikatiounssystemer, déi mat dësen Installatioune verbonne sinn, fonnt. An dëse Fäll ass de Basiskonzept vum Spannungsschutz d'selwecht wéi et op Stroumkreesser ass. Wéi och ëmmer, well dës Ausrüstung normalerweis manner tolerant géint Iwwerspannungsimpulser a méi ufälleg fir falsch Signaler ass a vun der Zousaz vu Serien oder parallele Komponenten zu de Circuiten negativ beaflosst gëtt, muss méi Suergfalt un d'Charakteristike vun all SPD bäigefüügt ginn. Spezifesch SPDs sinn opgeruff no ob dës Komponente kommunizéieren duerch twisted pair, CAT 6 Ethernet oder koaxial RF. Zousätzlech musse SPDs ausgewielt fir net-Kraaft Circuiten déi transient Stréimunge kënnen ausléisen ouni Feeler, fir en adäquate Spannungsschutzniveau ze bidden a sech net mat der Funktioun vum System ze stéieren - Serienimpedanz abegraff, Linn-zu-Linn a Buedemkapazitanz a Frequenzbandbreet .

Gemeinsam Feelapplikatioune vu SPDen

SPDs goufen zënter ville Joeren op Stroumkreesser applizéiert. Déi meescht zäitgenëssesch Kraaftkreesser sinn ofwiesselnd aktuell Systemer. Als sou sinn déi meescht Iwwerwaachungsschutzausrüstung fir d'Benotzung an Klimaanlagen entwéckelt. Déi relativ kierzlech Aféierung vu grousse kommerziellen an Notzschafts PV Systemer an der ëmmer méi grousser Zuel vu Systemer déi agesat goufen, huet leider zu der falscher Uwendung op der DC Säit vu SPDs gefouert fir AC Systemer gefouert. An dëse Fäll féieren d'SPDs falsch aus, besonnesch wärend hirem Ausfallsmodus, wéinst de Charakteristike vun DC PV Systemer.

MOVs bidden exzellent Charakteristiken fir als SPDen ze déngen. Wa se richteg bewäert ginn an korrekt ugewannt ginn, féieren se op eng qualitativ Manéier fir dës Funktioun aus. Wéi och ëmmer, wéi all elektresch Produkter, kënnen se ausfalen. Feeler kënnen duerch Ëmfeldheizung verursaacht ginn, Stroum entléisst déi méi grouss sinn wéi den Apparat fir ze handhaben ass, ze vill Mol ofleeden oder kontinuéierlech Iwwerspannungsbedingunge ausgesat ginn.

Dofir sinn SPDs mat engem thermesch bedriwwenen Trennerschalter entwéckelt, deen se vun der paralleler Verbindung zum energiséierte DC-Circuit trennt, wann et néideg wier. Zënter e puer Stroum fléisst duerch wann d'SPD an de Feelermodus erakënnt, erschéngt e liichte Bou wann den thermeschen Trennerschalter funktionnéiert. Wann op engem AC Circuit ugewannt gëtt, läscht déi éischt Nullkreuzung vum Generator geliwwertene Stroum dee baut, an d'SPD gëtt sécher aus dem Circuit erausgeholl. Wann déiselwecht AC SPD op der DC Säit vun engem PV System applizéiert gëtt, besonnesch héich Spannungen, gëtt et keng Nullkräizung vum Stroum an enger DC Wellenform. Den normale thermesch bedriwwe Schalter kann den Arcstroum net läschen, an den Apparat fällt aus.

E parallelle verschmolzte Bypass Circuit ronderëm de MOV ze placéieren ass eng Method fir d'Läsche vum DC Scholdebou ze iwwerwannen. Sollt den thermeschen Trennung funktionnéieren, erschéngt en Arc ëmmer nach iwwert seng Ouverturkontakter; awer dee Bousstroum gëtt op e parallele Wee weidergeleet mat enger Sëcherung wou de Bous geläscht ass, an d'Sécherung de Scholdestream ënnerbrach.

Upstream Fusioun virun der SPD, sou wéi et op AC Systemer ugewannt gëtt, ass net ubruecht op DC Systemer. De kuerze Circuit verfügbare Stroum fir d'Sécherung ze bedreiwen (wéi an engem Iwwerstroumschutzapparat) kann net genuch sinn wann de Generator bei reduzéierter Leeschtung ass. Als Konsequenz hunn e puer SPD Hiersteller dëst an hiren Design berécksiichtegt. UL huet säi fréiere Standard geännert duerch säin Zousaz zum leschte Spannungsschutznorm - UL 1449. Dës drëtt Editioun ass speziell uwendbar fir PV Systemer.

SPD Checklëschten

Trotz dem héije Blëtzrisiko, op deem vill PV Installatiounen ausgesat sinn, kënne se duerch d'Applikatioun vu SPDs an e richteg ausgebaute Blëtzschutzsystem geschützt ginn. Effektiv SPD Ëmsetzung sollt folgend Iwwerleeungen enthalen:

  • Richteg Plazéierung am System
  • Kënnegung Ufuerderunge
  • Richteg Buedem a Bindung vum Ausrüstung-Buedem System
  • Ausluede Bewäertung
  • Spannungsschutzniveau
  • Suitabilitéit fir de System a Fro, inklusiv DC versus AC Uwendungen
  • Feelermodus
  • Lokal an Remote Status Indikatioun
  • Liicht ersetzbar Module
  • Normal Systemfunktioun sollt net beaflosst ginn, speziell op Net-Power Systemer