Nuolatinės srovės apsaugos nuo viršįtampių įrenginiai, skirti naudoti PV instaliacijose

Saulės kolektoriaus „PV Combiner Box“ DC apsauga nuo viršįtampių

Kadangi nuolatinės srovės apsaugos nuo viršįtampių įtaisai, skirti įtaisyti saulės energiją, turi būti suprojektuoti taip, kad juos visiškai apšviestų saulės spinduliai, jie yra labai pažeidžiami žaibo poveikio. PV masyvo talpa yra tiesiogiai susijusi su jo veikiamo paviršiaus plotu, todėl galimas žaibo įvykių poveikis didėja priklausomai nuo sistemos dydžio. Kur dažnai vyksta apšvietimas, neapsaugotos saulės energijos sistemos gali patirti pakartotinę ir didelę žalą pagrindiniams komponentams. Tai lemia dideles remonto ir pakeitimo išlaidas, sistemos prastovą ir pajamų praradimą. Tinkamai suprojektuoti, nurodyti ir sumontuoti apsaugos nuo viršįtampių įtaisai (SPD) sumažina galimą žaibo įvykių poveikį, kai jie naudojami kartu su inžinerinėmis apsaugos nuo žaibo sistemomis.

Apsaugos nuo žaibo sistema, apimanti pagrindinius elementus, tokius kaip oro gnybtai, tinkami žemyn laidininkai, visų srovę nešančių komponentų potencialų sujungimas ir tinkami įžeminimo principai, suteikia apsaugą nuo tiesioginių smūgių. Jei jūsų PV vietoje kyla abejonių dėl žaibo rizikos, labai rekomenduoju pasamdyti profesionalų elektros inžinierių, turintį šios srities patirties, jei reikia, pateikti rizikos vertinimo studiją ir apsaugos sistemos projektą.

Svarbu suprasti skirtumą tarp apsaugos nuo žaibo ir SPD. Apsaugos nuo žaibo sistemos tikslas yra nukreipti tiesioginį žaibo smūgį per didelius srovės laidininkus į žemę, taip išsaugant konstrukcijas ir įrangą nuo to iškrovimo kelio ar tiesioginio smūgio. SPD yra taikomi elektros sistemoms, kad būtų užtikrintas išlydžio kelias į žemę, siekiant išgelbėti tų sistemų komponentus nuo aukštos įtampos pereinamojo laikotarpio, kurį sukelia tiesioginis ar netiesioginis žaibo poveikis arba elektros sistemos anomalijos. Net turint išorinę apsaugos nuo žaibo sistemą be SPD, žaibo poveikis vis tiek gali pakenkti komponentams.

Taikant šį straipsnį, darau prielaidą, kad yra tam tikra apsauga nuo žaibo, ir ištiriu papildomo tinkamų SPD tipų, funkcijų ir pranašumų naudą. Kartu su tinkamai sukonstruota apsaugos nuo žaibo sistema SPD naudojimas svarbiausiose sistemos vietose apsaugo pagrindinius komponentus, tokius kaip keitikliai, moduliai, kombinatorių dėžėse esanti įranga, matavimo, valdymo ir ryšių sistemos.

BPD svarba

Be tiesioginių žaibo smūgių į matricas padarinių, elektros laidų sujungimas yra labai jautrus elektromagnetiniu būdu sukeliamiems pereinamiesiems procesams. Pereinamieji laikotarpiai, kuriuos tiesiogiai ar netiesiogiai sukelia žaibas, taip pat pereinamieji veiksniai, atsirandantys dėl komunalinių funkcijų perjungimo funkcijų, veikia elektrinę ir elektroninę įrangą labai dideliu, labai trumpu laikotarpiu (nuo dešimčių iki šimtų mikrosekundžių), viršįtampiais. Šios laikinosios įtampos poveikis gali sukelti katastrofišką komponento gedimą, kuris gali būti pastebimas dėl mechaninių pažeidimų ir anglies sekimo arba būti nepastebimas, bet vis tiek sukelti įrangos ar sistemos gedimą.

Ilgalaikis mažesnio dydžio pereinamojo laikotarpio poveikis blogina PV sistemos įrangos dielektriką ir izoliacinę medžiagą, kol bus galutinis gedimas. Be to, įtampos pereinamieji laikotarpiai gali atsirasti matavimo, valdymo ir ryšio grandinėse. Gali atrodyti, kad šie pereinamieji veiksniai yra klaidingi signalai ar informacija, sukelianti įrangos gedimą arba išjungimą. Strateginis BPD išdėstymas sušvelnina šias problemas, nes jos veikia kaip trumpojo jungimo ar prispaudimo įtaisai.

Techninės BPD charakteristikos

Labiausiai paplitusi SPD technologija, naudojama PV programose, yra metalo oksido varistorius (MOV), kuris veikia kaip įtampos fiksavimo įtaisas. Kitos SPD technologijos apima silicio lavinos diodą, valdomus kibirkščių tarpus ir dujų išleidimo vamzdžius. Pastarieji du yra perjungimo įtaisai, kurie atrodo kaip trumpasis jungimas arba laužtuvai. Kiekviena technologija turi savo ypatybes, todėl daugiau ar mažiau tinka konkrečiai programai. Šių prietaisų derinius taip pat galima suderinti, kad būtų užtikrintos optimalesnės charakteristikos, nei jie siūlo atskirai. 1 lentelėje išvardyti pagrindiniai PV sistemose naudojami SPD tipai ir išsamiai aprašytos jų bendros veikimo charakteristikos.

SPD turi sugebėti pakankamai greitai pakeisti būsenas trumpam laikui, kai yra pereinamasis momentas, ir, be abejo, iškrauti pereinamosios srovės dydį. Įrenginys taip pat turi kuo labiau sumažinti įtampos kritimą SPD grandinėje, kad apsaugotų įrangą, prie kurios jis yra prijungtas. Galiausiai SPD funkcija neturėtų trukdyti normaliai tos grandinės funkcijai.

BPD eksploatacines charakteristikas apibrėžia keli parametrai, kuriuos turi suprasti tas, kuris pasirenka BPD. Šiai temai reikia daugiau informacijos, kurią galima apimti čia, tačiau reikėtų atsižvelgti į šiuos parametrus: didžiausia nuolatinė darbinė įtampa, kintamosios arba nuolatinės srovės įtampa, vardinė iškrovos srovė (apibrėžta pagal dydį ir bangos formą), įtampos apsaugos lygis ( terminalo įtampa, kuri yra tada, kai SPD išleidžia tam tikrą srovę) ir laikinas viršįtampis (nuolatinis viršįtampis, kurį galima naudoti tam tikrą laiką nepažeidžiant SPD).

BPD, naudojančios skirtingas komponentų technologijas, gali būti dedamos į tas pačias grandines. Tačiau jie turi būti parinkti atsargiai, kad būtų užtikrintas energijos derinimas. Komponentų technologija, turinti didesnę iškrovos normą, turi iškrauti didžiausią galimo pereinamosios srovės dydį, o kita komponentų technologija sumažina likutinę pereinamąją įtampą iki mažesnio, nes išleidžia mažesnę srovę.

SPD turi turėti integruotą savisaugos įtaisą, kuris atjungia jį nuo grandinės, jei prietaisas sugenda. Kad šis atjungimas būtų akivaizdus, ​​daugelyje SPD rodoma vėliava, nurodanti jo atjungimo būseną. SPD būsenos nurodymas per integruotą papildomą kontaktų rinkinį yra patobulinta funkcija, galinti pateikti signalą į nuotolinę vietą. Kita svarbi produkto savybė, į kurią reikia atsižvelgti, yra tai, ar SPD naudoja pirštais saugų, nuimamą modulį, leidžiantį sugedusį modulį lengvai pakeisti be įrankių, ar nereikia išjungti grandinės energijos.

Kintamosios srovės apsaugos nuo viršįtampių įtaisai, skirti naudoti PV instaliacijoms

Žaibas nuo debesų blyksteli į apsaugos nuo žaibo sistemą, PV struktūrą ar šalia esančią žemę, dėl vietinių žemės nuorodų vietinio žemės potencialo kilimo. Dirigentai, aprėpiantys šiuos atstumus, veikia didelę įtampą. Žemės potencialo kilimo poveikis pirmiausia patiriamas sujungimo tarp tinklu sujungtos PV sistemos ir naudingumo prieigos prie įėjimo taške - vietoje, kur vietinė žemė yra elektriškai prijungta prie tolimo nurodyto žemės.

Apsauga nuo viršįtampių turėtų būti įrengta prie tarnybos įėjimo, kad būtų apsaugota keitiklio naudingoji pusė nuo žalingų pereinamųjų procesų. Šioje vietoje pastebimi pereinamieji laikotarpiai yra didelio masto ir trukmės, todėl juos reikia valdyti viršįtampio apsauga, turint pakankamai didelę iškrovimo srovę. Šiam tikslui idealiai tinka valdomos kibirkščių spragos, naudojamos kartu su MOV. Kibirkščių tarpų technologija gali išlaisvinti dideles žaibo sroves, užtikrindama potencialų sujungimo funkciją trumpalaikio žaibo metu. Koordinuotas MOV turi galimybę užfiksuoti likutinę įtampą iki priimtino lygio.

Be žemės potencialo kilimo poveikio, kintamosios srovės keitiklio pusę gali paveikti žaibo ir naudingumo perjungimo pereinamieji veiksniai, kurie taip pat atsiranda prie įėjimo į tarnybą. Siekiant sumažinti galimą įrangos sugadinimą, tinkamai įvertinta kintamosios srovės apsauga nuo viršįtampių turėtų būti taikoma kuo arčiau keitiklio kintamosios srovės gnybtų, trumpiausiu ir tiesiausiu keliu laidininkams, kurių skerspjūvis yra pakankamas. Neįgyvendinus šio projektavimo kriterijaus, SPD grandinėje iškrenta daugiau nei būtina įtampa, o apsaugotai įrangai tenka didesnė pereinamoji įtampa nei būtina.

Nuolatinės srovės apsaugos nuo viršįtampių įtaisai, skirti naudoti PV instaliacijoms

Tiesioginiai smūgiai į netoliese esančias įžemintas konstrukcijas (įskaitant apsaugos nuo žaibo sistemą), o debesų ir vidaus debesys, kurių galia gali būti 100 kA, gali sukelti susijusius magnetinius laukus, kurie sukelia pereinamąsias sroves į PV sistemos nuolatinės srovės laidus. Šios trumpalaikės įtampos atsiranda įrangos gnybtuose ir sukelia pagrindinių komponentų izoliaciją ir dielektrinius gedimus.

Statant SPD nurodytose vietose, sumažėja šių sukeltų ir dalinių žaibo srovių poveikis. SPD yra lygiagrečiai tarp įjungtų laidininkų ir žemės. Kai atsiranda viršįtampis, ji pakeičia būseną iš didelės varžos į mažos varžos įtaisą. Pagal šią konfigūraciją SPD išleidžia susijusią trumpalaikę srovę, sumažindama viršįtampį, kuris kitu atveju būtų įrangos gnybtuose. Šis lygiagretus įtaisas neperduoda jokios apkrovos srovės. Pasirinktas SPD turi būti specialiai suprojektuotas, įvertintas ir patvirtintas naudoti nuolatinės srovės PV įtampoms. Integruotas SPD atjungimas turi galėti nutraukti sunkesnį nuolatinės srovės lanką, kurio nėra kintamosios srovės programose.

MOV modulių sujungimas Y konfigūracija yra dažniausiai naudojama SPD konfigūracija didelėse komercinėse ir komunalinėse PV sistemose, veikiančiose esant maksimaliai atviros grandinės įtampai 600 arba 1,000 XNUMX Vdc. Kiekvienoje Y kojoje yra MOV modulis, prijungtas prie kiekvieno poliaus ir žemės. Nepagrįstoje sistemoje yra du moduliai tarp kiekvieno stulpo ir tarp stulpo ir žemės. Šioje konfigūracijoje kiekvienas modulis yra vertinamas pusei sistemos įtampos, taigi, net jei įvyksta polio-žemės gedimas, MOV moduliai neviršija jų vardinės vertės.

Ne maitinimo sistemos apsaugos nuo viršįtampių aspektai

Kaip elektros sistemos įranga ir komponentai yra jautrūs žaibo poveikiui, taip pat ir įranga, esanti matavimo, valdymo, prietaisų, SCADA ir ryšių sistemose, susijusiose su šiais įrenginiais. Šiais atvejais pagrindinė apsaugos nuo viršįtampių samprata yra tokia pati kaip ir maitinimo grandinėse. Tačiau kadangi ši įranga yra mažiau tolerantiška viršįtampio impulsams ir yra jautresnė klaidingiems signalams ir kad ją neigiamai veikia serijų ar lygiagrečių komponentų pridėjimas prie grandinių, reikia labiau rūpintis kiekvieno pridėto SPD charakteristikomis. Konkretūs SPD reikalingi atsižvelgiant į tai, ar šie komponentai bendrauja per vytos poros, CAT 6 Ethernet ar koaksialinį RF. Be to, maitinimo grandinėms parinkti SPD turi sugebėti be sutrikimų išlaisvinti pereinamąsias sroves, užtikrinti tinkamą įtampos apsaugos lygį ir nesikišti į sistemos funkciją, įskaitant nuosekliąją varžą, linijos-linijos ir žemės talpą bei dažnio pralaidumą. .

Dažnas neteisingas BPD taikymas

BPD maitinimo grandinėms buvo naudojami daugelį metų. Dauguma šiuolaikinių maitinimo grandinių yra kintamosios srovės sistemos. Dauguma apsaugos nuo viršįtampių įrangos buvo suprojektuotos naudoti kintamosios srovės sistemose. Deja, palyginti neseniai įdiegtos didelės komercinės ir komunalinės paskirties fotosistemų sistemos ir vis daugiau diegiamų sistemų, deja, neteisingai kintamosios srovės sistemoms skirtų SPD buvo pritaikytos nuolatinės srovės pusėje. Šiais atvejais SPD veikia netinkamai, ypač jų gedimo režimu, dėl nuolatinės srovės PV sistemų savybių.

MOV pasižymi puikiomis SPD funkcijomis. Jei jie tinkamai įvertinti ir tinkamai pritaikyti, jie atlieka tą funkciją kokybiškai. Tačiau, kaip ir visi elektros gaminiai, jie gali sugesti. Gedimą gali sukelti aplinkos šildymas, iškrovos srovės, kurios yra didesnės, nei prietaisas suprojektuotas valdyti, per daug kartų iškraunamos arba nuolat veikiamos įtampos.

Todėl SPD yra suprojektuoti su termiškai valdomu atjungikliu, kuris juos atskiria nuo lygiagretaus sujungimo su įjungta nuolatinės srovės grandine, jei to reikia. Kai tam tikra srovė teka, kai SPD pereina į gedimo režimą, veikiant terminio atjungimo jungikliui atsiranda nedidelis lankas. Įjungus kintamosios srovės grandinę, pirmasis nulinis generatoriaus tiekiamos srovės kirtimas užgesina tą lanką, o SPD saugiai pašalinamas iš grandinės. Jei ta pati kintamosios srovės SPD taikoma PV sistemos nuolatinės srovės pusei, ypač aukštai įtampai, nuolatinės srovės bangos formoje srovės nulis nesikerta. Įprastas termiškai valdomas jungiklis negali užgesinti lanko srovės ir prietaisas sugenda.

Lygiagrečios sulydytos aplinkkelio grandinės uždėjimas aplink MOV yra vienas iš būdų įveikti nuolatinės srovės gedimo lanko gesinimą. Jei terminis atjungimas veiktų, per jo atidarymo kontaktus vis tiek atsiranda lankas; bet ta lanko srovė nukreipiama į lygiagretų kelią su saugikliu, kuriame užgesinamas lankas, ir saugiklis nutraukia gedimo srovę.

Lydymas prieš SPD, kuris gali būti taikomas kintamosios srovės sistemose, nėra tinkamas nuolatinės srovės sistemose. Trumpojo jungimo srovės, kad veiktų saugiklis (kaip ir apsaugos nuo viršsrovės įtaisuose), gali nepakakti, kai generatoriaus galia yra mažesnė. Todėl kai kurie SPD gamintojai į tai atsižvelgė kurdami projektą. UL pakeitė savo ankstesnį standartą papildydamas naujausią apsaugos nuo viršįtampių standartą - UL 1449. Šis trečiasis leidimas yra specialiai pritaikytas PV sistemoms.

BPD kontrolinis sąrašas

Nepaisant didelės žaibo rizikos, su kuria susiduria daugelis saulės baterijų, jas galima apsaugoti naudojant SPD ir tinkamai sukonstruotą apsaugos nuo žaibo sistemą. Veiksmingas BPD įgyvendinimas turėtų apimti šias aplinkybes:

• Teisingas išdėstymas sistemoje
• Nutraukimo reikalavimai
• Tinkamas įrangos ir žemės sistemos įžeminimas ir sujungimas
• Išleidimo reitingas
• Įtampos apsaugos lygis
• Tinkamumas atitinkamai sistemai, įskaitant nuolatinės srovės ir kintamosios srovės programas
• Gedimo režimo
• Vietinės ir nuotolinės būsenos indikacija
• Lengvai keičiami moduliai
• Normali sistemos funkcija neturėtų būti paveikta, ypač ne maitinimo sistemose