Līdzstrāvas pārsprieguma aizsardzības ierīces PV instalācijām

Saules paneļa PV Combiner Box DC pārsprieguma aizsardzības ierīce

Tā kā līdzstrāvas pārsprieguma aizsardzības ierīces PV instalācijām jāprojektē tā, lai nodrošinātu pilnīgu saules gaismas iedarbību, tās ir ļoti pakļautas zibens iedarbībai. PV masīva jauda ir tieši saistīta ar tā atklātās virsmas laukumu, tāpēc zibens notikumu iespējamā ietekme palielinās līdz ar sistēmas lielumu. Ja apgaismojums notiek bieži, neaizsargātas fotosistēmas var atkārtoti un būtiski sabojāt galvenos komponentus. Tas rada ievērojamas remonta un nomaiņas izmaksas, sistēmas dīkstāvi un ieņēmumu zaudēšanu. Pareizi izstrādātas, norādītas un uzstādītas pārsprieguma aizsardzības ierīces (SPD) samazina zibens notikumu iespējamo ietekmi, ja tās lieto kopā ar inženierijas zibensaizsardzības sistēmām.

Zibensaizsardzības sistēma, kas ietver tādus pamatelementus kā gaisa spailes, pienācīgi leju vadītāji, visu strāvu vadošo komponentu ekvipotenciālais savienojums un pareizi iezemēšanas principi, nodrošina aizsardzību pret tiešiem triecieniem. Ja jūsu PV vietā ir bažas par zibens risku, es ļoti iesaku algot profesionālu elektroinženieri, kam ir pieredze šajā jomā, lai vajadzības gadījumā sniegtu riska novērtēšanas pētījumu un aizsardzības sistēmas konstrukciju.

Ir svarīgi saprast atšķirību starp zibensaizsardzības sistēmām un SPD. Zibensaizsardzības sistēmas mērķis ir novirzīt tiešu zibens spērienu caur ievērojamiem strāvu vadošiem vadītājiem uz zemi, tādējādi ietaupot konstrukcijas un aprīkojumu no nokļūšanas šīs izlādes ceļā vai tieša trieciena. SPD tiek piemēroti elektriskajām sistēmām, lai nodrošinātu izlādes ceļu uz zemi, lai glābtu šo sistēmu komponentus no augstsprieguma pārejas iedarbības, ko izraisa zibens tieša vai netieša ietekme vai energosistēmas anomālijas. Pat ja ir izveidota ārējā zibensaizsardzības sistēma, bez SPD, zibens ietekme joprojām var nodarīt būtisku kaitējumu komponentiem.

Šī raksta vajadzībām es pieņemu, ka ir izveidota zibensaizsardzības forma, un pārbaudu atbilstošu SPD papildu izmantošanas veidus, funkcijas un priekšrocības. Kopā ar pareizi izstrādātu zibensaizsardzības sistēmu SPD izmantošana galvenajās sistēmas vietās aizsargā galvenos komponentus, piemēram, invertorus, moduļus, aprīkojumu kombinatoru kastēs, kā arī mērīšanas, vadības un sakaru sistēmas.

SPD nozīme

Papildus tiešo zibens spērienu sekām, elektrības kabeļu savienošana ir ļoti jutīga pret elektromagnētiski izraisītiem pārejas gadījumiem. Pārejas periodi, ko tieši vai netieši izraisa zibens, kā arī pārejas, ko rada komutācijas pārslēgšanas funkcijas, pakļauj elektrisko un elektronisko aprīkojumu ļoti lielam, ļoti īsam (desmitiem līdz simtiem mikrosekundes) pārspriegumiem. Šo īslaicīgo spriegumu iedarbība var izraisīt katastrofālu komponentu bojājumu, kas var būt pamanāms ar mehāniskiem bojājumiem un oglekļa izsekošanu vai būt nepamanāms, bet tomēr izraisīt iekārtas vai sistēmas bojājumus.

Ilgstoša zemākas pakāpes pārejas iedarbība pasliktina dielektrisko un izolācijas materiālu PV sistēmas iekārtās, līdz notiek galīgais sadalījums. Turklāt mērīšanas, vadības un sakaru ķēdēs var parādīties sprieguma pārejas. Šie pārejošie faktori var izrādīties kļūdaini signāli vai informācija, kas izraisa iekārtas darbības traucējumus vai izslēgšanu. SPD stratēģiskā izvietošana mazina šos jautājumus, jo tie darbojas kā īssavienojuma vai saspiešanas ierīces.

SPD tehniskās īpašības

Visizplatītākā SPD tehnoloģija, ko izmanto PV lietojumos, ir metāla oksīda varistors (MOV), kas darbojas kā spriegumu fiksējoša ierīce. Citas SPD tehnoloģijas ietver silīcija lavīnas diode, kontrolētas dzirksteļu spraugas un gāzes izlādes caurules. Divas pēdējās ir komutācijas ierīces, kas parādās kā īssavienojumi vai laužņi. Katrai tehnoloģijai ir savas īpatnības, kas padara to vairāk vai mazāk piemērotu konkrētam pielietojumam. Šo ierīču kombinācijas var arī koordinēt, lai nodrošinātu optimālākas īpašības, nekā tās piedāvā atsevišķi. 1. tabulā ir uzskaitīti galvenie SPD veidi, ko izmanto PV sistēmās, un sīki aprakstīti to vispārējie darbības raksturlielumi.

SPD jāspēj pietiekami ātri mainīt stāvokļus uz īsu laiku, kad ir pārejošs process, un neizdoties, lai izlādētu pārejas strāvas lielumu. Arī ierīcei jāsamazina sprieguma kritums SPD ķēdē, lai aizsargātu aprīkojumu, ar kuru tā ir savienota. Visbeidzot, SPD funkcijai nevajadzētu traucēt šīs ķēdes normālu darbību.

SPD darbības raksturlielumus nosaka vairāki parametri, kas jāsaprot ikvienam, kurš izvēlas SPD. Šim priekšmetam nepieciešama sīkāka informācija, ko var aplūkot šeit, taču jāņem vērā šādi parametri: maksimālais nepārtrauktais darba spriegums, maiņstrāvas vai līdzstrāvas spriegums, nominālā izlādes strāva (ko nosaka pēc lieluma un viļņu formas), sprieguma aizsardzības līmenis ( termināla spriegums, kas ir, kad SPD izlādē noteiktu strāvu) un īslaicīgs pārspriegums (nepārtraukts pārspriegums, ko var izmantot noteiktu laiku, nesabojājot SPD).

SPD, izmantojot dažādas komponentu tehnoloģijas, var ievietot vienā un tajā pašā ķēdē. Tomēr tie ir jāizvēlas uzmanīgi, lai nodrošinātu enerģijas koordināciju starp viņiem. Komponentu tehnoloģijai ar augstāku izlādes pakāpi jāizlādē vislielākais pieejamās pārejošās strāvas lielums, savukārt citas komponentes tehnoloģija samazina atlikušo pārejas spriegumu līdz mazākajam līmenim, jo ​​tā izlādē mazāku strāvu.

SPD jābūt integrētai pašaizsardzības ierīcei, kas atvieno to no ķēdes, ja ierīce neizdodas. Lai padarītu šo atvienošanu acīmredzamu, daudzos SPD tiek parādīts karodziņš, kas norāda tā atvienošanas statusu. SPD statusa norādīšana, izmantojot integrētu papildu kontaktu komplektu, ir uzlabota funkcija, kas var nodrošināt signālu attālā vietā. Vēl viena svarīga produkta īpašība, kas jāņem vērā, ir tas, vai SPD izmanto pirkstu drošu, noņemamu moduli, kas ļauj neveiksmīgu moduli viegli nomainīt bez instrumentiem vai nepieciešamība atslēgt ķēdi.

Maiņstrāvas pārsprieguma aizsardzības ierīces PV instalācijām

Zibens uzliesmojumi no mākoņiem uz zibensaizsardzības sistēmu, PV struktūru vai tuvu esošo zemi izraisa lokālu zemes potenciāla pieaugumu attiecībā uz attālām zemes atsaucēm. Diriģenti, kas aptver šos attālumus, pakļauj iekārtu ievērojamam spriegumam. Zemes potenciālo pieaugumu ietekme galvenokārt tiek novērota savienojuma vietā starp tīklā piesaistītu PV sistēmu un lietderību pie pakalpojuma ieejas - vietā, kur vietējā zeme ir elektriski savienota ar tālu atsauces zemi.

Aizsardzība pret pārspriegumu jānovieto pie dienesta ieejas, lai pasargātu invertora lietderīgo pusi no bojājošiem pārejas gadījumiem. Šajā vietā redzamie pārejas periodi ir ļoti intensīvi un ilgstoši, un tāpēc tie jāpārvalda ar pārsprieguma aizsardzību ar attiecīgi lielu izlādes strāvu. Šim nolūkam ir ideāli piemērotas kontrolētas dzirksteļu spraugas, kas tiek izmantotas sadarbībā ar MOV. Dzirksteļspraugu tehnoloģija var izvadīt lielas zibens strāvas, nodrošinot ekvipotenciālu savienojuma funkciju zibens pārejas laikā. Koordinētajai MOV ir iespēja nostiprināt atlikušo spriegumu līdz pieņemamam līmenim.

Papildus zemes potenciālā pieauguma ietekmei invertora maiņstrāvas pusi var ietekmēt zibens izraisīti un lietderības pārslēgšanas pārejas gadījumi, kas parādās arī pie dienesta ieejas. Lai samazinātu iespējamos aprīkojuma bojājumus, atbilstoši nominālā maiņstrāvas pārsprieguma aizsardzība jāpielieto pēc iespējas tuvāk invertora maiņstrāvas spailēm, ar īsāko un taisnāko ceļu vadītājiem ar pietiekamu šķērsgriezuma laukumu. Neieviešot šo projektēšanas kritēriju, SPD ķēdē izlādes laikā rodas lielāks nekā nepieciešams sprieguma kritums, un aizsargātajai iekārtai tiek pakļauti augstāki pārejas spriegumi, nekā nepieciešams.

Līdzstrāvas pārsprieguma aizsardzības ierīces PV instalācijām

Tiešie triecieni tuvumā esošajām iezemētajām konstrukcijām (ieskaitot zibensaizsardzības sistēmu), kā arī starpmākoņu un iekšmākoņu zibspuldzes, kuru lielums var būt 100 kA, var izraisīt saistītos magnētiskos laukus, kas izraisa pārejošas strāvas PV sistēmas līdzstrāvas kabeļos. Šie pārejošie spriegumi parādās aprīkojuma spailēs un izraisa galveno sastāvdaļu izolāciju un dielektriskos bojājumus.

SPD izvietošana noteiktās vietās mazina šo izraisīto un daļējo zibens strāvu iedarbību. SPD ir novietots paralēli starp strāvas vadītājiem un zemi. Kad notiek pārspriegums, tas mainās no augstas pretestības ierīces uz zemas pretestības ierīci. Šajā konfigurācijā SPD izlādē saistīto pārejošo strāvu, līdz minimumam samazinot pārspriegumu, kas citādi rastos iekārtas spailēs. Šī paralēlā ierīce neveic nekādu slodzes strāvu. Izvēlētajam SPD jābūt īpaši projektētam, novērtētam un apstiprinātam lietošanai uz līdzstrāvas PV spriegumiem. Iebūvētajam SPD atvienotājam jāspēj pārtraukt smagāku līdzstrāvas loku, kas nav atrodams maiņstrāvas lietojumprogrammās.

MOV moduļu pievienošana Y konfigurācijā ir plaši izmantota SPD konfigurācija lielās komerciālās un lietderības mēroga PV sistēmās, kas darbojas ar maksimālo atvērtās ķēdes spriegumu 600 vai 1,000 Vdc. Katrā Y kājā ir MOV modulis, kas savienots ar katru polu un zemi. Nepamatotā sistēmā starp katru polu un starp polu un zemi ir divi moduļi. Šajā konfigurācijā katrs modulis ir novērtēts ar pusi no sistēmas sprieguma, tāpēc pat tad, ja rodas pola-zemes bojājums, MOV moduļi nepārsniedz to nominālo vērtību.

Apsvērumi par enerģijas pārsprieguma aizsardzības sistēmu bez enerģijas

Tāpat kā energosistēmas iekārtas un komponenti ir jutīgi pret zibens iedarbību, tāpat arī iekārtas, kas atrodamas mērījumu, vadības, instrumentu, SCADA un sakaru sistēmās, kas saistītas ar šīm instalācijām. Šajos gadījumos pārsprieguma aizsardzības pamatkoncepcija ir tāda pati kā strāvas ķēdēs. Tomēr, tā kā šī iekārta parasti ir mazāk izturīga pret pārsprieguma impulsiem un ir vairāk pakļauta kļūdainiem signāliem un to nelabvēlīgi ietekmē virkņu vai paralēlu komponentu pievienošana ķēdēm, lielāka uzmanība jāpievērš katra pievienotā SPD īpašībām. Tiek pieprasīti īpaši SPD atkarībā no tā, vai šie komponenti sazinās, izmantojot vītā pāra, CAT 6 Ethernet vai koaksiālo RF. Bez tam bezsprieguma ķēdēm izvēlētajiem SPD jāspēj bez traucējumiem izvadīt pārejošās strāvas, nodrošināt pietiekamu sprieguma aizsardzības līmeni un atturēties no iejaukšanās sistēmas darbībā, ieskaitot virknes pretestību, līnijas-līnijas un zemes kapacitāti un frekvenču joslas platumu. .

SPD bieži nepareiza lietošana

SPD strāvas ķēdēm tiek piemēroti daudzus gadus. Lielākā daļa mūsdienu strāvas ķēžu ir maiņstrāvas sistēmas. Lielākā daļa pārsprieguma aizsardzības iekārtu ir paredzēta lietošanai maiņstrāvas sistēmās. Salīdzinoši nesen ieviestās lielas komerciālās un lietderības mēroga fotosistēmas un pieaugošais izvietoto sistēmu skaits diemžēl ir novedis pie nepareizas maiņstrāvas sistēmām paredzētu SPD nepareizas piemērošanas DC pusē. Šādos gadījumos SPD darbojas nepareizi, it īpaši to atteices režīmā, līdzstrāvas PV sistēmu īpašību dēļ.

MOV nodrošina lieliskas īpašības, lai kalpotu kā SPD. Ja tie ir pareizi novērtēti un pareizi piemēroti, viņi šo funkciju veic kvalitatīvi. Tomēr, tāpat kā visi elektropreces, tie var neizdoties. Neveiksmi var izraisīt apkure apkārtējā vidē, izlādes strāva, kas ir lielāka nekā ierīce, ar kuru paredzēts darboties, pārāk daudz izlādes vai pastāvīga pārsprieguma iedarbība.

Tāpēc SPD ir projektēti ar termiski darbināmu atvienošanas slēdzi, kas tos atdala no paralēlā savienojuma ar līdzstrāvas ķēdi, ja tas ir nepieciešams. Tā kā daļa strāvas plūst cauri, SPD nonākot atteices režīmā, darbojoties termiskās atvienošanas slēdzim, parādās neliela loka. Pieliekot maiņstrāvas ķēdē, ar ģeneratoru piegādātās strāvas pirmais nulles šķērsojums šo loku nodzēš, un SPD tiek droši noņemts no ķēdes. Ja tas pats maiņstrāvas SPD tiek piemērots PV sistēmas līdzstrāvas pusei, it īpaši augstspriegumam, līdzstrāvas viļņu formā strāvas nulles šķērsošana nenotiek. Parasts termiski darbināms slēdzis nevar nodzēst loka strāvu, un ierīce neizdodas.

Paralēlas kausētas apvedceļa izvietošana ap MOV ir viena no metodēm, kā pārvarēt līdzstrāvas bojājuma loka dzēšanu. Ja termiskais atvienojums darbojas, pāri tā atvēršanas kontaktiem joprojām parādās loka; bet šī loka strāva tiek novirzīta uz paralēlu ceļu, kurā ir drošinātājs, kur loka ir dzēsta, un drošinātājs pārtrauc bojājuma strāvu.

Augšpusē sapludināšana pirms SPD, ko var piemērot maiņstrāvas sistēmām, nav piemērota līdzstrāvas sistēmām. Īsavienojuma pieejamā strāva drošinātāja darbībai (tāpat kā pārsprieguma aizsardzības ierīcē) var nebūt pietiekama, ja ģeneratoram ir samazināta jaudas jauda. Tā rezultātā daži SPD ražotāji to ir ņēmuši vērā, izstrādājot dizainu. UL ir mainījis savu iepriekšējo standartu, papildinot to ar jaunāko pārsprieguma aizsardzības standartu - UL 1449. Šis trešais izdevums ir īpaši piemērojams PV sistēmām.

SPD kontrolsaraksts

Neskatoties uz lielo zibens risku, kas ir pakļauts daudzām saules baterijām, tās var aizsargāt, izmantojot SPD un pareizi izveidotu zibensaizsardzības sistēmu. Efektīvai SPD īstenošanai jāietver šādi apsvērumi:

• Pareiza izvietošana sistēmā
• Izbeigšanas prasības
• Pareiza iekārtas un zemes sistēmas iezemēšana un savienošana
• Izlādes vērtējums
• Sprieguma aizsardzības līmenis
• Piemērotība attiecīgajai sistēmai, ieskaitot līdzstrāvas un maiņstrāvas lietojumus
• Neveiksmes režīms
• Vietējā un attālā statusa norāde
• Viegli nomaināmi moduļi
• Tas nedrīkst ietekmēt normālu sistēmas darbību, jo īpaši sistēmām, kas nav barošanas avoti