Peranti Perlindungan Surge DC untuk Pemasangan PV

Peranti Perlindungan Surge DC untuk Pemasangan PV PV-Combiner-Box-02

Kotak Penggabung PV Panel Suria Peranti Pelindung Lonjakan DC

Oleh kerana Peranti Perlindungan Surge DC untuk Pemasangan PV mesti dirancang untuk memberikan pendedahan cahaya matahari sepenuhnya, alat ini sangat terdedah kepada kesan kilat. Kapasiti array PV secara langsung berkaitan dengan luas permukaannya yang terdedah, jadi kemungkinan kesan kejadian kilat meningkat dengan ukuran sistem. Di mana kejadian pencahayaan sering berlaku, sistem PV yang tidak dilindungi boleh mengalami kerosakan berulang dan ketara pada komponen utama. Ini mengakibatkan kos pembaikan dan penggantian yang besar, waktu henti sistem dan kehilangan pendapatan. Peranti pelindung lonjakan (SPD) yang dirancang, ditentukan dan dipasang dengan betul meminimumkan kemungkinan kesan kejadian kilat ketika digunakan bersama dengan sistem perlindungan kilat yang direkayasa.

Sistem perlindungan kilat yang menggabungkan unsur-unsur asas seperti terminal udara, konduktor turun yang betul, ikatan peralatan yang kuat untuk semua komponen yang membawa arus dan prinsip pembumian yang betul memberikan kanopi perlindungan terhadap serangan langsung. Sekiranya terdapat kebimbangan mengenai risiko kilat di laman PV anda, saya sangat mengesyorkan untuk mendapatkan jurutera elektrik profesional dengan kepakaran dalam bidang ini untuk menyediakan kajian penilaian risiko dan reka bentuk sistem perlindungan jika perlu.

Penting untuk memahami perbezaan antara sistem perlindungan kilat dan SPD. Tujuan sistem perlindungan kilat adalah untuk menyalurkan sambaran kilat langsung melalui konduktor yang membawa arus besar ke bumi, sehingga menyelamatkan struktur dan peralatan dari berada di jalan pelepasan itu atau terkena langsung. SPD diterapkan pada sistem elektrik untuk menyediakan jalan keluar ke bumi untuk menyelamatkan komponen sistem dari terkena peralihan voltan tinggi yang disebabkan oleh kesan langsung atau tidak langsung dari kilat atau anomali sistem kuasa. Walaupun terdapat sistem perlindungan kilat luaran, tanpa SPD, kesan kilat masih boleh menyebabkan kerosakan besar pada komponen.

Untuk tujuan artikel ini, saya menganggap bahawa ada beberapa bentuk perlindungan kilat dan meneliti jenis, fungsi, dan faedah penggunaan tambahan SPD yang sesuai. Bersama dengan sistem perlindungan kilat yang direkayasa dengan betul, penggunaan SPD di lokasi sistem utama melindungi komponen utama seperti penyongsang, modul, peralatan dalam kotak penggabung, dan sistem pengukuran, kawalan, dan komunikasi.

Kepentingan SPD

Di samping akibat dari serangan kilat langsung ke array, kabel kuasa yang bersambung sangat rentan terhadap peralihan yang disebabkan oleh elektromagnet. Transien secara langsung atau tidak langsung disebabkan oleh kilat, serta transien yang dihasilkan oleh fungsi menukar utiliti, mendedahkan peralatan elektrik dan elektronik kepada voltan tinggi yang sangat tinggi dengan jangka masa yang sangat pendek (puluhan hingga ratusan mikrodetik). Pendedahan kepada voltan sementara ini boleh menyebabkan kegagalan komponen bencana yang mungkin dapat dilihat oleh kerosakan mekanikal dan penjejakan karbon atau tidak dapat diperhatikan tetapi masih menyebabkan kegagalan peralatan atau sistem.

Pendedahan jangka panjang terhadap transien magnitud rendah merosotkan bahan dielektrik dan penebat pada peralatan sistem PV sehingga berlaku kerosakan akhir. Sebagai tambahan, peralihan voltan dapat muncul pada rangkaian pengukuran, kawalan dan komunikasi. Transien ini mungkin kelihatan sebagai isyarat atau maklumat yang salah, menyebabkan peralatan tidak berfungsi atau dimatikan. Penempatan SPD yang strategik mengurangkan masalah ini kerana berfungsi sebagai alat pemendek atau penjepit.

Ciri Teknikal SPD

Teknologi SPD yang paling biasa digunakan dalam aplikasi PV adalah varistor logam oksida (MOV), yang berfungsi sebagai alat penjepit voltan. Teknologi SPD lain termasuk dioda longsor silikon, jurang percikan terkawal, dan tiub pelepasan gas. Dua yang terakhir adalah peranti beralih yang muncul sebagai litar pintas atau bar lengkung. Setiap teknologi mempunyai ciri tersendiri, menjadikannya lebih kurang sesuai untuk aplikasi tertentu. Kombinasi peranti ini juga dapat dikoordinasikan untuk memberikan ciri yang lebih optimum daripada yang ditawarkannya secara individu. Jadual 1 menyenaraikan jenis SPD utama yang digunakan dalam sistem PV dan memperincikan ciri operasi amnya.

SPD mesti dapat mengubah keadaan dengan cukup cepat untuk masa yang singkat sementara berlaku dan untuk melepaskan magnitud arus sementara tanpa gagal. Peranti juga mesti meminimumkan penurunan voltan di litar SPD untuk melindungi peralatan yang disambungkannya. Akhirnya, fungsi SPD tidak boleh mengganggu fungsi normal litar itu.

Ciri operasi SPD ditakrifkan oleh beberapa parameter yang mesti difahami oleh sesiapa yang membuat pemilihan SPD. Subjek ini memerlukan lebih banyak butiran yang dapat dibahas di sini, tetapi berikut adalah beberapa parameter yang harus dipertimbangkan: voltan operasi berterusan maksimum, aplikasi ac atau dc, arus pelepasan nominal (ditentukan oleh magnitud dan bentuk gelombang), tahap perlindungan voltan ( voltan terminal yang ada semasa SPD melepaskan arus tertentu) dan voltan sementara (voltan berlebihan berterusan yang dapat diterapkan untuk waktu tertentu tanpa merosakkan SPD).

SPD yang menggunakan teknologi komponen yang berbeza dapat diletakkan di litar yang sama. Walau bagaimanapun, mereka mesti dipilih dengan berhati-hati untuk memastikan koordinasi tenaga di antara mereka. Teknologi komponen dengan penarafan pelepasan yang lebih tinggi mesti melepaskan magnitud terbesar dari arus sementara yang ada sementara teknologi komponen yang lain mengurangkan sisa voltan sementara ke magnitud yang lebih rendah kerana ia melepaskan arus yang lebih rendah.

SPD mesti mempunyai peranti pelindung diri terpadu yang melepaskannya dari litar sekiranya peranti gagal. Untuk membuat pemutusan ini jelas, banyak SPD memaparkan bendera yang menunjukkan status pemutusannya. Menunjukkan status SPD melalui satu set kenalan tambahan tidak terpisahkan adalah ciri yang disempurnakan yang dapat memberikan isyarat ke lokasi terpencil. Satu lagi ciri produk penting yang perlu dipertimbangkan adalah sama ada SPD menggunakan modul yang boleh dilepaskan dengan jari, yang membolehkan modul yang gagal diganti dengan mudah tanpa alat atau keperluan untuk mematikan litar.

Peranti Perlindungan lonjakan AC untuk Pertimbangan Pemasangan PV

Kilat menyala dari awan ke sistem perlindungan kilat, struktur PV atau tanah berdekatan menyebabkan kenaikan potensi tanah tempatan berkenaan dengan rujukan tanah yang jauh. Konduktor yang merangkumi jarak ini mendedahkan peralatan kepada voltan yang ketara. Kesan kenaikan potensi tanah terutama dialami pada titik hubungan antara sistem PV yang terikat dengan grid dan utiliti di pintu masuk perkhidmatan — titik di mana tanah tempatan disambungkan secara elektrik ke tanah yang dirujuk jauh.

Perlindungan lonjakan harus diletakkan di pintu masuk servis untuk melindungi sisi utiliti penyongsang daripada kerosakan sementara. Transien yang dilihat di lokasi ini mempunyai magnitud dan jangka masa yang tinggi dan oleh itu mesti dikendalikan oleh perlindungan lonjakan dengan penilaian arus pelepasan yang tepat. Jurang percikan terkawal yang digunakan dalam koordinasi dengan MOV sangat sesuai untuk tujuan ini. Teknologi Spark gap dapat melepaskan arus kilat tinggi dengan menyediakan fungsi ikatan ekototensial semasa kilat sementara. MOV yang diselaraskan mempunyai keupayaan untuk menjepit voltan sisa ke tahap yang boleh diterima.

Sebagai tambahan kepada kesan kenaikan potensi tanah, sisi ac penyongsang mungkin dipengaruhi oleh peralihan yang disebabkan oleh kilat dan peralihan utiliti yang juga muncul di pintu masuk perkhidmatan. Untuk meminimumkan kemungkinan kerosakan peralatan, perlindungan lonjakan arus AC yang sesuai harus digunakan sedekat mungkin dengan terminal AC penyongsang, dengan jalan terpendek dan lurus untuk konduktor yang mempunyai kawasan penampang yang mencukupi. Tidak melaksanakan kriteria reka bentuk ini mengakibatkan penurunan voltan yang lebih tinggi daripada yang diperlukan dalam litar SPD semasa pembuangan dan mendedahkan peralatan yang dilindungi kepada voltan sementara yang lebih tinggi daripada yang diperlukan.

Peranti Perlindungan Surge DC untuk Pertimbangan Pemasangan PV

Serangan terus ke struktur tanah yang berdekatan (termasuk sistem perlindungan kilat), dan kilatan antara dan intra-awan yang berkekuatan 100 kA boleh menyebabkan medan magnet yang berkaitan yang menyebabkan arus sementara ke kabel PV sistem PV. Tegangan sementara ini muncul di terminal peralatan dan menyebabkan penebat dan kegagalan dielektrik komponen utama.

Menempatkan SPD di lokasi yang ditentukan mengurangkan kesan arus kilat yang disebabkan dan separa ini. SPD diletakkan selari antara konduktor dan tanah yang bertenaga. Ia mengubah keadaan dari peranti impedans tinggi ke peranti impedans rendah ketika voltan berlebihan berlaku. Dalam konfigurasi ini, SPD melepaskan arus sementara yang berkaitan, meminimumkan voltan berlebihan yang sebaliknya akan ada di terminal peralatan. Peranti selari ini tidak membawa arus beban. SPD yang dipilih mesti direka khas, dinilai dan diluluskan untuk digunakan pada voltan PV dc. Putus sambungan SPD yang tidak dapat dipisahkan mesti dapat mengganggu arka dc yang lebih teruk, yang tidak dijumpai pada aplikasi ac.

Menyambungkan modul MOV dalam konfigurasi Y adalah konfigurasi SPD yang biasa digunakan pada sistem PV komersial dan skala utiliti yang besar yang beroperasi pada voltan litar terbuka maksimum 600 atau 1,000 Vdc. Setiap kaki Y mengandungi modul MOV yang disambungkan ke setiap tiang dan ke tanah. Dalam sistem tanpa landasan, terdapat dua modul antara setiap tiang, dan antara kedua tiang dan tanah. Dalam konfigurasi ini, setiap modul dinilai untuk separuh voltan sistem, jadi walaupun berlaku kerosakan tiang ke tanah, modul MOV tidak melebihi nilai pengaruhnya.

Pertimbangan Perlindungan Lonjakan Sistem Bukan Tenaga

Sama seperti peralatan dan komponen sistem kuasa terdedah kepada kesan kilat, begitu juga peralatan yang terdapat dalam sistem pengukuran, kawalan, instrumentasi, SCADA dan komunikasi yang berkaitan dengan pemasangan ini. Dalam kes ini, konsep asas perlindungan lonjakan adalah sama seperti pada rangkaian kuasa. Walau bagaimanapun, kerana peralatan ini biasanya kurang bertolak ansur dengan impuls voltan dan lebih mudah terdedah kepada isyarat yang salah dan terjejas oleh penambahan siri atau komponen selari ke litar, perhatian yang lebih mesti diberikan kepada ciri-ciri setiap SPD yang ditambahkan. SPD khusus diminta mengikut sama ada komponen ini berkomunikasi melalui pasangan berpintal, CAT 6 Ethernet atau RF sepaksi. Di samping itu, SPD yang dipilih untuk litar bukan kuasa mesti dapat mengalirkan arus sementara tanpa kegagalan, untuk memberikan tahap perlindungan voltan yang mencukupi dan menahan diri daripada tidak mengganggu fungsi sistem — termasuk impedans siri, kapasiti garis-ke-line dan tanah dan lebar jalur frekuensi .

Kesalahan Penggunaan SPD yang biasa

SPD telah digunakan pada litar kuasa selama bertahun-tahun. Sebilangan besar litar kuasa kontemporari adalah sistem arus bolak-balik. Oleh itu, kebanyakan peralatan perlindungan lonjakan telah dirancang untuk digunakan dalam sistem ac. Pengenalan sistem PV komersial dan utiliti berskala besar yang baru-baru ini dan peningkatan jumlah sistem yang digunakan, sayangnya, menyebabkan salah penerapan ke sisi dc SPD yang dirancang untuk sistem ac. Dalam kes ini, SPD tidak berfungsi dengan baik, terutamanya semasa mod kegagalannya, kerana ciri sistem PV dc.

MOV memberikan ciri-ciri yang sangat baik untuk berfungsi sebagai SPD. Sekiranya dinilai dengan betul dan diterapkan dengan betul, mereka akan berfungsi dengan berkualiti untuk fungsi tersebut. Walau bagaimanapun, seperti semua produk elektrik, ia mungkin gagal. Kegagalan dapat disebabkan oleh pemanasan sekitar, arus keluar yang lebih besar daripada yang dirancang untuk dikendalikan oleh perangkat, melepaskan terlalu banyak kali atau terdedah kepada keadaan voltan berlebihan yang berterusan.

Oleh itu, SPD direka dengan suis pemutus yang dioperasikan secara termal yang memisahkannya dari sambungan selari ke litar dc bertenaga sekiranya diperlukan. Oleh kerana beberapa arus mengalir ketika SPD memasuki mod kegagalan, arka sedikit muncul semasa suis pemutus haba beroperasi. Semasa digunakan pada litar ac, lintasan sifar pertama arus yang dibekalkan penjana akan memadamkan arka, dan SPD dikeluarkan dengan selamat dari litar. Sekiranya SPD ac yang sama digunakan pada sisi dc sistem PV, terutamanya voltan tinggi, tidak ada persilangan sifar arus dalam bentuk gelombang dc. Suis biasa yang dikendalikan secara termal tidak dapat memadamkan arus busur, dan peranti gagal.

Meletakkan litar pintas bersatu selari di sekitar MOV adalah salah satu kaedah untuk mengatasi pemadaman arka kesalahan dc. Sekiranya pemutus haba beroperasi, busur masih muncul di seluruh kenalan pembukaannya; tetapi arus arka diarahkan ke jalan selari yang mengandungi sekering di mana busur dipadamkan, dan fius mengganggu arus kerosakan.

Penggabungan hulu di depan SPD, seperti yang dapat diterapkan pada sistem ac, tidak sesuai pada sistem dc. Arus pintas yang tersedia untuk mengoperasikan sekering (seperti pada alat perlindungan arus lebihan) mungkin tidak mencukupi ketika penjana berada pada output daya yang berkurang. Akibatnya, beberapa pengeluar SPD telah mempertimbangkan perkara ini dalam reka bentuk mereka. UL telah mengubah standard sebelumnya dengan tambahannya kepada standard perlindungan lonjakan terbaru — UL 1449. Edisi ketiga ini khusus digunakan untuk sistem PV.

Senarai Semak SPD

Walaupun terdapat risiko kilat tinggi yang banyak pemasangan PV terkena, ia dapat dilindungi dengan penggunaan SPD dan sistem perlindungan kilat yang direkayasa dengan betul. Pelaksanaan SPD yang berkesan harus merangkumi pertimbangan berikut:

  • Penempatan yang betul dalam sistem
  • Keperluan penamatan
  • Pembumian dan ikatan sistem peralatan-tanah yang betul
  • Peringkat pelepasan
  • Tahap perlindungan voltan
  • Kesesuaian untuk sistem yang dimaksud, termasuk aplikasi dc berbanding ac
  • Mod kegagalan
  • Petunjuk status tempatan dan jauh
  • Modul yang mudah diganti
  • Fungsi sistem normal tidak akan terjejas, khususnya pada sistem tanpa kuasa