Уређаји за заштиту од пренапона једносмерне струје за ПВ инсталације

Соларна плоча ПВ комбинована кутија ДЦ пренапонски заштитни уређај

Будући да уређаји за заштиту од пренапона једносмерне струје за ПВ инсталације морају бити пројектовани тако да пружају пуну изложеност сунчевој светлости, они су веома осетљиви на ефекте грома. Капацитет ПВ низа је директно повезан са његовом изложеном површином, тако да се потенцијални утицај удара грома повећава са величином система. Тамо где су честе појаве осветљења, незаштићени ПВ системи могу претрпети поновљене и значајне штете на кључним компонентама. То резултира значајним трошковима поправки и замене, застојем система и губитком прихода. Правилно дизајнирани, специфицирани и инсталирани уређаји за заштиту од пренапонске заштите (СПД) минимизирају потенцијални утицај удара грома када се користе заједно са пројектованим системима за заштиту од грома.

Систем заштите од муње који садржи основне елементе као што су ваздушни терминали, одговарајући проводници, изједначавање потенцијала за све струјне компоненте и правилни принципи уземљења пружа надстрешницу заштите од директних удара. Ако постоји било каква забринутост због опасности од грома на вашем ПВ месту, топло препоручујем ангажовање професионалног електроинжењера са стручношћу у овој области који ће пружити студију процене ризика и дизајн заштитног система ако је потребно.

Важно је разумети разлику између система за заштиту од грома и СПД-а. Сврха система за заштиту од грома је да усмери директни удар грома кроз значајне проводнике струје на земљу, чиме се штеде структуре и опрема од налета тог пражњења или директног удара. СПД се примењују на електричне системе како би обезбедили пут пражњења на земљу како би се сачувале компоненте тих система од излагања високонапонским прелазним процесима изазваним директним или индиректним ефектима аномалија громова или електроенергетског система. Чак и са уграђеним системом спољне заштите од грома, без СПД-а, ефекти грома и даље могу нанети велику штету компонентама.

За потребе овог чланка претпостављам да постоји неки облик заштите од грома и испитујем врсте, функцију и користи додатне употребе одговарајућих СПД-ова. Заједно са правилно пројектованим системом заштите од грома, употреба СПД-а на кључним локацијама система штити главне компоненте као што су претварачи, модули, опрема у комбинованим кутијама и системи за мерење, управљање и комуникацију.

Значај СПД-а

Поред последица директних удара грома у низове, међусобно повезани каблови за напајање врло су подложни електромагнетно индукованим прелазним појавама. Прелазне појаве које директно или индиректно изазива муња, као и привремене појаве генерисане функцијама пребацивања корисних компонената, излажу електричну и електронску опрему врло високим пренапонима врло кратког трајања (десетине до стотине микросекунди). Изложеност овим привременим напонима може проузроковати катастрофални квар компоненте који може бити приметан механичким оштећењима и праћењем угљеника или бити неприметан, али и даље проузроковати квар опреме или система.

Дуготрајна изложеност прелазима мање величине погоршава диелектричне и изолационе материјале у опреми ПВ система све док не дође до коначног слома. Поред тога, прелазни напони могу се појавити на мерним, управљачким и комуникационим круговима. Ови прелазни сигнали могу изгледати као погрешни сигнали или информације, што доводи до квара или искључења опреме. Стратешко постављање СПД-ова ублажава ове проблеме јер функционишу као уређаји за кратки спој или стезање.

Техничке карактеристике СПД-а

Најчешћа СПД технологија која се користи у ПВ применама је метал-оксидни варистор (МОВ), који функционише као уређај за стезање напона. Друге СПД технологије укључују силиконску лавинску диоду, контролисане варнице и цеви за пражњење гаса. Последња два су преклопни уређаји који се појављују као кратки спојеви или полуге. Свака технологија има своје карактеристике, што је чини мање или више погодном за одређену примену. Комбинације ових уређаја такође се могу координирати како би се обезбедиле оптималније карактеристике него што нуде појединачно. У табели 1 наведени су главни типови СПД који се користе у ПВ системима и дати су њихове опште оперативне карактеристике.

СПД мора бити у стању да мења стања довољно брзо за кратко време када је присутан прелазни процес и да празни величину пролазне струје без неуспеха. Уређај такође мора минимизирати пад напона на СПД колу како би заштитио опрему на коју је повезан. Коначно, СПД функција не би требало да омета нормалну функцију тог кола.

Карактеристике СПД-а дефинисане су са неколико параметара које мора да разуме онај ко врши избор за СПД-ове. Ова тема захтева више детаља који се овде могу обрадити, али следећи су неки параметри које треба узети у обзир: максимални континуирани радни напон, примена наизменичног или једносмерног напона, номинална струја пражњења (дефинисана величином и таласним обликом), ниво заштите од напона ( терминални напон који је присутан када СПД празни одређену струју) и привремени пренапон (континуирани пренапон који се може применити одређено време без оштећења СПД).

СПД-ови који користе различите компонентне технологије могу се сместити у исте склопове. Међутим, морају бити пажљиво одабрани како би се осигурала енергетска координација међу њима. Компонентна технологија са већим степеном пражњења мора да испразни највећу величину расположиве привремене струје, док друга компонентна технологија смањује преостали прелазни напон на нижу величину док испразни мању струју.

СПД мора имати интегрисани самозаштитни уређај који га одваја од кола ако уређај откаже. Да би ово прекидање било очигледно, многи СПД-ови приказују заставицу која означава његов статус прекида. Показивање статуса СПД-а путем интегрисаног помоћног скупа контаката је побољшана функција која може пружити сигнал удаљеној локацији. Још једна важна карактеристика производа коју треба размотрити је да ли СПД користи уклоњиви модул за заштиту прстију који омогућава да се неуспели модул лако замени без алата или потребе за искључењем струјног круга.

Уређаји за заштиту од пренапонске струје за ПВ инсталације

Муња бљесне из облака у систем за заштиту од грома, ПВ структуру или оближње тло узрокују локални пораст потенцијалног тла у односу на удаљене референце тла. Проводници на овим растојањима излажу опрему значајним напонима. Ефекти пораста потенцијалног тла могу се првенствено искусити на тачки везе између мрежног ПВ система и водовода на улазу у услугу - тачке где је локално тло електрично повезано са удаљеним референтним тлом.

Заштиту од пренапонске струје треба поставити на улаз за сервис како би се заштита корисне стране претварача од оштећења привремених појава. Привремени пролазници који се виде на овом месту су велике величине и трајања и зато се њима мора управљати заштитом од пренапонских удара са одговарајућом струјом пражњења. У ове сврхе идеални су контролисани свећњаци који се користе у координацији са МОВ. Технологија свећњака може да испразни велике струје грома пружајући функцију изједначавања потенцијала током прелазног стања грома. Координисани МОВ има способност да стегне преостали напон на прихватљив ниво.

Поред ефеката пораста потенцијалног тла, на измјеничну страну претварача могу утјецати и пријелазне појаве изазване муњом и пребацивањем корисности које се такође појављују на улазу у услугу. Да би се минимализовала потенцијална оштећења опреме, потребно је применити одговарајућу оцењену наизменичну заштиту од пренапонског напона што је могуће ближе наизменичним стезаљкама претварача, са најкраћим и најравнијим путем за проводнике довољне површине попречног пресека. Непримењивање овог критеријума за пројектовање резултира падом напона у СПД кругу већем од потребног током пражњења и излаже заштићену опрему вишим привременим напонима него што је потребно.

Уређаји за заштиту од пренапона једносмерне струје за разматрање ПВ инсталација

Директни удари у оближње уземљене конструкције (укључујући систем заштите од грома) и блицеви између и унутар облака који могу бити величине од 100 кА могу проузроковати придружена магнетна поља која индукују привремене струје у каблове једносмерне струје ПВ система. Ови привремени напони појављују се на терминалима опреме и узрокују изолацију и диелектричне кварове кључних компонената.

Постављање СПД-а на одређене локације ублажава ефекат ових индукованих и делимичних струја грома. СПД се поставља паралелно између проводника под напоном и земље. Мења стање са уређаја високе импеданце на уређај ниске импеданце када се догоди пренапон. У овој конфигурацији, СПД празни придружену пролазну струју, минимизирајући пренапон који би иначе био присутан на терминалима опреме. Овај паралелни уређај не носи струју оптерећења. Одабрани СПД мора бити посебно дизајниран, оцењен и одобрен за примену на једносмерним ПВ напонима. Интегрисани СПД прекидач мора бити у стању да прекине озбиљнији једносмерни лук, који се не може наћи у применама наизменичне струје.

Повезивање МОВ модула у И конфигурацији је често коришћена СПД конфигурација на великим комерцијалним и услужним ПВ системима који раде на максималном напону отвореног круга од 600 или 1,000 Вдц. Свака нога И садржи МОВ модул повезан на сваки стуб и уземљење. У неутемељеном систему постоје два модула између сваког пола и између пола и тла. У овој конфигурацији, сваки модул је номинован за половину напона система, па чак и ако дође до квара пола-земље, МОВ модули не прелазе своју номиналну вредност.

Разматрања заштите од пренапонске заштите система без снаге

Баш као што су опрема и компоненте електроенергетског система подложни утицајима грома, тако је и опрема која се налази у мерним, контролним, инструментационим, СЦАДА и комуникационим системима повезаним са овим инсталацијама. У овим случајевима основни концепт пренапонске заштите је исти као и на струјним круговима. Међутим, с обзиром да је ова опрема обично мање толерантна на пренапонске импулсе и подложнија је погрешним сигналима и на то што негативно утиче додавање серијских или паралелних компонената у кола, већа пажња мора се посветити карактеристикама сваког додатног СПД-а. Потребни су специфични СПД-ови у зависности од тога да ли ове компоненте комуницирају преко уплетених пара, ЦАТ 6 Етхернет-а или коаксијалног РФ-а. Поред тога, СПД-ови одабрани за неенергетске кругове морају бити у стању да без прекида испразњују прелазне струје, да обезбеде одговарајући ниво заштите од напона и да се уздрже од ометања функције система - укључујући серијску импедансу, капацитивност линија-до-воде и земљу и ширину опсега фреквенције .

Уобичајене погрешне примене СПД-а

СПД се већ дужи низ година примењују на струјне кругове. Већина савремених струјних кола су системи наизменичне струје. Као таква, већина опреме за заштиту од пренапона је дизајнирана за употребу у системима наизменичне струје. Релативно недавно увођење великих комерцијалних и комуналних фотонапонских система и све већи број распоређених система довели су, на жалост, до погрешне примене СПД-а дизајнираних за системе наизменичне струје на једносмерној струји. У овим случајевима, СПД-ови раде неправилно, посебно током њиховог режима отказа, због карактеристика једносмерних ПВ система.

МОВ пружају одличне карактеристике као СПД. Ако су правилно оцењени и правилно примењени, обављају квалитетно ту функцију. Међутим, као и сви електрични производи, они могу пропасти. Квар може бити узрокован загревањем околине, струјама пражњења које су веће него што је уређај предвиђен да се рукује, пражњењем превише пута или излагањем непрекидним пренапонским условима.

Према томе, СПД-ови су дизајнирани са термички прекидачем за раздвајање који их одваја од паралелне везе на круг једносмерне струје под напоном уколико то постане неопходно. Будући да нека струја пролази док СПД улази у режим отказа, појављује се лагани лук док ради прекидач за термички прекидач. Када се примени на наизменичном кругу, прво укрштање нуле струје коју напаја генератор гаси тај лук, а СПД се безбедно уклања из кола. Ако се тај исти наизменични СПД примени на једносмерну страну ПВ система, посебно високих напона, нема нултог преласка струје у једносмерном таласном облику. Уобичајени термички прекидач не може угасити струју лука и уређај не успева.

Постављање паралелног осигураног премосног круга око МОВ-а један је од начина за превазилажење гашења лука једносмерне струје. Ако термални прекидач ради, лук се и даље појављује на његовим контактима за отварање; али та струја лука се преусмерава на паралелну путању која садржи осигурач где се лук угаси, а осигурач прекида струју квара.

Стапање узводно испред СПД, као што се може применити на системе наизменичне струје, није прикладно на системима једносмерне струје. Доступна струја кратког споја за рад осигурача (као у уређају за заштиту од прекомерне струје) можда неће бити довољна када је генератор смањене излазне снаге. Као последица тога, неки произвођачи СПД су ово узели у обзир у свом дизајну. УЛ је модификовао свој ранији стандард својим додатком најновијем стандарду заштите од пренапонске струје - УЛ 1449. Ово треће издање је посебно применљиво на ПВ системе.

СПД контролна листа

Упркос великом ризику од грома којем су изложене многе ПВ инсталације, оне се могу заштитити применом СПД-а и правилно пројектованим системом заштите од грома. Ефективна примена СПД-а треба да обухвати следећа разматрања:

• Исправно постављање у систем
• Захтеви за раскид
• Правилно уземљење и везивање система опрема-земља
• Оцена испуштања
• Ниво заштите напона
• Погодност за предметни систем, укључујући једносмерну и наизменичну апликацију
• Режим неуспеха
• Локална и даљинска индикација статуса
• Лако заменљиви модули
• На нормалне функције система не би требало утицати, посебно на системе без напајања