Mga Device ng Proteksyon ng DC Surge para sa Mga Pag-install ng PV
Solar Panel PV Combiner Box DC Surge Protective Device
Dahil ang Mga Device ng Proteksyon ng DC Surge para sa Mga Pag-install ng PV ay dapat na idinisenyo upang maibigay ang buong pagkakalantad sa sikat ng araw, ang mga ito ay lubos na mahina sa mga epekto ng kidlat. Ang kapasidad ng isang hanay ng PV ay direktang nauugnay sa nakalantad nitong lugar sa ibabaw, kaya't ang potensyal na epekto ng mga kaganapan sa kidlat ay tumataas sa laki ng system. Kung saan madalas ang mga pangyayari sa pag-iilaw, ang mga hindi protektadong mga sistema ng PV ay maaaring magdusa ng paulit-ulit at makabuluhang pinsala sa mga pangunahing sangkap. Nagreresulta ito sa malaking gastos sa pag-aayos at kapalit, downtime ng system at pagkawala ng kita. Maayos na idinisenyo, tinukoy at naka-install na mga aparato ng proteksyon ng paggulong (SPDs) na minimize ang potensyal na epekto ng mga kaganapan sa kidlat kapag ginamit kasabay ng mga engineered na sistema ng proteksyon ng kidlat.
Ang isang sistema ng proteksyon ng kidlat na nagsasama ng mga pangunahing elemento tulad ng mga terminal ng hangin, wastong mga conductor, equipotential bonding para sa lahat ng mga kasalukuyang sangkap na nagdadala at wastong mga prinsipyo ng saligan ay nagbibigay ng isang canopy ng proteksyon laban sa direktang pag-welga. Kung mayroong anumang pag-aalala ng peligro ng kidlat sa iyong site sa PV, lubos kong inirerekumenda ang pagkuha ng isang propesyonal na elektrikal na inhinyero na may kadalubhasaan sa larangang ito upang magbigay ng isang pag-aaral ng pagsusuri sa peligro at isang disenyo ng sistema ng proteksyon kung kinakailangan.
Mahalagang maunawaan ang pagkakaiba sa pagitan ng mga sistema ng proteksyon ng kidlat at mga SPD. Layunin ng isang sistema ng proteksyon ng kidlat na mag-channel ng direktang pag-welga ng kidlat sa pamamagitan ng malalakas na kasalukuyang nagdadala ng konduktor sa daigdig, sa gayon ay nagse-save ng mga istraktura at kagamitan mula sa pagtahak ng pagdiskarga o direktang sinaktan. Ang mga SPD ay inilalapat sa mga sistemang elektrikal upang magbigay ng isang path ng paglabas sa lupa upang mai-save ang mga bahagi ng mga system na iyon mula sa mailantad sa mga transient na may mataas na boltahe na sanhi ng direkta o hindi direktang mga epekto ng mga anomalya ng kidlat o kapangyarihan ng system. Kahit na may panlabas na sistema ng proteksyon ng kidlat sa lugar, nang walang mga SPD, ang mga epekto ng kidlat ay maaari pa ring maging sanhi ng malaking pinsala sa mga bahagi.
Para sa mga layunin ng artikulong ito, ipinapalagay ko na ang ilang uri ng proteksyon ng kidlat ay nasa lugar at sinusuri ang mga uri, pag-andar, at mga pakinabang ng karagdagang paggamit ng mga naaangkop na SPD. Kasabay ng maayos na engineered na sistema ng proteksyon ng kidlat, ang paggamit ng mga SPD sa mga pangunahing lokasyon ng system ay pinoprotektahan ang mga pangunahing sangkap tulad ng mga inverter, modyul, kagamitan sa mga kahon ng pagsasama-sama, at mga sistema ng pagsukat, kontrol, at komunikasyon.
Ang Kahalagahan ng mga SPD
Bukod sa mga kahihinatnan ng direktang pag-aaklas ng kidlat sa mga array, ang magkakaugnay na paglalagay ng kuryente ay madaling kapitan ng mga electromagnetically induced transients. Ang mga transient ay direkta o hindi direktang sanhi ng kidlat, pati na rin ang mga transient na nabuo ng mga function na switch-utility, ilantad ang mga de-koryenteng at elektronikong kagamitan sa napakataas na overvoltages ng napaka-maikling tagal (sampu hanggang daan-daang mga microsecond). Ang pagkakalantad sa mga pansamantalang boltahe na ito ay maaaring maging sanhi ng pagkabigo ng sakuna ng bahagi na maaaring kapansin-pansin ng pinsala sa mekanikal at pagsubaybay sa carbon o hindi napapansin ngunit sanhi pa rin ng pagkabigo ng kagamitan o system.
Ang pangmatagalang pagkakalantad sa mga transient na mas mababa ang lakas ay lumalala sa dielectric at pagkakabukod na materyal sa kagamitan ng system ng PV hanggang sa magkaroon ng huling pagkasira. Bilang karagdagan, ang mga transients ng boltahe ay maaaring lumitaw sa pagsukat, kontrol at mga circuit ng komunikasyon. Ang mga transient na ito ay maaaring lumitaw na maling mga senyas o impormasyon, na nagiging sanhi ng pagkasira ng kagamitan o pag-shut down. Ang madiskarteng paglalagay ng mga SPD ay nagpapagaan sa mga isyung ito dahil gumana ang mga ito bilang mga aparato ng pag-ikli o pag-clamping.
Mga Teknikal na Katangian ng SPDs
Ang pinakakaraniwang teknolohiyang SPD na ginamit sa mga aplikasyon ng PV ay ang metal oxide varistor (MOV), na gumaganap bilang isang aparatong boltahe-clamping. Kasama sa iba pang mga teknolohiya ng SPD ang silicon avalanche diode, kinokontrol na mga puwang ng spark, at mga tubong naglalabas ng gas. Ang huli na dalawa ay lumilipat ng mga aparato na lilitaw bilang mga maikling circuit o crowbars. Ang bawat teknolohiya ay may kani-kanyang mga katangian, ginagawa itong higit pa o mas mababa na angkop para sa isang tukoy na application. Ang mga kumbinasyon ng mga aparatong ito ay maaari ring i-coordinate upang makapagbigay ng higit na pinakamainam na mga katangian kaysa sa kanilang inaalok nang paisa-isa. Inililista ng Talaan 1 ang mga pangunahing uri ng SPD na ginamit sa mga sistema ng PV at mga detalye sa kanilang pangkalahatang mga katangian sa pagpapatakbo.
Ang isang SPD ay dapat na makapagpabago ng mga estado nang mabilis para sa maikling panahon na naroroon ang isang lumilipas at upang maalis ang laki ng kasalukuyang lumilipas nang hindi nabigo. Dapat ding i-minimize ng aparato ang pagbagsak ng boltahe sa SPD circuit upang maprotektahan ang kagamitan na konektado dito. Sa wakas, ang pagpapaandar ng SPD ay hindi dapat makagambala sa normal na pagpapaandar ng circuit na iyon.
Ang mga katangian ng pagpapatakbo ng SPD ay tinukoy ng maraming mga parameter na dapat maunawaan ng sinumang gumagawa ng pagpipilian para sa mga SPD. Nangangailangan ang paksang ito ng higit pang mga detalye na maaaring sakupin dito, ngunit ang mga sumusunod ay ilang mga parameter na dapat isaalang-alang: maximum na tuluy-tuloy na boltahe sa pagpapatakbo, aplikasyon ng ac o dc, kasalukuyang paglabas ng nominal (na tinukoy ng isang kalakhan at form ng alon), antas ng proteksyon ng boltahe (ang terminal boltahe na naroroon kapag ang SPD ay naglalabas ng isang tukoy na kasalukuyang) at pansamantalang overvoltage (isang tuluy-tuloy na overvoltage na maaaring mailapat para sa isang tukoy na oras nang hindi sinisira ang SPD).
Ang mga SPD na gumagamit ng iba't ibang mga teknolohiya ng sangkap ay maaaring mailagay sa parehong mga circuit. Gayunpaman, dapat mapili sila nang may pag-iingat upang matiyak ang koordinasyon ng enerhiya sa pagitan nila. Ang teknolohiyang sangkap na may mas mataas na rating ng paglabas ay dapat na maglabas ng pinakamalaking sukat ng magagamit na pansamantalang kasalukuyang habang ang iba pang teknolohiya ng sangkap ay binabawasan ang natitirang boltahe na lumilipas sa isang mas mababang lakas habang naglalabas ito ng isang mas kaunting kasalukuyang.
Ang SPD ay dapat magkaroon ng isang mahalagang aparato na nagpoprotekta sa sarili na ididiskonekta ito mula sa circuit kung nabigo ang aparato. Upang gawing maliwanag ang pagkakakonekta na ito, maraming mga SPD ang nagpapakita ng isang watawat na nagsasaad ng katayuang idiskonekta nito. Ang pagpapahiwatig ng katayuan ng SPD sa pamamagitan ng isang integral na auxiliary na hanay ng mga contact ay isang pinahusay na tampok na maaaring magbigay ng isang senyas sa isang malayuang lokasyon. Ang isa pang mahalagang katangian ng produkto na isasaalang-alang ay kung ang SPD ay gumagamit ng isang ligtas, naaalis na module na nagpapahintulot sa isang nabigo na module na madaling mapalitan nang walang mga tool o ang pangangailangan na de-energize ang circuit.
Mga Device para sa Proteksyon ng AC Surge para sa Mga Pagsasaalang-alang ng Mga Pag-install ng PV
Ang mga kidlat ay kumikislap mula sa mga ulap patungo sa sistema ng proteksyon ng kidlat, ang istraktura ng PV o isang kalapit na lupa ay sanhi ng isang lokal na potensyal na pagtaas ng lupa patungkol sa mga malalayong sanggunian sa lupa. Ang mga conductor na sumasaklaw sa mga distansya na ito ay naglalantad ng kagamitan sa mga makabuluhang boltahe. Ang mga epekto ng mga potensyal na pagtaas ng lupa ay pangunahing nararanasan sa punto ng koneksyon sa pagitan ng isang grid na nakatali na sistema ng PV at ang utility sa pasukan na serbisyo-ang puntong kung saan ang lokal na lupa ay nakakonekta sa kuryente sa isang malayong sanggunian na lupa.
Ang proteksyon ng Surge ay dapat ilagay sa pasukan ng serbisyo upang maprotektahan ang panig ng inverter mula sa nakakapinsalang mga transient. Ang mga transient na nakikita sa lokasyon na ito ay may isang mataas na lakas at tagal at samakatuwid ay dapat na pamahalaan ng proteksyon ng paggulong na may naaangkop na kasalukuyang kasalukuyang rating. Ang mga kontroladong spark gaps na ginamit sa koordinasyon sa mga MOVs ay mainam para sa hangaring ito. Ang teknolohiya ng spark gap ay maaaring maglabas ng mataas na mga alon ng kidlat sa pamamagitan ng pagbibigay ng isang equipotential bonding function sa panahon ng panandalian ng kidlat. Ang coordinated MOV ay may kakayahang i-clamp ang natitirang boltahe sa isang katanggap-tanggap na antas.
Bilang karagdagan sa mga epekto ng pagtaas ng potensyal sa lupa, ang ac side ng inverter ay maaaring maapektuhan ng mga light-induced at utility-switching transients na lilitaw din sa pasukan ng serbisyo. Upang mai-minimize ang mga potensyal na pinsala sa kagamitan, naaangkop na naaangkop na proteksyon ng AC surge na dapat ilapat na malapit sa mga terminal ng ac ng inverter hangga't maaari, na may pinakamaliit at pinakamadulas na ruta para sa mga conductor ng sapat na cross-sectional area. Ang hindi pagpapatupad ng pamantayan sa disenyo na ito ay nagreresulta sa mas mataas kaysa sa kinakailangang pagbagsak ng boltahe sa SPD circuit habang naglalabas at inilalantad ang mga protektadong kagamitan sa mas mataas na mga pansamantalang boltahe kaysa kinakailangan.
Mga Device ng Proteksyon ng DC Surge para sa Mga Pagsasaalang-alang ng Mga Pag-install ng PV
Ang direktang pag-welga sa kalapit na mga istrakturang may grounded (kasama ang sistema ng proteksyon ng kidlat), at inter-at intra-cloud flashes na maaaring may lakas na 100 kA ay maaaring maging sanhi ng mga nauugnay na magnetikong patlang na nag-uudyok ng mga pansamantalang alon sa PV system dc cabling. Ang mga pansamantalang boltahe na ito ay lilitaw sa mga terminal ng kagamitan at nagiging sanhi ng pagkabigo ng pagkakabukod at dielectric ng mga pangunahing sangkap.
Ang paglalagay ng mga SPD sa mga tinukoy na lokasyon ay nagpapagaan ng epekto ng mga sapilitan at bahagyang mga alon na ito. Ang SPD ay inilalagay sa kahanay sa pagitan ng mga enerhiyang conductor at lupa. Binabago nito ang estado mula sa isang aparatong mataas na impedance patungo sa isang aparatong mababa ang impedance kapag nangyari ang sobrang lakas. Sa pagsasaayos na ito, pinalalabas ng SPD ang nauugnay na kasalukuyang lumilipas, na pinapaliit ang sobrang boltahe na kung hindi man ay naroroon sa mga terminal ng kagamitan. Ang parallel na aparato ay hindi nagdadala ng anumang kasalukuyang pag-load. Ang napiling SPD ay dapat na partikular na idinisenyo, na-rate at naaprubahan para sa aplikasyon sa dc voltages ng PV. Ang integral na SPD disconnect ay dapat na makagambala sa mas matinding dc arc, na hindi matatagpuan sa mga aplikasyon ng ac.
Ang pagkonekta ng mga modyul na MOV sa isang pagsasaayos ng Y ay isang karaniwang ginagamit na pagsasaayos ng SPD sa malalaking komersyal at utility-scale na mga sistema ng PV na nagpapatakbo sa isang maximum na boltahe ng open-circuit na 600 o 1,000 Vdc. Ang bawat binti ng Y ay naglalaman ng isang module ng MOV na konektado sa bawat poste at sa lupa. Sa isang hindi naka-install na system, mayroong dalawang mga module sa pagitan ng bawat poste, at sa pagitan ng parehong poste at lupa. Sa pagsasaayos na ito, ang bawat module ay na-rate para sa kalahati ng boltahe ng system, kaya kahit na maganap ang isang kasalanan sa poste-sa-lupa, ang mga module ng MOV ay hindi lalampas sa kanilang na-rate na halaga.
Mga Pagsasaalang-alang sa Proteksyon ng Nonpower System
Tulad ng mga kagamitan at sangkap ng system ng kuryente na madaling kapitan ng mga epekto ng kidlat, gayon din ang kagamitan na matatagpuan sa pagsukat, kontrol, instrumento, SCADA at mga sistema ng komunikasyon na nauugnay sa mga pag-install na ito. Sa mga kasong ito, ang pangunahing konsepto ng proteksyon ng paggulong ay pareho tulad ng sa mga circuit ng kuryente. Gayunpaman, dahil ang kagamitang ito ay karaniwang hindi gaanong mapagparaya sa mga impulses ng labis na lakas at mas madaling kapitan sa mga maling signal at sa masamang maapektuhan ng pagdaragdag ng mga serye o parallel na sangkap sa mga circuit, ang higit na pag-aalaga ay dapat ibigay sa mga katangian ng bawat idinagdag na SPD. Ang mga tiyak na SPD ay tinatawag para alinsunod sa kung ang mga sangkap na ito ay nakikipag-usap sa pamamagitan ng baluktot na pares, CAT 6 Ethernet o coaxial RF. Bilang karagdagan, ang mga SPD na napili para sa mga hindi pang-circuit na circuit ay dapat na makapaglabas ng mga lumilipas na alon nang walang pagkabigo, upang magbigay ng isang sapat na antas ng proteksyon ng boltahe at pigilin ang makagambala sa pagpapaandar ng system-kabilang ang serye ng impedance, line-to-line at ground capacitance at frequency bandwidth .
Karaniwang Maling Paglalapat ng mga SPD
Ang mga SPD ay inilapat sa mga circuit ng kuryente sa loob ng maraming taon. Karamihan sa mga napapanahong circuit ng kuryente ay mga alternating kasalukuyang sistema. Tulad ng naturan, ang karamihan sa mga kagamitan sa proteksyon ng paggulong ay dinisenyo para magamit sa mga ac system. Ang medyo kamakailang pagpapakilala ng malalaking komersyal at utility-scale na mga system ng PV at ang dumaraming bilang ng mga system na na-deploy ay, sa kasamaang palad, na humantong sa maling paggamit sa dc bahagi ng SPD na idinisenyo para sa mga ac system. Sa mga kasong ito, ang mga SPD ay hindi gumanap nang maayos, lalo na sa panahon ng kanilang pagkabigo mode, dahil sa mga katangian ng mga system ng dc PV.
Ang mga paggalaw ay nagbibigay ng mahusay na mga katangian para sa paghahatid bilang mga SPD. Kung na-rate nang maayos ang mga ito at nailapat nang tama, gumaganap sila sa isang kalidad na para sa pagpapaandar na iyon. Gayunpaman, tulad ng lahat ng mga produktong elektrikal, maaaring mabigo sila. Ang kabiguan ay maaaring sanhi ng pag-init ng paligid, ang paglabas ng mga alon na mas malaki kaysa sa aparato ay idinisenyo upang hawakan, matanggal nang maraming beses o mailantad sa tuluy-tuloy na mga kondisyon ng sobrang boltahe.
Samakatuwid, ang mga SPD ay dinisenyo na may isang thermally na pinapatakbo na disconnect switch na naghihiwalay sa kanila mula sa kahanay na koneksyon sa energized dc circuit na dapat ay kinakailangan. Dahil ang ilang kasalukuyang dumadaloy habang pumapasok ang SPD mode sa pagkabigo, lumilitaw ang isang bahagyang arko habang nagpapatakbo ang switch ng thermal disconnect. Kapag inilapat sa isang ac circuit, ang unang zero na tawiran ng kasalukuyang ibinibigay ng generator ay pumapatay sa arko na iyon, at ang SPD ay ligtas na tinanggal mula sa circuit. Kung ang parehong ac SPD na ito ay inilalapat sa dc bahagi ng isang sistema ng PV, lalo na ang mga mataas na boltahe, walang zero na tawiran ng kasalukuyang sa isang dc waveform. Ang normal na nagpapatakbo ng thermally na switch ay hindi maaring patayin ang kasalukuyang arc, at nabigo ang aparato.
Ang paglalagay ng isang parallel fuse bypass circuit sa paligid ng MOV ay isang pamamaraan upang mapagtagumpayan ang extinguishing ng dc fault arc. Kung dapat gumana ang thermal disconnect, lilitaw pa rin ang isang arc sa mga pagbubukas nitong contact; ngunit ang kasalukuyang arko na iyon ay inililipat sa isang parallel na landas na naglalaman ng isang piyus kung saan ang arko ay napapatay, at ang fuse ay nakakagambala sa kasalukuyang kasalanan.
Ang upstream fusing nangunguna sa SPD, na maaaring mailapat sa mga ac system, ay hindi naaangkop sa mga dc system. Ang kasalukuyang magagamit na short-circuit upang mapatakbo ang piyus (tulad ng sa isang labis na kasalukuyang aparato ng proteksyon) ay maaaring hindi sapat kapag ang generator ay nabawasan ang output ng kuryente. Bilang kinahinatnan, ang ilang mga tagagawa ng SPD ay isinasaalang-alang ito sa kanilang disenyo. Binago ng UL ang naunang pamantayan nito sa pamamagitan ng suplemento nito sa pinakabagong pamantayan sa proteksyon ng paggulong-UL 1449. Ang pangatlong edisyon na ito ay partikular na naaangkop sa mga sistema ng PV.
Checklist ng SPD
Sa kabila ng mataas na peligro ng kidlat na maraming mga pag-install ng PV ang nakalantad, maaari silang protektahan ng aplikasyon ng mga SPD at isang maayos na ininhinyero na sistema ng proteksyon ng kidlat. Ang mabisang pagpapatupad ng SPD ay dapat na may kasamang mga sumusunod na pagsasaalang-alang:
- Tamang paglalagay sa system
- Mga kinakailangan sa pagwawakas
- Wastong saligan at pagbubuklod ng sistema ng kagamitan-lupa
- Rating ng paglabas
- Antas ng proteksyon ng boltahe
- Angkop para sa sistemang pinag-uusapan, kasama ang mga aplikasyon ng dc kumpara sa ac
- Ang mode ng pagkabigo
- Indikasyon ng lokal at malayuang katayuan
- Madaling mapapalitan na mga module
- Ang normal na pagpapaandar ng system ay dapat na hindi maapektuhan, partikular sa mga sistemang hindi kapangyarihan
