Zdroj: iaeimagazine.org
Lightningova perfektná búrka na ničenie je na slnečnom poli. Veľké - a často exponované a izolované - Umiestnenie robia, aby ochrana proti prepätia, aby vydržala svoju životnosť.
Blesk je elektrický výtok v atmosfére. Keď zasiahne blesky, požiare sú náchylné k tomu, aby sa uvoľňovali energia. Mraky nimbusu (dažďové oblaky) majú koncentráciu elektrického náboja a ich akumulácia vytvára ionizáciu vzduchu. Ionizácia vzduchu, ktorý je medzi zemou a mrakmi Nimbus, vytvára výtok z mrakov po zem. Mraky Nimbus spôsobujú najväčšie prepätia, pretože sú to, čo generujú blesk.
Nepriame údery blesku sú deštruktívne. Neoficiálne pozorovania o blesku aktivity sú zvyčajne zlým ukazovateľom úrovne blesku - indukované prevody v PV poliach1. Nepriame údery blesku môžu ľahko poškodiť citlivé komponenty v rámci PV zariadení, ktoré majú často vysoké náklady na opravu alebo výmenu poškodených komponentov a ovplyvňujú spoľahlivosť systému FV systému1. Prepätie závisí od podmienok nastavenia každého PV systému a vodičov.
PV systémy sú vystavené vo veľkých otvorených priestoroch, zvyčajne v poliach alebo na vrchole budov. Nabité dažďové oblaky, ktoré sa hromadia na takýchto otvorených poliach, majú sklon uvoľniť náboj vo forme blesku. Ak k tomu dôjde, pravdepodobne dôjde k prepätiu napätia. Čím rozsiahlejšie je pole, tým je pravdepodobnejšie zničenie.
Elektronické vybavenie sa dá ľahko poškodiť až do bodu katastrofického zlyhania pomocou prepätia. Ak dôjde k prepätiu, keď je prítomný akýkoľvek personál, ohrozí to aj ich bezpečnosť. Nepriame údery bleskov môžu byť smrteľné, ak je osoba do 60 stôp od bodu bleskového úderu [2]. Ak sa FV systém nachádza na priemyselnom mieste, ohrozuje obchodné operácie a vybavenie. Invertory sú drahé, ale pre priemyselné aplikácie sú ešte drahšie zlyhanie náklady na prestoje.
Keď blesk zasiahne solárny FV systém, spôsobuje indukovaný prechodný prúd a napätie v slučkách solárnych PV systému. Tieto prechodné prúdy a napätie sa objavia na termináloch zariadenia a pravdepodobne spôsobia izoláciu a dielektrické poruchy v rámci solárnych PV elektrických a elektronických komponentov, ako sú PV panely, menič, riadenie a komunikačné zariadenie2ako aj zariadenia v inštalácii budovy3. Poľa poľa, menič a zariadenie MPPT (maximálny sledovač Power Point) majú najvyššie body zlyhania.
Aby sa zabránilo tomu, aby vysoká energia prešla elektronikou a spôsobila vysoké poškodenie systému PV, nárasty napätia musia mať cestu k zemi. Za týmto účelom by sa mali byť všetky vodivé povrchy priamo uzemnené a všetky zapojenia, ktoré vstupuje a opúšťa systém (napríklad ethernetové káble a striedavé striedmy striedmy prvky), sa pripoja k uzemneniu pomocou zariadenia na ochranu proti prepätiu (SPD).
Pre každú skupinu reťazcov v rámčeku poľa, rekombinérovej skrinky, ako aj DC odpojenia, je potrebná SPD.
Klasifikácie ochranných zariadení prepätia
SPD poskytujú ochranu pred nebezpečenstvami spôsobenými nárastmi.
UL 1449 [4] Definuje SPD typu 1, typu 2 a typu 3:
Typ 1:Jeden port, trvalo pripojené SPD, s výnimkou Watt - Hodinové kryty s zásuvkou, určené na inštaláciu medzi sekundárnym servisným transformátorom a stranou riadku servisného zariadenia, ako aj zaťaženia, ako aj na strane zaťaženia, vrátane konzervovaného zariadenia 1}}}}}}}}}} a formovaných puzdier, ktoré sa zameriavajú na inštaláciu bez externého ochranného zariadenia. SPD typu 1 na použitie vo PV systémoch je možné pripojiť medzi FV poľa a odpojením hlavnej služby.
Typ 2:Natrvalo pripojené SPD určené na inštaláciu na strane zaťaženia príslušenstva servisného zariadenia; vrátane SPD umiestnených na vetvovom paneli a formovaných prípadov SPD. Hodnota IMAX je maximálny prúd s jedným výbojom predstavovaný vlnovým tvarom 8/20 µs, ktorý môže SPD podporovať.
Typ 3:Bod využitia SPD, nainštalované s minimálnou dĺžkou vodiča 10 metrov od elektrického servisného panela do bodu využívania, napríklad pripojené káble, priama zástrčka -, typ nádoby a SPD nainštalované v chránení využitia. Vzdialenosť (10 metrov) je výlučne vodičmi, ktoré sa používajú alebo používajú na pripojenie SPD.
SPD typu 1 chránia pred priamymi údermi blesku a vyznačujú sa prúdovou vlnou 10/350 µs. SPD typu 1 sa používajú v centrálnych meničoch.
SPD typu 2 chránia pred nepriamymi údermi blesku, ktoré sa vyznačujú vlnami 8/20 µS. Kriva 8/20 µS znamená, že štrajk má 8 µs čas nárastu a trvanie na jeden - polovičný vrchol 20 µs. SPD typu 2 bránia šíreniu prepätia do elektrických inštalácií a zariadení. Chránia tiež pred elektromagnetickým účinkom Lightningu, ktorý šíri nárast v drôte.
Na každom MPPT a v rámci invertorov reťazcov a polí by sa mal použiť SPD typu 2.
Škatule, kde sa vyskytujú prepätia, sú zvyčajne poškodené nepriamymi údermi. Nie je to len typ materiálu a výšky, ale aj tvar, ktorý ovplyvňuje schopnosť objektu priťahovať údery blesku. Ak má tvar škatule alebo materiálu sklon k prilákaniu úderov blesku, mala by sa použiť SPD typu 1 alebo blesk.
Výška, špicaté tvary a izolácia sú dominantnými charakteristikami, ktoré určujú, kde zasiahne blesk. Je to mýtus, že kov priťahuje blesky. Je však dôležité poznamenať, že bez ohľadu na to, kde sa nachádza PV farma, alebo tvar všetkých blízkych objektov, sú SPD nevyhnutné pre každý PV systém z dôvodu ich vlastnej citlivosti na priame a nepriame štrajky.
Výber a inštalácia ochrany zariadenia prepätia pre PV systémy
PV systémy majú jedinečné vlastnosti, ktoré si preto vyžadujú použitie SPD, ktoré sú špeciálne navrhnuté pre PV systémy.
PV systémy majú vysoké napätie systému DC do 1500 voltov. Ich maximálny výkonový bod funguje iba na niekoľko percentilov pod skratovým obvodom systému.
Ak chcete určiť správny modul SPD pre PV systém a jeho inštaláciu, musíte vedieť:
hustota blesku blesku;
prevádzková teplota systému;
napätie systému;
Hodnotenie prúdového prúdu systému;
úroveň vlny, ktorý sa má chrániť proti (nepriamym alebo priamym bleskom); a
nominálny prietok.
Požiadavky SPD na inštaláciu, ktorá je chránená externým systémom ochrany blesku (LPS), závisia od vybranej triedy LPS a od toho, či je izolovaná separačná vzdialenosť medzi LPS a inštaláciou PV alebo je izolovaná ne - [4]. IEC 62305-3 podrobne popisuje požiadavky na vzdialenosť vzdialenosti pre externé LP.
Aby sa dosiahol ochranný účinok, úroveň ochrany napätia SPD (nahor) by mala byť o 20 % nižšia ako dielektrická pevnosť terminálového zariadenia systému.
Je dôležité použiť SPD so skratom odolávať prúdu väčšiemu ako skratový prúd solárneho poľa, ku ktorému je SPD pripojený. SPD, ktorý je uvedený na výstupe jednosmerného prúdu, musí mať DC MCOV rovný alebo väčší ako maximálne napätie fotovoltaického systému na paneli.
Keď blesky zasiahne v bode A (pozri obrázok 1), pravdepodobne sa poškodí solárny PV panel a menič. Iba menič bude poškodený, ak blesk zasiahne v bode B. Invertor je však zvyčajne najdrahším komponentom v systéme PV, a preto je nevyhnutné správne vybrať a nainštalovať správny SPD na riadky AC aj DC. Čím bližšie je štrajk k meničovi, tým viac poškodený bude menič.
Obrázok 1.Lightning Strike Poloha.
SPD pre DC stranu fotovoltaických systémov
PV zdroje majú veľmi odlišné charakteristiky prúdu a napätia ako tradičné zdroje jednosmerného prúdu: majú ne - lineárnu charakteristiku a spôsobujú dlhé - termín pretrvávanie zapálených oblúkov. Zdroje prúdu PV preto vyžadujú nielen väčšie FV prepínače a PV poistky, ale aj prerušovací ochranný zariadení, ktoré je prispôsobené tejto jedinečnej povahe a schopné zvládnuť PV prúdy.
SPD nainštalované na strane DC musia byť vždy špeciálne navrhnuté pre DC aplikácie. Použitie SPD na nesprávnej strane AC alebo DC je za poruchových podmienok nebezpečné.
Ak sa SPD používajú na strane jednosmernej strany, musia sa tiež použiť na strane striedavého prúdu kvôli potenciálnym rozdielom.
SPD pre stranu AC
Ochrana proti prepätiu je rovnako dôležitá pre stranu striedavého prúdu ako pre stranu DC. Uistite sa, že SPD je špeciálne navrhnutý pre stranu striedavého prúdu.
Pre optimálnu ochranu by mala byť SPD špecificky pre systém. Správny výber zaručí najlepšiu ochranu pri najdlhšej životnosti.
Na strane striedavého prúdu je možné pripojiť k rovnakému SPD viacero invertorov, ak zdieľajú rovnaké pripojenie mriežky.
Inštalácia
SPD by sa mali vždy nainštalovať pred zariadeniami, ktoré chránia. NFPA 780 12.4.2.1 hovorí, že ochrana proti prepätiu sa musí poskytnúť na jednosmernom výstupe solárneho panela od pozitívneho po zem a negatívne k zemi, v boxe na kombinéri a rekombinérovú škatuľu pre viacero solárnych panelov a na výstupe striedavého prúdu meniča.
Správna inštalácia SPD sa spolieha na tri hodnoty, ktoré sú:
Maximálne kontinuálne prevádzkové napätie: napätie, ktoré bude aktivovať SPD.
Úroveň ochrany napätia: Kategória prepätia zariadenia musí byť vyššia ako úroveň ochrany napätia SPD.
Nominálny výtok prúd: Maximálna hodnota tvaru vlny (8/20 µs pre SPD typu 2), že SPD je schopný vydržať po opakujúcich sa nárazoch.
Káble
Káble vo FV systémoch sa často rozširujú na veľké vzdialenosti, aby sa mohli dostať do bodu pripojenia mriežky. Dlhé dĺžky káblov sa však nikdy neodporúčajú a PV systémy nie sú ani zďaleka výnimkou.
Dôvodom je, že účinok poľa - založený a vykonávaný elektrický interferencia, ktoré je spôsobené zvyšovaním výbojov blesku vo vzťahu so zvyšujúcimi sa dĺžkami kábla a slučkami vodičov. Ak dôjde k prechodnému prepätiu, akýkoľvek induktívny pokles napätia v spojovacích kábloch môže oslabiť ochranný účinok SPD. Je to menej pravdepodobné, že sa to stane, ak sú káble smerované tak, aby boli čo najkratšie.
Spätné napätie významne prispieva k zlyhaniu kábla a každý impulz na kábele prispeje k zhoršeniu sily izolácie kábla.
Ak sa prepätie vstrekuje do stojanu - Samotný PV Systém (systém, ktorý je ďaleko od elektrickej mriežky), môžu sa narušiť všetky operácie zariadení, ktoré sú poháňané solárnou elektrinou, ako je lekárske vybavenie alebo zásobovanie vodou.
Poloha a množstvo SPD, ktoré sa majú nainštalovať na stranu DC, závisia od dĺžky kábla medzi solárnymi panelmi a meničom (pozri tabuľku 1). Ak je dĺžka menšia ako 10 metrov, je potrebná iba jedna SPD a SPD by sa mal nainštalovať v rovnakej blízkosti ako menič. Ak je dĺžka kábla viac ako 10 metrov, nainštalujte jednu SPD v blízkosti meniča, ako aj druhý SPD v krabici, ktorý je blízko solárneho panela.
Káble trasy takým spôsobom, ktorý sa vyhýba veľkým vodičským slučkám. Linky AC a DC a dátové vedenia musia byť smerované spolu s ekvipotenciálnymi väzbovými vodičmi pozdĺž celej trasy, aby sa zabezpečilo, že slučky vodiča sa nevytvárajú z smerovania cez niekoľko reťazcov alebo pri pripojení meniča k mriežke.
Tabuľka 1.Výber SPD.
Ako kombinovať SPD s meničmi
Farmy PV sa skladajú z veľmi citlivých zariadení, ktoré si vyžaduje rozsiahlu ochranu. Pretože PV farmy vytvárajú energiu priameho prúdu (DC), meniče (ktoré sú potrebné na premenu tohto výkonu z DC na AC) sú nevyhnutnou súčasťou ich elektrickej výroby. Nanešťastie sú meniče nielen veľmi náchylné na údery blesku, ale sú neuveriteľne drahé.
NFPA 780,Štandard pre inštaláciu systémov ochrany blesku, v 12.4.2.3 vyžaduje ďalšie SPD na DC vstupu meniča, ak je systémový menič viac ako 30 metrov od najbližšieho kombinátora alebo rekombinérového boxu.
Nainštalujte SPD medzi poistky a menič, ak existujú chrániče reťazcov (napríklad poistky, DC ističe alebo reťazcové diódy) [pozri obrázok 2].
Obrázok 2.SPD správne a nesprávne pripojené k meniči s chráničmi strún.
Ak chcete pripojiť SPD, keď existuje menič s integrovanou poistkovou skrinkou, uistite sa, že vnútorné poistky sú obídené a či sú pripojené poistky externého reťazca (pozri obrázok 3). SPD musia byť namontované mimo meniča a v type Nema - 3 r alebo vyššie, ak ide o vonkajšiu aplikáciu.
Invertory reťazcov by mali byť nainštalované čo najbližšie k reťazcom. Káble SPD, ktoré sa pripájajú k sieti L+/L - a medzi koncovým blokom SPD a uzemňovacou príveskou, musia byť menšie ako 2,5 metra. Čím kratšie sú pripojené káble, tým efektívnejšia a náklady - bude účinná ochrana.
Pre meniče s iba jedným sledovačom MPP kombinujte reťazec pred meničom a pripojte ich k SPD v mieste prepojenia.
Kombinácie SPD by sa mali naplánovať pre každý vstup, keď má menič viac sledovateľov MPP. SPD sa musí použiť pre každý vstup, ktorý je fúzovaný so reťazcovou diódou.
Obrázok 3.SPD pripojený k meničovi s integrovanou poistkovou skrinkou
Záver
Prevádzkovanie fotovoltaických zariadení bez riadnej ochrany proti prepätiu je viac ako riskantné podnikanie - Je to bezohľadné.
Aby boli solárne systémy budúcnosťou zelenšieho sveta, musia byť chránené. Výskyt bleskov je nezastaviteľný, a preto je nevyhnutná ochrana.
Zraniteľnosť fotovoltaických systémov voči úderom blesku - Priama aj nepriama - znamená, že musia byť postavené so spoľahlivou a správne nainštalovanou ochranou prepätia.