Соработка на пренапонски заштитници, прекинувачи и осигурувачи во фотоволтаични системи: Функционална анализа и дискусија за неопходноста

Вовед

Со брзиот развој на глобалната фотоволтаична индустрија, безбедноста и стабилноста на системите за производство на сончева енергија станаа фокус на вниманието на индустријата. Фотоволтаичните системи се изложени на отворено долго време и се ранливи на закани како што се удари од гром, флуктуации на електричната мрежа и дефекти на опремата, што може да предизвика оштетување на опремата или дури и пожар. Пренапонските заштитници (SPD), прекинувачите и осигурувачите се клучни заштитни уреди кои секој ги извршува своите должности и соработува едни со други за да обезбеди безбедно работење на системот. Оваа статија длабински ќе ги анализира нивните функции, механизми за координација и потребата да се обезбеди референца за корисниците во индустријата.

I. „Невидливиот убиец“ со кој се соочуваат фотоволтаичните системи

Фотоволтаичните електрани се како „челични воини“ кои работат на отворено, постојано трпејќи разни сурови тестови.

1.1 Проблеми со удар од гром:

Особено, на Блискиот Исток и Југоисточна Азија, една сезона на грмотевици може да ги парализира системите на кои им недостасува заштита.
1.2 Флуктуации во електричната мрежа:
Во чилеанскиот проект за кој бев задолжен, неколку делови од опремата беа изгорени поради ненадејно зголемување на напонот во мрежата.

1.3 Ризик од краток спој:
Минатата година, еден проект во Германија доживеа краток спој поради стари кабли, што речиси предизвика пожар.

Овие ризици не се претерување. Според Меѓународната алијанса за безбедност на фотоволтаичните системи, над 60% од дефектите на фотоволтаичните системи се должат на несоодветна електрична заштита.

II. Основни функции на уредите за заштита од пренапон (SPD)

2.1 Принцип на работа
SPD го пренасочува преодниот пренапон кон земјата преку метални оксидни варистори (MOV) или цевки за гасно празнење (GDT), ограничувајќи го напонот во безбеден опсег. Во фотоволтаичните системи, SPD обично се инсталираат на следниве локации:
DC страна (помеѓу модулите и инверторот): За заштита од пренапон предизвикани од гром.
AC страна (помеѓу инверторот и мрежата): За потиснување на пренапонот од страната на мрежата.

2.2 Клучни параметри
Максимален континуиран работен напон (Uc): Мора да одговара на нивото на напон на фотоволтаичниот систем (како што се 1000V DC или 1500V DC).
Струја на празнење (In/Iimp): Ја одразува способноста за празнење на струјата на молњата, а фотоволтаичните системи обично бараат 20kA или повеќе.
Ниво на заштита на напон (горе): Ја одредува големината на преостанатиот напон и мора да биде помала од напонот на отпор на заштитената опрема.

2.3 Неопходност
Спречете оштетување на скапа опрема како што се инвертори и комбинерски кутии од пренапон.
Усогласете се со меѓународните стандарди (како што се IEC 6164331, UL 1449) и барањата за прифаќање за фотоволтаични електрани.

Ⅲ. Функција и избор на прекинувачи и осигурувачи

3.1 Прекинувач на струјно коло
Функција:
• Заштита од преоптоварување: Кога струјата ја надминува зададената вредност (како на пример 1,3 пати од номиналната струја), механизмот за термичко исклучување работи.
• Заштита од краток спој: Механизмот за електромагнетно исклучување ја прекинува струјата на краток спој (како 10kA) во милисекунди.

• Карактеристики на примена за фотоволтаични системи:
Треба да се избере наменски прекинувач за еднонасочна струја (како што е DC 1000V/1500V).
Капацитетот на прекинување треба да одговара на струјата на краток спој на системот (обично ≥ 15kA).

3.2 Осигурувач
Функција:
Со топење на елементот на осигурувачот, може брзо да го изолира неисправното коло и да ја заштити сериски поврзаната гранка.

Предности:
Брзината на исклучување е поголема (на микросекундно ниво), погодна за сценарија со висока струја на краток спој.
Мал е по големина и погоден е за кутии што пренесуваат струја со ограничен простор.

3.3 Соработка со SPD

SPD е одговорен за заштита од напон, додека прекинувачите/заштитниците со осигурувачи се одговорни за заштита од струја.
Кога SPD ќе откаже поради прекин на пренапон, прекинувачите или заштитниците на осигурувачите можат веднаш да го исклучат неисправното коло за да спречат пожар.

Ⅳ. Студија на случај на систем за заштита на повеќе нивоа

Да земеме за пример фотоволтаична централа од 1 MW:
4.1 Заштита на страната на еднонасочна струја
Гранки на сериите на компоненти: Инсталирајте осигурувачи (како што е типот 10A gPV) за секоја серија.
Влез во кутијата за комбинирање: Инсталирајте SPD тип II (Up ≤ 1,5kV) и прекинувач за еднонасочна струја (63A).

4.2 Заштита на страната на наизменичната струја
Излезен крај на инверторот: Конфигурирајте SPD тип 1+2 (Iimp ≥ 12,5kA) и прекинувач со лиено куќиште (250A).

4.3 Симулација на сценарио на грешка
Кога ќе се случи удар од гром: SPD ослободува пренапонска струја и го ограничува напонот под 2kV; ако SPD откаже поради краток спој, прекинувачот се исклучува.
Кога има краток спој на линијата: Осигурувачот се топи во рок од 5ms за да се спречи ширењето на ефектот на термички точки.

Ⅴ. Мерки на претпазливост при избор и инсталација

5.1 Избор на SPD
За страната на еднонасочна струја, треба да се избере SPD специфичен за фотоволтаични напојувања (како што е PVSPD) за да се избегне проблемот со обратна струја на обичниот AC SPD.
Треба да се земе предвид температурната маргина (Uc треба да остави маргина во средини со висока температура).

5.2 Усогласување на прекинувач/осигурувач
Капацитетот на прекинување треба да биде поголем од максималната струја на краток спој на системот (како на пример струјата на грешка на низата може да достигне 1,5kA).
Номиналната струја на осигурувачот треба да биде поголема од 1,56 пати од струјата на краток спој на компонентата (Isc) (во согласност со NEC 690.8).

5.3 Предлози за системска интеграција
Должината на жицата помеѓу SPD и прекинувачот треба да биде ≤ 0,5 m за да се намали преостанатиот напон.
Треба да се спроведуваат редовни инспекции на индикаторите за статус на SPD, а неисправните модули треба да се заменуваат навреме.

Ⅵ. Индустриски трендови и стандардни ажурирања
• Побарувачка за висок напон: Со широкото усвојување на фотоволтаични системи од 1500V, нивоата на отпорен напон на SPD и прекинувачите треба синхронизирано да се подобрат.

• Интелигентно следење: Интелигентните SPD уреди што интегрираат сензори за температура и функции за безжична комуникација постепено се применуваат за да се постигне далечинско рано предупредување за грешки.

•Стандардно засилување: Новата верзија на IEC 625482023 наметна построги барања за координација на заштитните уреди за фотоволтаични системи.

Заклучок
Во фотоволтаичните системи, заштитниците од пренапон, прекинувачите и осигурувачите претставуваат комплетен систем за соработка „напон-струја“. Правилниот избор и конфигурација на овие компоненти не само што може да го продолжи работниот век на опремата и да ги намали трошоците за работа и одржување, туку се и основни услови за обезбедување безбедно работење на електраните. Со развојот на технологијата, интеграцијата и интелигенцијата на овие заштитни уреди дополнително ќе ја зголемат сигурноста на фотоволтаичните системи во иднина.