Вовед

Во современите енергетски системи и апликации за електронска опрема, пренапонските заштитници (SPD) и инверторите, како две клучни компоненти, нивното заедничко работење е клучно за обезбедување безбедно и стабилно работење на целиот систем. Со брзиот развој на обновливите извори на енергија и широката примена на електронските уреди за напојување, комбинираната употреба на овие две станува сè почеста. Оваа статија ќе ги разгледа принципите на работа, критериумите за избор, методите на инсталација на SPD и инверторите, како и како тие можат оптимално да се спарат за да обезбедат сеопфатна заштита за енергетските системи.

 

 

Глава 1: Сеопфатна анализа на пренапонски заштитници

 

1.1 Што е заштита од пренапон?

 

Уред за заштита од пренапон (SPD скратено), познат и како одводник на пренапон или заштитник од пренапон, е електронски уред кој обезбедува безбедносна заштита за различна електронска опрема, инструменти и комуникациски линии. Може да го поврзе заштитеното коло со еквипотенцијалниот систем за екстремно кратко време, со што потенцијалот на секој порт на опремата ќе се изедначи, а истовремено да ја ослободи струјата на пренапон генерирана во колото поради удари од гром или работа на прекинувачот кон земјата, со што ќе ја заштити електронската опрема од оштетување.

 

Пренапонските заштитници се широко користени во области како што се комуникација, енергетика, осветлување, мониторинг и индустриска контрола, и тие се неопходна и важна компонента на современото инженерство за заштита од гром. Според стандардите на Меѓународната електротехничка комисија (IEC), пренапонските заштитници може да се класифицираат во три категории: Тип I (за директна заштита од гром), Тип II (за заштита на дистрибутивниот систем) и Тип III (за заштита на терминална опрема).

 

1.2 Принцип на работа на пренапонска заштита

 

Основниот принцип на работа на пренапонскиот заштитник се базира на карактеристиките на нелинеарните компоненти (како што се варистори, цевки за гасно празнење, диоди за потиснување на преоден напон итн.). Под нормален напон, тие имаат состојба на висока импеданса и речиси никакво влијание врз работата на колото. Кога ќе се појави пренапон, овие компоненти можат да се префрлат во состојба на ниска импеданса во рок од наносекунди, пренасочувајќи ја енергијата на пренапон кон земјата и со тоа ограничувајќи го напонот низ заштитената опрема на безбеден опсег.

Специфичниот процес на работа може да се подели во четири фази:

 

1.2.1 Фаза на мониторинг

 

СПД конВнимателно ги следи флуктуациите на напонот во колото. Останува во состојба на висока импеданса во рамките на нормалниот опсег на напон, без да влијае на нормалното работење на системот.

 

1.2.2 Фаза на одговор

 

Кога ќе се открие дека напонот го надминува зададениот праг (како што е 385V за систем од 220V), заштитниот елемент реагира брзо во рок од наносекунди.

 

1.2.3 Испуштање фаза

Заштитниот елемент се префрла во состојба со ниска импеданса, создавајќи патека на празнење за да ја насочи прекумерната струја кон земјата, додека го стега напонот низ заштитената опрема на безбедно ниво.

 

1.2.4 Фаза на закрепнување:

По пренапонот, заштитната компонента автоматски се враќа во состојба на висока импеданса, а системот продолжува со нормална работа. За типовите што не се самообновуваат, може да биде потребна замена на модулот.

 

1.3 Како до изберете заштита од пренапон

 

Изборот на соодветен заштитник за пренапони бара разгледување на различни фактори за да се обезбеди најдобар ефект на заштита и економски придобивки.

 

1.3.1 Изберете го типот врз основа на карактеристиките на системот

 

- Системите за дистрибуција на електрична енергија TT, TN или IT бараат различни типови на SPD

- SPD за AC системи и DC системи (како што се фотоволтаични системи) не можат да се мешаат

- Разликата помеѓу еднофазни и трифазни системи

 

1.3.2 Клуч Совпаѓање на параметри

 

- Максималниот континуиран работен напон (Uc) треба да биде поголем од највисокиот можен континуиран напон што системот може да го сретне (обично 1,15-1,5 пати од номиналниот напон на системот)

- Нивото на заштита на напонот (Up) треба да биде пониско од напонот на отпор на заштитената опрема

- Номиналната струја на празнење (In) и максималната струја на празнење (Imax) треба да се изберат врз основа на локацијата на инсталација и очекуваниот интензитет на пренапонот

- Времето на одговор треба да биде доволно брзо (обично

 

1.3.3 Инсталација размислувања за локацијата

 

- Влезот за напојување треба да биде опремен со SPD од класа I или класа II

- Дистрибутивната табла може да биде опремена со SPD од класа II

- Предниот дел од опремата треба да биде заштитен со SPD за фина заштита од класа III.

 

1.3.4 Специјално Еколошки барања

 

- За надворешна инсталација, земете ги предвид оценките за водоотпорност и отпорност на прашина (IP65 или повисоко)

- Во средини со висока температура, изберете SPD уреди кои се погодни за високи температури.

- Во корозивни средини, изберете куќишта со антикорозивни својства

 

1.3.5 Сертификација Стандарди

 

- Усогласено со меѓународните стандарди како што се IEC 61643 и UL 1449

- Сертифицирано со CE, TUV, итн.

- За фотоволтаични системи, мора да се усогласи со стандардот IEC 61643-31

 

1.4 Како да инсталирај заштитник за пренапон

 

Правилната инсталација е клучна за обезбедување на ефикасноста на пренапонските заштитници. Еве еден професионален водич за инсталација.

 

1.4.1 Инсталација Локација Избор

 

- SPD-от за влез во напојувањето треба да се инсталира во главната разводна кутија, што е можно поблиску до крајот на влезната линија.

- Секундарната разводна кутија SPD треба да се инсталира по прекинувачот.

- Предниот SPD за опремата треба да биде поставен што е можно поблиску до заштитената опрема (се препорачува растојанието да биде помало од 5 метри).

 

1.4.2 Ожичување Спецификации

 

- Методот на поврзување „V“ (Келвинова врска) може да го намали влијанието на индуктивноста на оловото.

- Поврзувачките жици треба да бидат што е можно пократки и прави (

- Попречниот пресек на жиците треба да биде во согласност со стандардите (обично не помалку од 4 mm² бакарна жица).

- За заземјувачката жица треба по можност да се избере жолто-зелена жица со две бои, со пресек не помал од оној на фазната жица.

 

1.4.3 Заземјување Барања

 

- Терминалите за заземјување на SPD мора да бидат безбедно поврзани со заземјувачката шина на системот.

- Отпорот на заземјување треба да биде во согласност со системските барања (обично

- Избегнувајте претерано долги жици за заземјување, бидејќи тоа ќе ја зголеми импедансата на заземјувањето.

 

1.4.4 Инсталација Чекори

 

1) Исклучете го напојувањето и проверете дали нема напон

2) Резервирајте позиција за инсталација во разводната кутија според големината на SPD

3) Прицврстете ја основата на SPD или водилката

4) Поврзете ја фазната жица, неутралната жица и заземјувачката жица според шемата за поврзување

5) Проверете дали сите врски се безбедни

6) Вклучете го напојувањето за тестирање, набљудувајте ги индикаторските светла за статус

 

1.4.5 Инсталација Мерки на претпазливост

 

- Не го инсталирајте SPD пред осигурувачот или прекинувачот.

- Треба да се одржува соодветно растојание (должина на кабел > 10 метри) помеѓу повеќе SPD или треба да се додаде уред за одвојување.

- По инсталацијата, на предниот крај на SPD треба да се инсталира уред за заштита од прекумерна струја (како што е осигурувач или прекинувач).

- Треба да се спроведуваат редовни инспекции (најмалку еднаш годишно) и одржување. Засилени инспекции треба да се спроведуваат пред и по сезоната на грмотевици.

 

Глава 2: Во-длабинска анализа на инвертори

 

2.1 Што е инвертер?

 

Инвертерот е електронски уред за напојување кој ја претвора еднонасочната струја (DC) во наизменична струја (AC). Тој е неопходна клучна компонента во современите енергетски системи. Со брзиот развој на обновливата енергија, примената на инвертерите станува сè пораспространета, особено во фотоволтаичните системи за производство на енергија, системите за производство на енергија од ветер, системите за складирање на енергија и системите за непрекинато напојување (UPS).

 

 

Инвертерите можат да се класифицираат во квадратни инвертори, модифицирани синусоидни инвертори и чисто синусоидни инвертори врз основа на нивните излезни бранови форми; тие исто така можат да се категоризираат во мрежно поврзани инвертори, инвертори надвор од мрежата и хибридни инвертори според нивните сценарија на примена; и тие можат да се поделат на микро инвертори, низа инвертори и централизирани инвертори врз основа на нивните номинални моќности.

 

2.2 Работа Принцип на инвертер

 

Основниот принцип на работа на инверторот е да ја претвори еднонасочната струја во наизменична струја преку брзите прекинувачки дејства на полупроводнички прекинувачки уреди (како што се IGBT и MOSFET). Основниот процес на работа е како што следува:

 

2.2.1 Влез на еднонасочна струја Фаза

 

Напојувањето со еднонасочна струја (како што се фотоволтаични панели, батерии) снабдува еднонасочна електрична енергија до инверторот.

 

2.2.2 Засилување Фаза (Опционално)

 

Влезниот напон се зголемува до ниво погодно за работа на инверторот преку коло за зголемување на напонот DC-DC.

 

2.2.3 Инверзија Фаза

 

Контролните прекинувачи се вклучуваат и исклучуваат во одредена секвенца, претворајќи ја еднонасочната струја во пулсирачка еднонасочна струја. Потоа таа се филтрира од филтерското коло за да формира наизменична бранова форма.

 

2.2.4 Излез Фаза

 

Откако ќе помине низ LC филтрирање, излезот ќе биде квалификувана наизменична струја (како што се 220V/50Hz или 110V/60Hz).

 

За инвертори поврзани на мрежа, исто така вклучува напредни функции како што се синхрона контрола на поврзувањето со мрежата, следење на максималната точка на моќност (MPPT) и заштита од ефект на островизирање. Современите инвертори обично користат PWM (Модулација на ширината на пулсот) технологија за подобрување на квалитетот и ефикасноста на брановите форми.

 

2.3 Како да избира инвертер

 

Изборот на соодветен инвертер бара земање предвид на повеќе фактори:

 

2.3.1 Изберете го типот базирано на сценариото на апликацијата

 

- За системи поврзани на мрежа, изберете инвертори поврзани на мрежа

- За системи надвор од мрежата, изберете инвертори надвор од мрежата

- За хибридни системи, изберете хибридни инвертори

 

2.3.2 Моќ Спојување

 

- Номиналната моќност треба да биде малку поголема од вкупната моќност на оптоварувањето (препорачана маргина од 1,2 - 1,5 пати)

- Земете го предвид моменталниот капацитет на преоптоварување (како што е струјата на стартување на моторот)

 

2.3.3 Влез карактеристика совпаѓање

 

- Опсегот на влезниот напон треба да го покрива опсегот на излезниот напон на напојувањето.

- За фотоволтаични системи, бројот на MPPT патеки и влезната струја треба да се совпаѓаат со параметрите на компонентите.

 

2.3.4 Излез Карактеристики Барања

 

- Излезниот напон и фреквенција се во согласност со локалните стандарди (како што се 220V/50Hz)

- Квалитет на бранови форми (по можност инвертер со чист синусен бран)

- Ефикасност (висококвалитетните инвертори имаат ефикасност од > 95%)

 

2.3.5 Заштита Функции

 

- Основни заштити како што се пренапон, поднапон, преоптоварување, краток спој и прегревање

- За инвертори поврзани на мрежа, потребна е заштита од ефект на островско поврзување

- Заштита од обратно вбризгување (за хибридни системи)

 

2.3.6 Еколошки Прилагодливост

 

- Работен температурен опсег

- Степен на заштита (за надворешни инсталации е потребен IP65 или повисок)

- Прилагодливост на надморска височина

 

2.3.7 Сертификација Барања

 

- Инверторите поврзани на мрежата мора да имаат локални сертификати за поврзување со мрежата (како што се CQC во Кина, VDE-AR-N 4105 во ЕУ, итн.)

- Сертификати за безбедност (како што се UL, IEC, итн.)

 

2.4 Како да инсталирај инверторот

 

Правилната инсталација на инверторот е од витално значење за неговите перформанси и век на траење:

 

2.4.1 Инсталација Локација Избор

 

- Добро проветрено, избегнувајте директна сончева светлина

- Температура на околината од -25℃ до +60℃ (погледнете ги спецификациите на производот за детали)

- Суво и чисто, избегнувајќи прашина и корозивни гасови

- Локација погодна за работа и одржување

- Што е можно поблиску до батеријата (за да се намали губењето на линијата)

 

2.4.2 Механички Инсталација

 

- Инсталирајте со помош на ѕидна монтажа или држачи за да обезбедите стабилност

- Држете го вертикално поставен за подобра дисипација на топлината

- Оставете доволно простор наоколу (обично повеќе од 50 см над и под, и повеќе од 30 см лево и десно)

 

2.4.3 Електрични Врски

 

- Приклучок на страна од еднонасочна струја:

- Проверете го точниот поларитет (позитивните и негативните терминали не смеат да бидат обратни)

- Користете кабли со соодветни спецификации (обично 4-35 mm²)

- Препорачливо е да се инсталира прекинувач за еднонасочна струја на позитивниот терминал

 

- Приклучок на страна од AC:

- Поврзете според L/N/PE

- Спецификациите за кабелот мора да ги исполнуваат тековните барања

- Мора да се инсталира прекинувач за наизменична струја

 

- Заземјување:

- Обезбедете сигурно заземјување (отпор на заземјување

- Дијаметарот на заземјувачката жица мора да биде не помалку од дијаметарот на фазната жица

 

2.4.4 Систем Конфигурација

 

- Инверторите поврзани на мрежата мора да бидат опремени со соодветни уреди за заштита на мрежата.

- Инверторите надвор од мрежата треба да бидат конфигурирани со соодветни батерии.

- Поставете ги точните системски параметри (напон, фреквенција, итн.)

 

2.4.5 Инсталација Мерки на претпазливост

 

- Пред инсталацијата, проверете дали сите извори на напојување се исклучени.

- Избегнувајте поставување на еднонасочни и наизменични водови еден до друг

- Одделете ги комуникациските линии од електричните водови

- Спроведете темелна проверка по инсталацијата пред да го вклучите за тестирање

 

2.4.6 Дебагирање и Тестирање

 

- Измерете го отпорот на изолација пред да го вклучите напојувањето

- Постепено вклучете го напојувањето и набљудувајте го процесот на стартување

- Проверете дали различните заштитни функции функционираат правилно

- Мерење на излезен напон, фреквенција и други параметри

 

Глава 3: Соработка помеѓу SPD и инвертер

 

3.1 Зошто на На инверторот му е потребна заштита од пренапон?

 

Како електронски уред за напојување, инверторот е многу чувствителен на флуктуации на напонот и бара заедничка заштита од пренапонска заштита. Главните причини за ова се:

 

3.1.1 Високо Чувствителност на инвертер

 

Инверторот содржи голем број прецизни полупроводнички уреди и контролни кола. Овие компоненти имаат ограничена толеранција на пренапон и се многу подложни на оштетување од пренапони.

 

3.1.2 Систем Отвореност

Еднонасочните и наизменичните линии во фотоволтаичниот систем се обично доста долги и делумно изложени на отворено, што ги прави посклони кон пренапонски струи предизвикани од молњи.

 

3.1.3 Двојно Ризици

Инверторот не е изложен само на закани од пренапон од страната на електричната мрежа, туку може да биде подложен и на влијанија од пренапон од страната на фотоволтаичниот систем.

 

3.1.4 Економски Загуба

Инвертерите се обично една од најскапите компоненти во фотоволтаичниот систем. Нивното оштетување може да доведе до парализа на системот и високи трошоци за поправка.

 

3.1.5 Безбедност Ризик

Оштетувањето на инверторот може да доведе до секундарни несреќи како што се електричен удар и пожар.

 

Според статистичките податоци, кај фотоволтаичните системи, приближно 35% од дефектите на инверторот се поврзани со преоптоварување на електричната енергија, а повеќето од нив може да се избегнат преку разумни мерки за заштита од пренапон.

 

3.2 Решение за системска интеграција на пренапонска заштита и инвертер

 

Комплетна шема за заштита од пренапон за фотоволтаичен систем треба да вклучува повеќе нивоа на заштита:

 

3.2.1 ДЦ Страна Заштита

 

- Инсталирајте наменски DC SPD специјално за фотоволтаични системи во рамките на DC комбинирачката кутија на фотоволтаичниот низ.

- Инсталирајте DC SPD од второ ниво на влезниот крај на DC на инверторот.

- Заштитете ги фотоволтаичните модули и DC/DC делот на инверторот.

 

3.2.2 Комуникација-страна заштита

 

- Инсталирајте го AC SPD од прво ниво на излезниот крај на AC на инверторот

- Инсталирајте го AC SPD од второ ниво на точката за поврзување со мрежата или на разводниот кабинет

- Заштитете го DC/AC делот од инверторот и интерфејсот со електричната мрежа

 

3.2.3 Сигнал Јамка Заштита

 

- Инсталирајте сигнални SPD за комуникациски линии како што се RS485 и Ethernet

- Заштитете ги контролните кола и системите за следење

 

3.2.4 Еднакво Потенцијал Врска

 

- Осигурајте се дека сите SPD терминали за заземјување се безбедно поврзани со заземјувањето на системот

- Намалете ја потенцијалната разлика помеѓу системите за заземјување

 

3.3 Координирано разгледување на избор и инсталација

 

При заедничка примена на пренапонски заштитници и инвертори, при изборот и инсталацијата треба посебно да се земат предвид следниве фактори:

 

3.3.1 Усогласување на напонот

 

- Вредноста Uc на SPD од страната на DC мора да биде поголема од максималниот напон на отворено коло на фотоволтаичниот систем (земајќи го предвид коефициентот на температура)

- Вредноста Uc на SPD од страната на наизменична струја треба да биде поголема од максималниот континуиран работен напон на електричната мрежа

- Вредноста Up на SPD треба да биде помала од вредноста на напонот на отпор на секој порт на инверторот

 

3.3.2 Тековен капацитет

 

- Изберете ги In и Imax на SPD врз основа на очекуваната пренапонска струја на локацијата за инсталација.

- За DC страната на фотоволтаичниот систем, се препорачува употреба на SPD со најмалку 20kA (8/20μs).

- За страната на наизменичната струја, изберете SPD со 20-50kA во зависност од локацијата.

 

3.3.3 Координација и соработка

 

- Треба да постои соодветно усогласување на енергијата (растојание или раздвојување) помеѓу повеќе SPD-а.

- Осигурајте се дека SPD-ите блиску до инверторот не ја носат целата енергија на пренапон сами.

- Вредностите нагоре на секое ниво на SPD треба да формираат градиент (обично, горното ниво е 20% или повеќе повисоко од долното ниво).

 

3.3.4 Специјално Барања

 

- Фотоволтаичниот DC SPD мора да има заштита од обратно поврзување.

- Размислете за двонасочна заштита од пренапон (пренапоните може да се воведат и од страната на мрежата и од страната на фотоволтаикот).

- Изберете SPD-а со можности за висока температура за употреба во средини со висока температура.

 

3.3.5 Инсталација Совети

 

- SPD треба да се постави што е можно поблиску до заштитениот порт (терминали на инверторот DC/AC)

- Каблите за поврзување треба да бидат што е можно пократки и прави за да се намали индуктивноста на водот

- Осигурајте се дека системот за заземјување има ниска импеданса

- Избегнувајте формирање јамка во водовите помеѓу SPD и инверторот

 

3.4 Одржување и решавање проблеми со нив.

 

Точки за одржување на координираниот систем на пренапонски заштитници и инвертори:

 

3.4.1 Регуларно инспекција

 

- Визуелно проверувајте го индикаторот за статус на SPD месечно.

- Проверувајте ја затегнатоста на поврзувањето на секои три месеци.

- Мерејте го отпорот на заземјувањето годишно.

- Проверете веднаш по удар од гром.

 

3.4.2 Чести решавање проблеми

 

- Често работење на SPD: Проверете дали напонот на системот е стабилен и дали моделот на SPD е соодветен.

- Грешка на SPD: Проверете дали уредот за заштита на предниот дел е компатибилен и дали пренапонот го надминува капацитетот на SPD.

- Инверторот е сè уште оштетен: Проверете дали позицијата за инсталација на SPD е разумна и дали поврзувањето е правилно.

- Лажен аларм: Проверете ја компатибилноста помеѓу SPD и инверторот и дали заземјувањето е добро.

 

3.4.3 Замена Стандарди

 

- Индикаторот за статус покажува дефект

- Изгледот покажува очигледни оштетувања (како што се горење, пукање итн.)

- Доживување на настани со пренапон што ја надминуваат номиналната вредност

- Достигнување на препорачаниот век на траење од производителот (обично 8-10 години)

 

3.4.4 Систем Оптимизација

 

- Прилагодете ја конфигурацијата на SPD врз основа на оперативно искуство

- Примена на нови технологии (како што е интелигентно следење на SPD)

- Зголемете ја заштитата соодветно за време на проширувањето на системот

 

Поглавје 4: Иднина Трендови во развојот

 

Со развојот на технологијата Интернет на нештата, интелигентните SPD ќе станат тренд:

 

4.1 Интелигентен бран заштита технологија

Со развојот на технологијата Интернет на нештата, интелигентните SPD ќе станат тренд:

- Следење во реално време на статусот на SPD и преостанатиот животен век

- Евидентирање на бројот и енергијата на настаните со пренапон

- Далечински аларм и дијагноза

- Интеграција со системи за следење на инвертори

 

4.2 Повисоко перформанси заштитни уреди

 

Во развој се нови видови заштитни уреди:

- Уреди за заштита во цврста состојба со побрзо време на одговор

- Композитни материјали со поголем капацитет за апсорпција на енергија

- Самопоправувачки заштитни уреди

- Модули кои интегрираат повеќекратни заштити како што се заштита од пренапон, прекумерна струја и прегревање

 

4.3 Систем-ниво решение за соработка при заштита

 

Идната насока на развој е да се развива од заштита на еден уред до соработка на системско ниво:

- Координирана соработка помеѓу SPD и вградената заштита на инверторот

- Прилагодени шеми за заштита врз основа на карактеристиките на системот

- Стратегии за динамичка заштита кои го земаат предвид влијанието на интеракцијата со мрежата

- Предвидлива заштита во комбинација со алгоритми за вештачка интелигенција

 

Заклучок

 

Координираното работење на пренапонските заштитници и инверторите е клучна гаранција за безбедно работење на современите енергетски системи. Преку научна селекција, стандардизирана инсталација и сеопфатна системска интеграција, ризикот од пренапони може да се минимизира во најголема мера, животниот век на опремата може да се продолжи и сигурноста на системот може да се подобри. Со напредокот на технологијата, соработката меѓу нив ќе стане поинтелигентна и поефикасна, обезбедувајќи посилна поддршка за заштита за развој на чиста енергија и примена на опрема за енергетска електроника.

 

За дизајнерите на системи и персоналот за инсталација/одржување, темелното разбирање на принципите на работа на пренапонските заштитници и инверторите, како и клучните точки на нивната координација, ќе помогне во дизајнирањето пооптимизирани решенија и создавање поголема вредност за корисниците. Во денешната ера на енергетска транзиција и забрзана електрификација, ова размислување за соработка во заштитата меѓу уредите е особено важно.