Zdroj: iaeimagazine.org
Perfektní bouře Lightningu pro zničení je na solárním poli. Velké - a často exponované a izolované - Umístění je kritickou ochranou proti přepětí, aby trvala jeho životnost.
Blesk je v atmosféře elektrickým výbojem. Když zasáhne blesky, požáry jsou náchylné k uvolnění energie. Nimbusovy mraky (dešťové mraky) mají koncentraci elektrického náboje a jejich akumulace vytváří ionizaci vzduchu. Ionizace vzduchu, který je mezi zemí a nimbusovými mraky, vytváří vypouštění z mraků na zem. Mraky Nimbus způsobují největší přepětí, protože jsou to, co vytvářejí blesky.
Nepřímé údery blesku jsou destruktivní. Neoficiální pozorování aktivity blesku je obvykle špatným ukazatelem úrovně blesku - indukované přepětí v PV polích1. Nepřímé údery blesku mohou snadno poškodit citlivé komponenty v rámci zařízení PV, které mají často vysoké náklady na opravu nebo nahrazení poškozených komponent a ovlivňují spolehlivost systému PV systému PV1. Přepětí závisí na podmínkách nastavení každého PV systému a vodičů.
PV systémy jsou vystaveny ve velkých otevřených prostorech, obvykle v polích nebo na vrcholcích budov. Nabité dešťové mraky, které se hromadí na takových otevřených polích, mají sklon uvolnit náboj ve formě blesku. Když k tomu dojde, pravděpodobně dojde k nárůstu napětí. Čím expanzivnější je pole, tím je pravděpodobnější zničení.
Elektronická zařízení lze snadno poškodit do bodu katastrofického selhání přepětí. Pokud dojde k nárůstu, když jsou přítomni jakýkoli personál, ohrožuje také jejich bezpečnost. Nepřímé údery blesku mohou být fatální, pokud je osoba do 60 stop od bodu úderu Lightning [2]. Když je PV systém umístěn na průmyslovém místě, obchodní operace a vybavení jsou také na ohrožení. Střídače jsou drahé, ale u průmyslových aplikací je ještě dražší selhání náklady na prostoje.
Když blesk zasáhne solární PV systém, způsobuje vyvolaný přechodný proud a napětí v smyčkách solárních PV systémových smyček. Tyto přechodné proudy a napětí se objeví na terminálech vybavení a pravděpodobně způsobí izolaci a dielektrické poruchy v komponentách solárních PV elektrické a elektroniky, jako jsou PV panely, střídač, ovládací a komunikační zařízení2, stejně jako zařízení v instalaci budovy3. Políčko Array, střídač a zařízení MPPT (maximální výkonový bod sledovače) mají nejvyšší body selhání.
Aby se zabránilo průchodu elektroniky a způsobujícím vysokému napětí do PV systému, musí mít napěťové přepětí cestu k zemi. Za tímto účelem by měly být všechny vodivé povrchy přímo uzemněny a veškeré zapojení, které vstupuje a opouští systém (jako jsou kabely Ethernetu a síť AC), budou spojeny s uzemněním prostřednictvím přepěťového ochranného zařízení (SPD).
Pro každou skupinu řetězců je zapotřebí SPD v poli Array, krabici Recombinera a odpojení DC.
Klasifikace zařízení na ochranu proti přepětí
SPD poskytují ochranu proti rizikům způsobeným přepětí.
UL 1449 [4] definuje typ 1, typ 2 a typ 3 SPD:
Typ 1:Jeden port, trvale připojený SPDS, s výjimkou Watt - hodinových měřičů zásuvkových krytů, určených pro instalaci mezi sekundárním servisním transformátorem a stranou linky servisního zařízení, které je nadproudovaným zařízením, jakož i na straně zatížení, bez vnějšího zařízení, které mají být instalovány na zatížení, vnějším zařízením. SPD typu 1 pro použití v PV systémech lze připojit mezi PV pole a hlavním odpojením služby.
Typ 2:Trvale připojené SPD určené pro instalaci na straně zatížení servisního zařízení nadproudového zařízení; včetně SPDS umístěných na větvením panelu a formované pouzdro SPDS. Hodnota IMAX je maximální jediný výbojový proud představovaný průběhem 8/20 µs, který může SPD podporovat.
Typ 3:Bod využití SPDS, nainstalovaných na minimální délce vodiče 10 metrů od panelu elektrického servisního panelu do bodu využití, například připojené šňůry, přímé zástrčky - in, typ nádoby a SPD nainstalované v chráněném využití. Vzdálenost (10 metrů) je bez vodičů, které jsou poskytovány nebo použity k připojení SPD.
SPD typu 1 chrání před přímými údery blesku a jsou charakterizovány 10/350 µs proudové vlny. SPD typu 1 se používají v centrálních střídačkách.
SPD typu 2 chrání před nepřímými údery blesku, které jsou charakterizovány 8/20 µs vlny. Fulny vlny 8/20 µs znamená, že stávka má dobu nárůstu 8 µs a trvání na jeden - poloviční vrchol 20 µs. SPD typu 2 zabraňují šíření přepětí do elektrických instalací a zařízení. Chrání také před elektromagnetickým účinkem Lightningu, který šíří nárůst uvnitř drátu.
SPD typu 2 by se mělo použít na každém MPPT a uvnitř střídačů a pole řetězce.
Krabice, kde se vyskytuje přepětí, jsou obvykle poškozeny údery, které jsou nepřímé. Není to jen typ materiálu a výšky, ale také tvar, který ovlivňuje schopnost objektu přilákat údery blesku. Pokud má tvar krabice nebo materiálu sklon přilákat údery blesku, měl by být použit SPD typu 1 nebo bleskový tyč.
Výška, špičaté tvary a izolace jsou dominantní charakteristiky, které určují, kam blesky udeří. Je to mýtus, že kov přitahuje blesky. Je však důležité si uvědomit, že bez ohledu na to, kde se nachází PV farma nebo tvar jakýchkoli blízkých objektů, jsou SPD nezbytné pro každý PV systém kvůli jejich vlastní náchylnosti k přímým a nepřímým úderům.
Výběr a instalace zařízení pro ochranu proti přepětí pro systémy PV
PV systémy mají jedinečné vlastnosti, které proto vyžadují použití SPD, které jsou speciálně navrženy pro PV systémy.
PV systémy mají napětí vysokých DC do 1500 voltů. Jejich maximální výkonový bod pracuje jen na několika procentech pod proudem zkratu systému.
Chcete -li určit správný modul SPD pro PV systém a jeho instalaci, musíte vědět:
hustota blesku blesku;
provozní teplota systému;
napětí systému;
Hodnocení proudu zkratu systému;
úroveň průběhu, která má být chráněna proti (nepřímý nebo přímý blesk); a
nominální výbojový proud.
Požadavky SPD pro instalaci, která je chráněna externím systémem ochrany blesku (LPS), závisí na vybrané třídě LPS a na tom, zda je separační vzdálenost mezi LPS a PV instalace izolována nebo neizolovaná ne izolovaná [4]. IEC 62305-3 podrobně popisuje požadavky na separační vzdálenost pro externí LPS.
Abychom měli ochranný účinek, měla by být úroveň ochrany napětí SPD (nahoru) o 20 % nižší než dielektrická pevnost terminálu systému.
Je důležité použít SPD s zkratem odoláním proudu většího než proud zkratu v řetězci solárního pole, ke kterému je SPD připojen. SPD, který je poskytován na výstupu DC, musí mít DC MCOV rovný nebo větší než maximální fotovoltaické systémové napětí panelu.
Když blesk zasáhne v bodě A (viz obrázek 1), bude pravděpodobně poškozen solární PV panel a střídač. Pouze střídač bude poškozen, pokud bleskové zasáhnutí v bodě B. Střídač je však obvykle nejdražší součástí v PV systému, a proto je nezbytné správně vybrat a nainstalovat správné SPD na linky AC i DC. Čím blíže je stávka k střídači, tím více poškozený bude střídač.
Obrázek 1.Umístění úderu blesku.
SPD pro DC stranu fotovoltaických systémů
Zdroje PV mají velmi odlišné charakteristiky proudu a napětí než tradiční zdroje DC: mají lineární charakteristiku ne - a způsobují dlouhou - termín přetrvávání zapálených oblouků. Zdroje PV proudu proto vyžadují nejen větší PV spínače a PV pojistky, ale také odpojovač pro ochranné zařízení pro přepětí, které je přizpůsobeno této jedinečné povaze a je schopné zvládnout PV proudy.
SPD nainstalované na straně DC musí být vždy navrženy speciálně pro DC aplikace. Použití SPD na nesprávné straně AC nebo DC je za poruchových podmínek nebezpečné.
Když se SPDS používají na straně DC, musí být také použity na straně AC kvůli potenciálním rozdílům.
SPDS pro stranu AC
Ochrana přepětí je stejně důležitá pro stranu střídavého proudu jako na straně DC. Zajistěte, aby byl SPD speciálně navržen pro stranu střídavého proudu.
Pro optimální ochranu by SPD měla být dimenzována speciálně pro systém. Správný výběr zaručí nejlepší ochranu s nejdelší životností.
Na straně AC může být více střídačů připojeno ke stejnému SPD, pokud sdílejí stejné připojení mřížky.
Instalace
SPDS by měl být vždy nainstalován před zařízeními, která budou chránit. NFPA 780 12.4.2.1 říká, že ochrana proti přepětí musí být poskytnuta na výstupu DC solárního panelu od pozitivního pozemního a negativního po zem, v kombinovaném a rekombinovém boxu pro více solárních panelů a na výstupu střídavého střídače.
Správná instalace SPD se spoléhá na tři hodnoty, které jsou:
Maximální kontinuální provozní napětí: napětí, které bude aktivovat SPD.
Úroveň ochrany napětí: Kategorie přepětí zařízení musí být vyšší než úroveň ochrany napětí SPD.
Nominální výbojový proud: Vrcholová hodnota tvaru vlny (8/20 µs pro SPD typu 2), že SPD je schopna odolat po opakovaném přepětí.
Kabely
Kabely v PV systémech jsou často rozšířeny na velké vzdálenosti, aby mohly dosáhnout připojení mřížky. Dlouhé délky kabelů se však nikdy nedoporučují a PV systémy nejsou zdaleka výjimkou.
Je to proto, že účinek pole - založeného a prováděného elektrického rušení, které je způsobeno výbojemi blesku, se zvyšuje ve vztahu ke zvyšujícím se délkám kabelu a smyčováním vodičů. Když dojde k přechodnému přepětí, jakýkoli indukční pokles napětí ve připojovacích kabelech může oslabit ochranný účinek SPD. To je méně pravděpodobné, že k tomu dojde, pokud jsou kabely směrovány tak, aby byly co nejkratší.
Přepěťové napětí je významným přispěvatelem k selhání kabelu a každý impuls na kabelu přispěje ke zhoršení izolační síly kabelu.
Pokud se vstříkne nárůst do stojanu - samotný PV systém (systém, který je daleko od napájecí sítě), mohou být narušeny jakékoli operace zařízení, které jsou poháněny sluneční elektřinou, jako je zdravotnické vybavení nebo zásobování vodou.
Umístění a množství SPD na instalaci na straně DC závisí na délce kabelu mezi solárními panely a střídačem (viz tabulka 1). Pokud je délka menší než 10 metrů, je nutná pouze jedna SPD a SPD by měla být nainstalována ve stejné blízkosti jako střídač. Pokud je délka kabelu více než 10 metrů, nainstalujte jeden SPD do blízkosti střídače a druhou SPD v krabici, která je blízko solárního panelu.
Kabely trasy takovým způsobem, který se vyhýbá velkým vodicím smyčkám. Čáry AC a DC a datové linie musí být směrovány společně s ekvipotenciálními vodiči vodičů podél celé trasy, aby se zajistilo, že vodičové smyčky nejsou vytvořeny z směrování přes několik řetězců nebo při připojení měniče k připojení mřížky.
Tabulka 1.Výběr SPD.
Jak kombinovat SPD s střídači
PV farmy se skládají z velmi citlivého vybavení, které vyžaduje expanzivní ochranu. Protože PV farmy vytvářejí napájení přímého proudu (DC), střídače (které jsou nezbytné k převodu této energie z DC na AC) nezbytnou součástí jejich elektrické výroby. Bohužel, střídače jsou nejen velmi citlivé na údery blesku, ale jsou neuvěřitelně drahé.
NFPA 780,Standard pro instalaci systémů ochrany blesku, v 12.4.2.3 vyžaduje další SPD na vstupu DC střídače, pokud je střídač systému více než 30 metrů od nejbližšího kombinátového nebo rekombinového boxu.
Nainstalujte SPD mezi pojistkami a střídačem, pokud existují chrániče řetězců (jako jsou pojistky, DC jističe nebo diody řetězců) [viz obrázek 2].
Obrázek 2.SPD správně a nesprávně připojeno k střídači pomocí chráničů strun.
Chcete -li připojit SPD, když je střídač s integrovanou pojistkovou skříní, ujistěte se, že jsou vnitřní pojistky obejít a aby byly připojeny externí řetězcové pojistky (viz obrázek 3). SPD musí být namontovány mimo střídač a v typu NEMA - 3 r nebo vyšší, pokud se jedná o venkovní aplikaci.
Střídače řetězců by měly být nainstalovány co nejblíže řetězcům. Kabely SPD, které se připojují k síti L+/L -, a mezi terminálovým blokem SPD a pozemním přípojnicí musí být menší než 2,5 metry. Čím kratší kabely připojení, tím efektivnější a náklady - Efektivní bude ochrana.
Pro střídače s pouze jedním sledovačem MPP zkombinujte řetězec před střídačem a připojte je s SPD v bodě propojení.
Kombinace SPD by měly být plánovány pro každý vstup, když má střídač více sledovačů MPP. Pro každý vstup musí být použit SPD, který je fúzován s řetězcovou diodou.
Obrázek 3.SPD připojeno k měniči s integrovanou pojistkovou skříní
Závěr
Pro provoz fotovoltaického zařízení bez řádné ochrany přepětí je více než riskantní podnikání - je bezohledné.
Aby solární systémy byly budoucností zelenějšího světa, musí být chráněny. Výskyt blesku je nezastavitelný, a proto je ochrana nezbytná.
Zranitelnost fotovoltaických systémů vůči bleskovým úderům - přímé i nepřímé - znamená, že musí být postaveny se spolehlivou a správně nainstalovanou ochranou proti přepětí.
