Ülepingekaitsmete, kaitselülitite ja kaitsmete koostöö fotogalvaanilistes süsteemides: funktsionaalne analüüs ja vajalikkuse arutelu
Sissejuhatus
Fotogalvaanikatööstuse kiire arenguga on päikeseenergia tootmissüsteemide ohutus ja stabiilsus sattunud tööstuse tähelepanu keskpunkti. Fotogalvaanilised süsteemid on pikka aega avatud välistingimustele ja on haavatavad selliste ohtude suhtes nagu välgulöök, elektrivõrgu kõikumised ja seadmete rike, mis võivad põhjustada seadmete kahjustusi või isegi tulekahju. Liigpingekaitselülitid (SPD-d), kaitselülitid ja sulavkaitsmed on olulised kaitseseadmed, mis kõik täidavad oma ülesandeid ja teevad koostööd, et tagada süsteemi ohutu töö. See artikkel analüüsib põhjalikult nende funktsioone, koordineerimismehhanisme ja vajalikkust, et pakkuda tööstusharu kasutajatele viiteid.
I. Fotogalvaaniliste süsteemidega silmitsi seisev „nähtamatu tapja”
Fotogalvaanilised elektrijaamad on nagu vabas õhus töötavad "terasest sõdalased", kes pidevalt taluvad mitmesuguseid karme katsumusi.
1.1 Pikselöögi probleemid:
Eelkõige Lähis-Idas ja Kagu-Aasias võib üksainus äikesehooaeg halvata kaitseta süsteemid.
1.2 Elektrivõrgu kõikumised:
Tšiili projektis, mille eest ma vastutasin, põles mitu seadet võrgupinge järsu tõusu tõttu läbi.
1.3 Lühise oht:
Eelmisel aastal tekkis Saksamaal ühes projektis vananenud kaablite tõttu lühis, mis oleks peaaegu tulekahju põhjustanud.
Need riskid ei ole liialdus. Rahvusvahelise Fotogalvaanika Ohutuse Liidu andmetel on üle 60% fotogalvaaniliste süsteemide riketest tingitud ebapiisavast elektrikaitsest.
II. Ülepingekaitseseadmete (SPD) põhifunktsioonid
2.1 Tööpõhimõte
Ülepingekaitselüliti (SPD) suunab mööduva ülepinge maasse metalloksiidvaristoride (MOV) või gaaslahendustorude (GDT) kaudu, piirates pinget ohutus vahemikus. Fotogalvaanilistes süsteemides paigaldatakse SPD-d tavaliselt järgmistesse kohtadesse:
Alalisvoolu pool (moodulite ja inverteri vahel): Kaitseks välgulöögist tingitud pingetõugete eest.
Vahelduvvoolu pool (inverteri ja võrgu vahel): võrgu poolelt tuleva ülepinge summutamiseks.
2.2 Põhiparameetrid
Maksimaalne pidev tööpinge (Uc): Peab vastama fotogalvaanilise süsteemi pingetasemele (näiteks 1000 V alalisvool või 1500 V alalisvool).
Tühjendusvool (In/Iimp): peegeldab välguvoolu tühjendusvõimet ja fotogalvaanilised süsteemid vajavad tavaliselt 20 kA või rohkem.
Pingekaitse tase (üles): määrab jääkpinge suuruse ja peab olema madalam kui kaitstava seadme taluvuspinge.
2.3 Vajalikkus
Vältige kallite seadmete, näiteks inverterite ja kombinaatorkarpide kahjustumist liigpingetest.
Järgige rahvusvahelisi standardeid (nt IEC 6164331, UL 1449) ja fotogalvaaniliste elektrijaamade vastuvõtunõudeid.
III. Kaitselülitite ja kaitsmete funktsioon ja valik
3.1 Kaitselüliti
Funktsioon:
•Ülekoormuskaitse: Kui voolutugevus ületab seatud väärtuse (näiteks 1,3 korda nimivoolutugevusest), rakendub termiline kaitsemehhanism.
• Lühisekaitse: Elektromagnetiline kaitsemehhanism katkestab lühisvoolu (näiteks 10 kA) millisekundite jooksul.
• Fotogalvaanika rakendusomadused:
Tuleb valida spetsiaalne alalisvoolukaitselüliti (näiteks DC 1000V/1500V).
Lahutusvõime peaks vastama süsteemi lühisvoolule (tavaliselt ≥ 15 kA).
3.2 Kaitse
Funktsioon:
Kaitseelemendi sulatamisega saab see vigase vooluringi kiiresti isoleerida ja järjestikku ühendatud haru kaitsta.
Eelised:
Lahtiühendamise kiirus on kiirem (mikrosekundi tasemel), mis sobib suure lühisvoolu korral.
See on väikese suurusega ja sobib piiratud ruumiga voolu kandvatele kastidele.
3.3 Koostöö SPD-ga
Pingekaitse eest vastutab SPD, voolukaitse eest aga kaitselülitid/kaitsmed.
Kui SPD rikki läheb liigpinge tõttu, saavad kaitselülitid või kaitsmed vigase vooluringi kohe välja lülitada, et tulekahju vältida.
Ⅳ. Mitmetasandilise kaitsesüsteemi juhtumiuuring
Võtame näiteks 1 MW fotogalvaanilise elektrijaama:
4.1 Alalisvoolupoolse kaitse
Komponentide seeria harud: paigaldage iga seeria jaoks kaitsmed (näiteks 10A gPV tüüpi).
Ühenduskarbi sisenemine: paigaldage II tüüpi SPD (Up ≤ 1,5 kV) ja alalisvoolukaitselüliti (63 A).
4.2 Vahelduvvoolupoolse kaitse
Inverteri väljundpool: konfigureerige tüüp 1+2 SPD (Iimp ≥ 12,5 kA) ja vormitud korpusega kaitselüliti (250 A).
4.3 Rikke stsenaariumi simulatsioon
Pikselöök annab üle pingetõusu ja hoiab pinge alla 2 kV; kui pikselöök tekib lühise tõttu, rakendub kaitselüliti.
Kui liinil on lühis: Kaitse sulab 5 ms jooksul, et vältida termilise täpi efekti levikut.
III. Valiku ja paigaldamise ettevaatusabinõud
5.1 Kiiruskiiruse valik
Alalisvoolu poole jaoks tuleks valida fotogalvaaniline spetsiifiline SPD (näiteks PVSPD), et vältida tavalise vahelduvvoolu SPD vastuvoolu probleemi.
Arvesse tuleks võtta temperatuurivaru (Uc peab kõrge temperatuuriga keskkondades jätma varu).
5.2 Kaitselüliti/kaitsme sobitamine
Lahutusvõime peaks olema suurem kui süsteemi maksimaalne lühisvool (näiteks stringi rikkevool võib ulatuda 1,5 kA-ni).
Kaitsme nimivool peaks olema vähemalt 1,56 korda suurem komponendi lühisvoolust (Isc) (vastavalt standardile NEC 690.8).
5.3 Süsteemi integreerimise ettepanekud
Jääkpinge vähendamiseks peaks SPD ja kaitselüliti vahelise juhtme pikkus olema ≤ 0,5 m.
SPD olekuindikaatoreid tuleks regulaarselt kontrollida ja rikkis moodulid tuleks õigeaegselt välja vahetada.
Ⅵ. Tööstusharu trendid ja standardite uuendused
• Kõrgepinge nõudlus: 1500 V fotogalvaaniliste süsteemide laialdase kasutuselevõtu tõttu tuleb ülepingekaitselülitite ja kaitselülitite taluvuspinget sünkroniseeritult suurendada.
• Intelligentne jälgimine: intelligentsed SPD-d, mis integreerivad temperatuuriandureid ja traadita side funktsioone, rakendatakse järk-järgult kaugjuhtimisega rikke varajase hoiatamise saavutamiseks.
•Standardne tugevdus: Standardi IEC 625482023 uus versioon on kehtestanud fotogalvaaniliste süsteemide kaitseseadmetele rangemad koordineerimisnõuded.
Kokkuvõte
Fotogalvaanilistes süsteemides moodustavad ülepingekaitselülitid, kaitselülitid ja sulavkaitsmed tervikliku "pinge-voolu" koostöökaitsesüsteemi. Nende komponentide õige valik ja konfigureerimine mitte ainult ei pikenda seadmete kasutusiga ja vähenda käitus- ja hoolduskulusid, vaid on ka olulised tingimused elektrijaamade ohutuks tööks. Tehnoloogia arenguga suurendab nende kaitseseadmete integreerimine ja intelligentsus tulevikus fotogalvaaniliste süsteemide töökindlust veelgi.