Ülepingekaitseseadmete valik PV-süsteemidele – ülepingekaitseseadmete tüübid
Fotogalvaaniline (PV) energia tootmine on taastuvenergia peamine allikas ja majanduslikult väga konkurentsivõimeline võrreldes traditsioonilise energia tootmisega. Väikesed hajutatud PV-süsteemid, näiteks katusele paigaldatavad päikesepaneelid, on muutumas üha populaarsemaks. Katuse PV-süsteemid hõlmavad nii vahelduv- kui ka alalisvoolu jaotust pingega kuni 1500 V. Alalisvoolu pool, eriti PV-paneelid, võivad kõrge riskiga piirkondades olla pikselöökide suhtes otseselt avatud, mistõttu on need välgukahjustuste suhtes haavatavad.
Hoonete piksekaitse jaguneb välguohu põhjal väliseks kaitseks (piksekaitsesüsteem, LPS) ja sisemiseks kaitseks (ülepingekaitsemeetmed, SPM). Ülepingekaitseseadmed (SPD-d) kaitsevad sisemise kaitse osana atmosfäärivälgu või lülitustoimingute põhjustatud mööduvate ülepingete eest. SPD-d paigaldatakse kaitstava seadme välisküljele ja nende peamine ülesanne on tagada, et nad ei mõjuta oluliselt kaitstava süsteemi normaalset tööd. Ülepinge tekkimisel on SPD-l madal impedants, mis suunab ülepingevoolu enda kaudu ümber ja piirab pinget ohutule tasemele. Pärast ülepinge möödumist ja jääkvoolu kadumist naaseb SPD kõrge impedantsiga olekusse.
1. Ülepingekaitseseadmete (SPD) paigalduskoht
Ülepingekaitselülitite (SPD) paigalduskoht määratakse vastavalt välguohu astmele ja standardi IEC 62305 piksekaitsetsoonide (LPZ) kontseptsioonile. Mööduvaid ülepingeid vähendatakse järk-järgult ohutule tasemele, mis peab olema alla kaitstava seadme taluvuspinge. Nagu joonisel näidatud, paigaldatakse SPD-d nende tsoonide piiridele, mis annab aluse mitmetasandilise ülepingekaitse kontseptsioonile, mida kasutatakse madalpingesüsteemides. Päikeseenergiasüsteemide puhul on keskmes välgupingete sisenemise takistamine vahelduv- ja alalisvoolu poolelt, kaitstes seeläbi kriitilisi komponente, näiteks invertereid.
2. Ülepingekaitseseadmete (SPD) katseklassid
Standardi IEC 61643-11 kohaselt liigitatakse ülepingekaitselülitid (SPD-d) kolme katsekategooriasse, lähtudes välguvooluimpulsi tüübist, millele need on loodud vastu pidama. I tüüpi katsed (tähisega T1) on mõeldud hoonesse juhitavate osaliste välguvoolude simuleerimiseks. Need kasutavad 10/350 µs lainekuju, nagu on näidatud joonisel blow, ja neid rakendatakse tavaliselt LPZ0 ja LPZ1 vahelisel piiril – näiteks peamiste jaotuskilpide või madalpinge trafode sisendite juures. Selle taseme SPD-d on tavaliselt pingelülitusega tüüpi, millel on komponendid nagu gaaslahendustorud või sädemevahed (nt sarvvahed või grafiitvahed).
II tüüpi (T2) ja III tüüpi (T3) testides kasutatakse lühema kestusega impulsse. II tüüpi SPD-d on tavaliselt pinget piiravad seadmed, mis kasutavad selliseid komponente nagu metalloksiidvaristorid (MOV-id). Neid testitakse nimivooluga, kasutades 8/20 µs voolulainekuju (vt joonis löök), ja need vastutavad ülesvoolu kaitseseadmest tuleva jääkpinge edasise piiramise eest. III tüüpi testides kasutatakse kombineeritud lainegeneraatorit 1,2/50 µs pinge- ja 8/20 µs vooluimpulsiga (vt allolevat joonist), simuleerides lõpptarbijaseadmetele lähemal asuvaid pingeimpulsse.
3. Ülepingekaitseseadme (SPD) ühendustüüp
Mööduvate ülepingete eest kaitsmiseks on kaks peamist viisi. Esimene on ühisrežiimi kaitse (CT1), mis on loodud kaitsma pingestatud juhtide ja PE (kaitsemaanduse) vaheliste liigpingete eest. Näiteks välgulöögid võivad süsteemi maapinna suhtes kõrgepinget tekitada. Ühisrežiimi kaitse aitab leevendada selliste väliste häiringute, näiteks välgu, mõju, nagu allpool illustreeritud.
Teine on diferentsiaalrežiimi kaitse (CT2), mis kaitseb pingetõugete eest liinijuhi (L) ja neutraaljuhi (N) vahel. Seda tüüpi kaitse on eriti oluline sisemiste häirete, näiteks süsteemis endas tekkivate elektriliste mürade või interferentsi kõrvaldamiseks, nagu on näidatud alloleval diagrammil.
Ühe või mõlema kaitserežiimi rakendamisega saab elektrisüsteeme potentsiaalsete pingetõugete eest paremini kaitsta, mis lõppkokkuvõttes suurendab ühendatud seadmete pikaealisust ja töökindlust.
Oluline on märkida, et SPD-kaitserežiimide valik peaks olema kooskõlas olemasoleva maandussüsteemiga. TN-süsteemide puhul saab kasutada nii CT1- kui ka CT2-kaitserežiimi. TT-süsteemides saab CT1-kaitselülitit rakendada ainult RCD-st allavoolu. IT-süsteemides – eriti neis, kus puudub neutraaljuht – CT2-kaitset ei saa rakendada. See on kriitilise tähtsusega kaalutlus alalisvoolu jaotussüsteemides, mis kasutavad IT-maanduskonfiguratsioone. Üksikasjad leiate allolevast tabelist.
4. Ülepingekaitseseadmete (SPD) põhiparameetrid
Rahvusvahelise standardi IEC 61643-11 kohaselt on madalpinge jaotussüsteemidega ühendatud SPD-de omadused ja katsed määratletud, nagu on näidatud joonisel 7.
(1) Pingekaitse tase (üles)
Pikselöögi kaitselüliti (SPD) valimisel on kõige olulisem aspekt selle pingekaitsetase (Up), mis iseloomustab SPD toimivust klemmide vahelise pinge piiramisel. See väärtus peaks olema kõrgem kui maksimaalne kinnituspinge. See saavutatakse siis, kui SPD-st läbi voolav vool võrdub nimivooluga In. Valitud pingekaitsetase peab olema madalam kui koormuse impulsstaluvuspinge Uw. Pikselöökide korral hoitakse SPD klemmide pinget üldiselt alla Up. PV alalisvoolusüsteemide puhul viitab koormus tavaliselt PV moodulitele ja inverteritele.
(2) Maksimaalne pidev tööpinge (Uc)
Uc on maksimaalne alalispinge, mida saab SPD-kaitserežiimile pidevalt rakendada. See valitakse nimipinge ja süsteemi maanduskonfiguratsiooni põhjal ning see toimib SPD aktiveerimislävena. PV-süsteemide alalisvoolupoolel peaks Uc olema suurem või võrdne PV-massiivi Uoc Max-iga. Uoc Max viitab kõrgeimale avatud ahela pingele pinge all olevate klemmide vahel ning pinge all oleva klemmi ja maanduse vahel PV-massiivi määratud punktis.
(3) Nimivoolu tühjendusvool (tollides)
See on SPD-d läbiva 8/20 μs lainekuju voolu tippväärtus, mida kasutatakse II tüüpi katsetes ja I ja I tüüpi eelkonditsioneerimiskatsetes. II tüüpIEC nõuab, et ülepingekaitselüliti (SPD) taluks vähemalt 19 8/20 μs lainekuju vooluga tühjenemist. Mida suurem on In väärtus, seda pikem on SPD eluiga, kuid ka maksumus suureneb.
(4) Impulssvool (Iimp)
Kolme parameetri abil määratletud voolutugevus (Ipeak), laeng (Q) ja erienergia (W/R) abil kasutatakse seda voolutugevust I tüüp testid. Tüüpiline lainekuju on 10/350 μs.