Vir: iaeimagazine.org
Popolna nevihta strele za uničenje je na sončnem polju. Sončni plošči 'velike - in pogosto izpostavljene in izolirane - lokacija naredi zaščito pred prenapetostjo, da bo trajala življenjsko dobo.
Strela je električni izcedek v atmosferi. Ko strele strele, so požari nagnjeni k temu, da se zgodijo zaradi sproščanja energije. Oblaki nimbusa (dežni oblaki) imajo koncentracijo električnega naboja, njihovo kopičenje pa ustvarja ionizacijo zraka. Ionizacija zraka, ki je med zemljo in oblaki Nimbus, ustvari izcedek iz oblakov na tla. Nimbus oblaki povzročajo največje sunke, ker so tisto, kar ustvarja strele.
Posredni udarci strele so uničujoče. Anekdotična opažanja o aktivnosti strele so ponavadi slab indikator ravni strele -, ki jih povzročajo prenapetosti v PV nizih1. Posredni napadi strele lahko zlahka poškodujejo občutljive komponente znotraj PV opreme, ki imajo pogosto visoke stroške za popravilo ali zamenjavo poškodovanih komponent in vpliva na zanesljivost PV sistema1. Prekomerna je odvisna od pogojev nastavitve vsakega PV sistema in žičnih žic.
PV sistemi so izpostavljeni v velikih odprtih prostorih, običajno na poljih ali na vrhovih stavb. Napolnjeni dežni oblaki, ki se kopičijo nad takšnimi odprtimi polji, imajo nagnjenost k sproščanju naboja v obliki strele. Ko se to zgodi, bo verjetno prišlo do napetostnega naleta. Bolj kot je razširjeno polje, večja je verjetnost uničenja.
Elektronsko opremo se lahko zlahka poškoduje na točko katastrofalne odpovedi s sunki. Če pride do porasta, ko je prisotno katero koli osebje, bo ogrozilo tudi njihovo varnost. Posredni udarci strele so lahko usodni, če je oseba v 60 čevljev od točke strele [2]. Ko se PV sistem nahaja na industrijskem mestu, so v nevarnosti tudi poslovanje in oprema. Pretvorniki so dragi, toda za industrijske aplikacije so še dražja okvara stroški izpadov.
Ko strela udari v sončni PV sistem, povzroči inducirani prehodni tok in napetost znotraj žičnih zank sončnega PV sistema. Ti prehodni tokovi in napetosti bodo prikazani na terminalih opreme in verjetno povzročijo izolacijo in dielektrične okvare znotraj sončnih PV električnih in elektronskih komponent, kot so PV plošče, pretvornik, nadzor in komunikacijska oprema2, pa tudi naprave v stavbi3. Matrična škatla, pretvornik in naprava MPPT (največja power Power Point Tracker) imajo najvišje točke okvare.
Da preprečimo, da bi visoka energija prešla skozi elektroniko in povzročila visoke napetostne poškodbe PV sistema, morajo napetostni napor imeti pot do ozemljitve. Če želite to narediti, je treba vse prevodne površine neposredno ozemljitve in vse ožičenje, ki vstopi in izstopi iz sistema (na primer Ethernet kabli in izmenično omrežje), je treba povezati z ozemljitvijo prek naprave za zaščito pred prenapetostjo (SPD).
SPD je potreben za vsako skupino strun znotraj škatle z matriko, polja rekombinerja, pa tudi DC odklop.
Klasifikacije naprav za zaščito pred prenapetostjo
SPD zagotavljajo zaščito pred nevarnostmi, ki jih povzročajo sunki.
UL 1449 [4] Določa tip 1, tipa 2 in tipa 3 SPD:
Tip 1:En vrat, trajno povezan SPD, razen WATT - urni meter vtičnice, namenjenih namestitvi med sekundarnim servisnim transformatorjem in linijo strani servisne opreme, ki je pretirano toka, kot tudi na strani obremenitve, vključno z vat - zaprtimi naprav in vgrajenih primerov. Type 1 SPD za uporabo v PV sistemih je mogoče povezati med PV matriko in glavno povezavo.
Tip 2:Trajno povezani SPD, namenjeni namestitvi na obremenitveni strani servisne opreme Overcturn naprave; vključno s SPD -ji, ki se nahajajo na podružnici in oblikovani ohišje SPD. Vrednost IMAX je najvišji enojni odvajalni tok, ki ga predstavlja valovna oblika 8/20 µs, ki jo lahko podpira SPD.
Tip 3:Točka uporabe SPD, nameščena na minimalni dolžini prevodnika 10 metrov od električne servisne plošče do točke uporabe, na primer priključen kabel, neposreden vtič - v, vrsto posode in SPD, nameščene na zaščiti opreme za uporabo. Razdalja (10 metrov) je brez prevodnikov, ki so opremljeni ali uporabljeni za pritrditev SPD -jev.
Tip 1 SPD ščitijo pred neposrednimi udarci strele in so značilni 10/350 µs tok vala. SPD tipa 1 se uporabljajo v osrednjih pretvornikih.
SPD tipa 2 ščitijo pred posrednimi udarci strele, za katere so značilne valovne oblike 8/20 µs. Valovna oblika 8/20 µs pomeni, da ima udarec čas dviga 8 µs in trajanje na en - pol vrha 20 µs. SPD tipa 2 preprečujejo širjenje prenapetosti v električne instalacije in opremo. Prav tako ščitijo pred strelovim elektromagnetnim učinkom, ki širi nalet znotraj žice.
SPD tipa 2 je treba uporabiti na vsakem MPPT in znotraj vrvic in pretvornikov in matričnih škatel.
Škatle, kjer se pojavijo nalete, so običajno poškodovane zaradi posrednih stavk. To ni samo vrsta materiala in višine, ampak tudi oblika, ki vpliva na sposobnost predmeta, da pritegne strele. Če ima oblika škatle ali materiala nagnjenost k privabljanju strele, je treba uporabiti SPD tipa 1 ali strelo.
Višina, koničaste oblike in izolacija so prevladujoče značilnosti, ki določajo, kje strele strele. To je mit, da kovina privlači strelo. Pomembno pa je opozoriti, da so ne glede na to, kje se nahaja PV kmetija ali oblika vseh bližnjih predmetov, SPD -ji bistveni za vsak PV sistem zaradi njihove lastne dovzetnosti za neposredne in posredne stavke.
Izbira in namestitev naprav za zaščito pred prenapetostjo za PV sisteme
PV sistemi imajo edinstvene značilnosti, ki zato zahtevajo uporabo SPD -jev, ki so posebej zasnovani za PV sisteme.
PV sistemi imajo visoke enosmerne napetosti do 1500 voltov. Njihova največja točka napajanja deluje le nekaj odstotkov pod tokom kratkega stika sistema.
Če želite določiti ustrezen modul SPD za PV sistem in njegovo namestitev, morate vedeti:
strela okrogla gostota bliskavice;
obratovalna temperatura sistema;
napetost sistema;
ocena kratkega vezja sistema;
raven valovne oblike, ki jo je treba zaščititi (posredno ali neposredno strelo); in
Nominalni izcedni tok.
Zahteve SPD za namestitev, ki je zaščitena z zunanjim zaščitnim sistemom strele (LPS), so odvisne od izbranega razreda LPS in ali je ločitvena razdalja med LPS in PV namestitvijo izolirana ali ne - izolirana [4]. IEC 62305-3 podrobno opisuje zahteve glede razdalje ločitve za zunanje LPS.
Če želite imeti zaščitni učinek, mora biti raven zaščite pred napetostjo SPD (navzgor) 20 % nižja od dielektrične trdnosti terminalne opreme sistema.
Pomembno je, da uporabite SPD s kratkim vezjem, ki vzdrži tok, večji od toka kratkega stika sončnega niza, s katerim je SPD povezan. SPD, ki je na voljo na DC izhodu, mora imeti DC MCOV, enak ali večji od največje napetosti fotonapetosnega sistema.
Ko strele udari v točko A (glej sliko 1), bosta sončna PV plošča in pretvornik verjetno poškodovana. Samo pretvornik bo poškodovan, če strela udari v točko B. Vendar je pretvornik običajno najdražja komponenta znotraj PV sistema, zato je nujno, da pravilno izberete in namestite pravilen SPD na liniji AC in DC. Bližje kot je stavko pretvorniku, bolj poškodovan bo pretvornik.
Slika 1.Lokacija strele.
SPDS za DC stran fotonapetostnih sistemov
PV viri imajo zelo različne značilnosti toka in napetosti kot tradicionalni DC viri: imajo linearno značilnost - in povzročajo dolgo - izraz obstoj vžganih lokov. Zato viri PV toka ne potrebujejo samo večjih PV stikal in PV varovalk, ampak tudi odklop za zaščitno napravo za prenapetost, ki je prilagojena tej edinstveni naravi in se lahko spopada s PV tokovi.
SPD -ji, nameščeni na DC strani, morajo biti vedno zasnovani za DC aplikacije. Uporaba SPD na napačnem AC ali DC strani je v pogojih napak nevarna.
Kadar se SPD uporabljajo na DC strani, jih je treba zaradi možnih razlik uporabljati tudi na strani AC.
SPD za AC stran
Zaščita za prenapetost je prav tako pomembna za AC stran, kot je za DC stran. Prepričajte se, da je SPD posebej zasnovan za AC stran.
Za optimalno zaščito mora biti SPD velikost posebej za sistem. Pravilna izbira bo zagotovila najboljšo zaščito z najdaljšo življenjsko dobo.
Na strani AC lahko več pretvornikov povežete z istim SPD, če imajo isto povezavo omrežja.
Namestitev
SPD je treba vedno namestiti pred naprav, ki jih bodo zaščitile. NFPA 780 12.4.2.1 pravi, da je treba na DC izhodno zaščito pred sončnim nanosom od pozitivnega do ozemljitve in negativnega do ozemljitve zagotoviti, na polju za kombiniranje in rekombiner za več sončnih plošč in na izhodu AC pretvornika.
Pravilna namestitev SPD se opira na tri vrednosti, ki so:
Največja neprekinjena delovna napetost: napetost, ki jo bo aktiviral SPD.
Stopnja zaščite napetosti: Prekomerna kategorija opreme mora biti višja od ravni zaščite pred napetostjo SPD.
Nominalni odvajalni tok: najvišja vrednost valovne oblike (8/20 µs za SPD tipa 2), ki jo lahko SPD po ponavljajočih se sunkih zdrži.
Kabli
Kabli v PV sistemih se pogosto razširijo na dolge razdalje, tako da lahko dosežejo priključno točko omrežja. Vendar dolge dolžine kablov nikoli niso priporočljive, PV sistemi pa še zdaleč niso izjeme.
To je zato, ker učinek polja - in izvedene električne motnje, ki jih povzročajo strele, se poveča v povezavi s povečanjem dolžin kabla in prevodnimi zankami. Ko pride do prehodne prenapetosti, lahko vsak induktivni padec napetosti v priključnih kablih oslabi zaščitni učinek SPD. To je manj verjetno, če bodo kabli usmerjeni v čim manj kratke.
Napetost napetosti pomembno prispeva k okvari kabla in vsak impulz na kablu bo prispeval k poslabšanju moči izolacije kabla.
Če se naleta vbrizga v stojalo - sam PV sistem (sistem, ki je daleč od električnega omrežja), se lahko motijo kakršne koli operacije opreme, ki jih poganja sončna električna energija, kot je medicinska oprema ali oskrba z vodo.
Lokacija in količina SPD -jev za namestitev na strani DC sta odvisna od dolžine kabla med sončnimi paneli in pretvornikom (glej tabelo 1). Če je dolžina manjša od 10 metrov, je potreben samo en SPD in SPD mora biti nameščen v isti bližini kot pretvornik. Če je dolžina kabla več kot 10 metrov, nato namestite eno SPD v bližino pretvornika in drugo SPD v polje, ki je blizu sončne plošče.
Kable poti poti na tak način, ki se izogne velikim zankam za vodnike. AC in DC linije in podatkovne linije je treba usmeriti skupaj z epotencialnimi vodniki vezi po celotni poti, da se zagotovi, da se prevodne zanke ne oblikujejo od usmerjanja po več strunah ali pri povezovanju pretvornika s povezavo omrežja.
Tabela 1.Izbira SPD.
Kako kombinirati SPD s pretvorniki
PV kmetije so sestavljene iz zelo občutljive opreme, ki potrebuje široko zaščito. Ker PV kmetije ustvarjajo moč neposrednega toka (DC), so pretvorniki (ki so potrebni za pretvorbo te moči iz DC v AC) bistvena sestavina njihove električne proizvodnje. Na žalost pretvorniki niso samo zelo dovzetni za strele, ampak so neverjetno dragi.
NFPA 780,Standard za namestitev sistemov za zaščito strele, v 12.4.2.3 zahteva dodatne SPD pri vhodu DC pretvornika, če je pretvornik sistema več kot 30 metrov od najbližjega polja za kombiniranje ali rekombiner.
Namestite SPD med varovalke in pretvornik, če obstajajo ščitniki vrvic (na primer varovalke, DC odklopniki ali vrvice) [glej sliko 2].
Slika 2.SPD pravilno in napačno povezan z pretvornikom z zaščitnimi vrvicami.
Če želite povezati SPD, ko je pretvornik z integrirano polje varovalk, se prepričajte, da so notranje varovalke zaobidene in da so priključene varovalke zunanjih vrvic (glej sliko 3). SPD morajo biti nameščeni zunaj pretvornika in v ohišju NEMA - 3 r ali višje, če gre za zunanjo uporabo.
String Inverters je treba namestiti čim bližje nizom. Kabli SPD, ki se povežejo z omrežjem L+/L -, in med SPD -jevim končnim blokom in ozemljitvijo, morajo biti manjši od 2,5 metra. Krajši kot je priključni kabli, učinkovitejši in stroški - Učinkovita bo zaščita.
Za pretvornike z samo enim sledilcem MPP združite niz pred pretvornikom in jih povežite s SPD na mestu medsebojnega povezovanja.
Za vsak vhod je treba načrtovati kombinacije SPD, ko ima pretvornik več sledilcev MPP. Za vsak vhod je treba uporabiti SPD, ki je spojen z vrvico diode.
Slika 3.SPD, povezan z pretvornikom z integrirano škatlo z varovalkami
Zaključek
Za upravljanje fotovoltaične opreme brez ustrezne zaščite pred prenapetostjo je več kot tvegano poslovanje - je nepremišljeno.
Da bodo sončni sistemi prihodnost bolj zelenega sveta, jih je treba zaščititi. Pojav strele je neustavljiva in zato je zaščita bistvena.
Ranljivost fotovoltaičnih sistemov za strele - tako neposredne kot posredne - pomeni, da jih je treba zgraditi z zanesljivo in pravilno nameščeno zaščito pred prenapetostjo.
