Pārsprieguma aizsargu, automātisko slēdžu un drošinātāju sadarbības darbs fotoelektriskajās sistēmās: funkcionālā analīze un nepieciešamības apspriešana
Ievads
Līdz ar globālās fotoelektriskās nozares straujo attīstību saules enerģijas ražošanas sistēmu drošība un stabilitāte ir nonākusi nozares uzmanības centrā. Fotoelektriskās sistēmas ilgstoši atrodas ārpus telpām un ir neaizsargātas pret tādiem draudiem kā zibens spērieni, elektrotīkla svārstības un iekārtu kļūmes, kas var izraisīt iekārtu bojājumus vai pat ugunsgrēku. Pārsprieguma aizsargi (SPD), automātiskie slēdži un drošinātāji ir galvenās aizsardzības ierīces, kas katra veic savus pienākumus un sadarbojas savā starpā, lai nodrošinātu sistēmas drošu darbību. Šajā rakstā tiks padziļināti analizētas to funkcijas, koordinācijas mehānismi un nepieciešamība sniegt atsauci nozares lietotājiem.
I. Fotoelektrisko sistēmu "neredzamais slepkava"
Fotoelektriskās elektrostacijas ir kā "tērauda karotāji", kas strādā brīvā dabā, pastāvīgi izturot dažādus skarbus pārbaudījumus.
1.1 Zibens spēriena problēmas:
Jo īpaši Tuvajos Austrumos un Dienvidaustrumāzijā viena pērkona negaisu sezona var paralizēt sistēmas, kurām trūkst aizsardzības.
1.2 Elektrotīkla svārstības:
Čīles projektā, par kuru es biju atbildīgs, vairākas iekārtas nodega pēkšņa tīkla sprieguma pieauguma dēļ.
1.3 Īssavienojuma risks:
Pagājušajā gadā kādā projektā Vācijā novecojušu kabeļu dēļ notika īssavienojums, kas gandrīz izraisīja ugunsgrēku.
Šie riski nav pārspīlēti. Saskaņā ar Starptautiskās Fotoelektriskās drošības alianses datiem vairāk nekā 60 % fotoelektrisko sistēmu atteices rodas nepietiekamas elektriskās aizsardzības dēļ.
II. Pārsprieguma aizsardzības ierīču (SPD) pamatfunkcijas
2.1 Darbības princips
Pārsprieguma slāpētājs (SPD) novirza īslaicīgu pārspriegumu uz zemi caur metāla oksīda varistoriem (MOV) vai gāzizlādes lampām (GDT), ierobežojot spriegumu drošā diapazonā. Fotoelektriskajās sistēmās SPD parasti tiek uzstādīti šādās vietās:
Līdzstrāvas puse (starp moduļiem un invertoru): Lai aizsargātu pret zibens izraisītiem pārspriegumiem.
Maiņstrāvas puse (starp invertoru un tīklu): Lai nomāktu pārspriegumu no tīkla puses.
2.2 Galvenie parametri
Maksimālais nepārtrauktais darba spriegums (Uc): Jāsakrīt ar fotoelektriskās sistēmas sprieguma līmeni (piemēram, 1000 V līdzstrāva vai 1500 V līdzstrāva).
Izlādes strāva (In/Iimp): Atspoguļo spēju izlādēt zibens strāvu, un fotoelektriskajām sistēmām parasti ir nepieciešama 20 kA vai lielāka strāva.
Sprieguma aizsardzības līmenis (augšup): nosaka atlikušā sprieguma lielumu un tam jābūt zemākam par aizsargājamās iekārtas izturības spriegumu.
2.3 Nepieciešamība
Novērsiet dārgu iekārtu, piemēram, invertoru un kombinatoru kārbu, bojājumus pārsprieguma dēļ.
Ievērot starptautiskos standartus (piemēram, IEC 6164331, UL 1449) un fotoelektrisko spēkstaciju pieņemšanas prasības.
III. Slēdžu un drošinātāju funkcija un izvēle
3.1 Slēdzis
Funkcija:
• Pārslodzes aizsardzība: Kad strāva pārsniedz iestatīto vērtību (piemēram, 1,3 reizes lielāku par nominālo strāvu), nostrādā termiskās izslēgšanas mehānisms.
• Īsslēguma aizsardzība: elektromagnētiskais atvienošanas mehānisms milisekundēs atvieno īsslēguma strāvu (piemēram, 10 kA).
• Fotoelektrisko elementu pielietojuma raksturojums:
Jāizvēlas speciāls līdzstrāvas ķēdes pārtraucējs (piemēram, DC 1000V/1500V).
Pārtraukšanas jaudai jāatbilst sistēmas īsslēguma strāvai (parasti ≥ 15 kA).
3.2 Drošinātājs
Funkcija:
Izkausējot drošinātāja elementu, tas var ātri izolēt bojāto ķēdi un aizsargāt virknē savienoto atzaru.
Priekšrocības:
Atvienošanas ātrums ir lielāks (mikrosekundes līmenī), kas ir piemērots augstas īsslēguma strāvas scenārijiem.
Tas ir maza izmēra un piemērots strāvu nesošām kastēm ar ierobežotu vietu.
3.3 Sadarbība ar VPD
SPD ir atbildīgs par sprieguma aizsardzību, savukārt slēdži/drošinātāju aizsargi ir atbildīgi par strāvas aizsardzību.
Ja SPD neizdodas pārsprieguma pārsprieguma dēļ, slēdži vai drošinātāju aizsargi var nekavējoties pārtraukt bojāto ķēdi, lai novērstu ugunsgrēku.
Ⅳ. Daudzlīmeņu aizsardzības sistēmas gadījuma izpēte
Kā piemēru var minēt 1 MW fotoelektrisko spēkstaciju:
4.1 Aizsardzība līdzstrāvas pusē
Komponentu sēriju atzari: katrai sērijai uzstādiet drošinātājus (piemēram, 10 A gPV tipa).
Kombinētās kārbas ievads: Uzstādiet II tipa SPD (Up ≤ 1,5 kV) un līdzstrāvas ķēdes pārtraucēju (63 A).
4.2 Aizsardzība maiņstrāvas pusē
Invertora izejas gals: konfigurējiet 1.+2. tipa SPD (Iimp ≥ 12,5 kA) un lieta korpusa ķēdes pārtraucēju (250 A).
4.3 Kļūmes scenārija simulācija
Kad notiek zibens spēriens: SPD atbrīvo pārsprieguma strāvu un noslogo spriegumu zem 2 kV; ja SPD atteici izraisa īsslēgums, atslēdzas ķēdes pārtraucējs.
Ja rodas īssavienojums līnijā: drošinātājs izkūst 5 ms laikā, lai novērstu termiskā punkta efekta izplatīšanos.
III. Piesardzības pasākumi izvēlei un uzstādīšanai
5.1 SPD izvēle
Līdzstrāvas pusē jāizvēlas fotoelektriskajam pielietojumam paredzēts SPD (piemēram, PVSPD), lai izvairītos no parastā maiņstrāvas SPD reversās strāvas problēmas.
Jāņem vērā temperatūras rezerve (Uc ir jāatstāj rezerve augstas temperatūras vidē).
5.2 Slēdža/drošinātāja saskaņošana
Pārtraukšanas jaudai jābūt lielākai par sistēmas maksimālo īsslēguma strāvu (piemēram, virknes īsslēguma strāva var sasniegt 1,5 kA).
Drošinātāja nominālajai strāvai jābūt vairāk nekā 1,56 reizes lielākai par komponentes īsslēguma strāvu (Isc) (saskaņā ar NEC 690.8).
5.3 Sistēmas integrācijas ieteikumi
Lai samazinātu atlikušo spriegumu, vada garumam starp SPD un ķēdes pārtraucēju jābūt ≤ 0,5 m.
Jāveic regulāras SPD statusa indikatoru pārbaudes, un bojātie moduļi jānomaina savlaicīgi.
Ⅵ. Nozares tendences un standartu atjauninājumi
• Augstsprieguma pieprasījums: plaši izplatoties 1500 V fotoelektriskajām sistēmām, ir sinhroni jāuzlabo SPD un automātisko slēdžu izturības sprieguma līmeņi.
• Inteliģenta uzraudzība: pakāpeniski tiek ieviesti intelektuālie SPD, kas integrē temperatūras sensorus un bezvadu sakaru funkcijas, lai nodrošinātu attālinātu kļūmju agrīnu brīdināšanu.
• Standarta pastiprinājums: Jaunā IEC 625482023 versija ir noteikusi stingrākas koordinācijas prasības fotoelektrisko sistēmu aizsardzības ierīcēm.
Secinājums
Fotoelektriskajās sistēmās pārsprieguma aizsargi, slēdži un drošinātāji veido pilnīgu "sprieguma-strāvas" sadarbības aizsardzības sistēmu. Pareiza šo komponentu izvēle un konfigurācija ne tikai var pagarināt iekārtu kalpošanas laiku un samazināt ekspluatācijas un uzturēšanas izmaksas, bet arī ir būtiski nosacījumi elektrostaciju drošas darbības nodrošināšanai. Attīstoties tehnoloģijām, šo aizsardzības ierīču integrācija un intelekts vēl vairāk uzlabos fotoelektrisko sistēmu uzticamību nākotnē.