Pārsprieguma aizsardzības ierīču izvēle PV sistēmām – pārsprieguma aizsardzības ierīču veidi

Fotoelektriskā (FV) enerģijas ražošana ir galvenais atjaunojamās enerģijas avots un ekonomiski ir ļoti konkurētspējīga salīdzinājumā ar tradicionālo enerģijas ražošanu. Mazas izkliedētas FV sistēmas, piemēram, jumta saules paneļi, kļūst arvien populārākas. Jumta FV sistēmas ietver gan maiņstrāvas, gan līdzstrāvas sadali ar spriegumu līdz 1500 V. Līdzstrāvas puse, īpaši FV paneļi, augsta riska zonās var būt tieši pakļauta zibens spērieniem, padarot tos neaizsargātus pret zibens bojājumiem.

Ēku zibensaizsardzība tiek iedalīta ārējā aizsardzībā (zibensaizsardzības sistēma, LPS) un iekšējā aizsardzībā (pārsprieguma aizsardzības pasākumi, SPM), pamatojoties uz zibens risku. Pārsprieguma aizsardzības ierīces (SPD) kā daļa no iekšējās aizsardzības aizsargā pret īslaicīgiem pārspriegumiem, ko izraisa atmosfēras zibens vai komutācijas darbības. SPD tiek uzstādīti ārpus aizsargājamās iekārtas un galvenokārt darbojas šādi: ja energosistēmā nav pārsprieguma, SPD būtiski neietekmē aizsargājamās sistēmas normālu darbību. Pārsprieguma gadījumā SPD piedāvā zemu impedanci, novirzot pārsprieguma strāvu caur sevi un ierobežojot spriegumu līdz drošam līmenim. Pēc tam, kad pārspriegums ir pagājis un jebkāda atlikušā strāva ir izzudusi, SPD atgriežas augstas impedances stāvoklī.

1. Pārsprieguma aizsardzības ierīču (SPD) uzstādīšanas vieta

Pārsprieguma aizsardzības ierīču (SPD) uzstādīšanas vieta tiek noteikta atkarībā no zibens apdraudējuma pakāpes un pamatojoties uz IEC 62305 zibens aizsardzības zonu (LPZ) koncepciju. Pārejoši pārspriegumi tiek pakāpeniski samazināti līdz drošam līmenim, kam jābūt zem aizsargājamās iekārtas izturības sprieguma. Kā parādīts attēlā, SPD tiek uzstādīti šo zonu robežās, radot daudzlīmeņu pārsprieguma aizsardzības koncepciju, ko izmanto zemsprieguma sistēmās. Fotoelektrisko sistēmu gadījumā uzmanība tiek pievērsta zibens pārsprieguma iekļūšanas novēršanai maiņstrāvas un līdzstrāvas pusēs, tādējādi aizsargājot kritiskas sastāvdaļas, piemēram, invertorus.

2. Pārsprieguma aizsardzības ierīču (SPD) testa klases

Saskaņā ar IEC 61643-11 SPD tiek klasificēti trīs testu kategorijās, pamatojoties uz zibens strāvas impulsa veidu, ko tie ir paredzēti izturēt. I tipa testi (apzīmēti ar T1) ir paredzēti, lai simulētu daļējas zibens strāvas, kas var tikt novadītas ēkā. Šajos testos tiek izmantota 10/350 µs viļņu forma, kā parādīts attēlā, un tos parasti piemēro uz robežas starp LPZ0 un LPZ1, piemēram, galvenajos sadales paneļos vai zemsprieguma transformatoru ievados. Šī līmeņa SPD parasti ir sprieguma komutācijas tipa, ar tādiem komponentiem kā gāzizlādes lampas vai dzirksteļu spraugas (piemēram, ragu spraugas vai grafīta spraugas).

II tipa (T2) un III tipa (T3) testos tiek izmantoti īsāka ilguma impulsi. II tipa SPD parasti ir sprieguma ierobežošanas ierīces, kas izmanto tādus komponentus kā metāla oksīda varistori (MOV). Tos testē ar nominālo izlādes strāvu, izmantojot 8/20 µs strāvas viļņu formu (sk. attēlu), un tie ir atbildīgi par atlikušā pārsprieguma ierobežošanu, kas nāk no augšupējās aizsardzības ierīces. III tipa testos tiek izmantots kombinēts viļņu ģenerators ar 1,2/50 µs sprieguma un 8/20 µs strāvas impulsu (sk. attēlu zemāk), simulējot pārspriegumus tuvāk galalietotāja iekārtām.

3. Pārsprieguma aizsardzības ierīces (SPD) savienojuma veids

Ir divi galvenie aizsardzības veidi pret īslaicīgiem pārspriegumiem. Pirmais ir kopējā režīma aizsardzība (CT1), kas paredzēta aizsardzībai pret pārspriegumiem starp strāvas vadītājiem un PE (aizsargzemējumu). Piemēram, zibens spērieni sistēmā var ievadīt augstu spriegumu attiecībā pret zemi. Kopējā režīma aizsardzība palīdz mazināt šādu ārēju traucējumu, piemēram, zibens, ietekmi, kā parādīts tālāk.

Otrais ir diferenciālā režīma aizsardzība (CT2), kas aizsargā pret pārspriegumiem starp līnijas vadītāju (L) un neitrālo vadītāju (N). Šāda veida aizsardzība ir īpaši svarīga, lai novērstu iekšējos traucējumus, piemēram, elektrisko troksni vai traucējumus, kas rodas pašā sistēmā, kā parādīts zemāk esošajā diagrammā.

Ieviešot vienu vai abus no šiem aizsardzības režīmiem, elektriskās sistēmas var labāk pasargāt no iespējamiem pārsprieguma avotiem, galu galā uzlabojot pievienoto iekārtu ilgmūžību un uzticamību.

Ir svarīgi atzīmēt, ka SPD aizsardzības režīmu izvēlei jāatbilst esošajai zemējuma sistēmai. TN sistēmās var izmantot gan CT1, gan CT2 aizsardzības režīmus. Tomēr TT sistēmās CT1 var pielietot tikai lejpus RCD. IT sistēmās, īpaši tajās, kurās nav neitrālā vadītāja, CT2 aizsardzība nav piemērojama. Tas ir kritisks apsvērums līdzstrāvas sadales sistēmās, kurās tiek izmantotas IT zemējuma konfigurācijas. Sīkāka informācija sniegta tabulā zemāk.

4. Pārsprieguma aizsardzības ierīču (SPD) galvenie parametri

Saskaņā ar starptautisko standartu IEC 61643-11 zemsprieguma elektroenerģijas sadales sistēmām pievienoto SPD raksturlielumi un testi ir definēti, kā parādīts 7. attēlā.

(1) Sprieguma aizsardzības līmenis (augšup)

Vissvarīgākais aspekts, izvēloties SPD, ir tā sprieguma aizsardzības līmenis (Up), kas raksturo SPD veiktspēju sprieguma ierobežošanā starp spailēm. Šai vērtībai jābūt augstākai par maksimālo iespīlēšanas spriegumu. Tā tiek sasniegta, kad caur SPD plūstošā strāva ir vienāda ar nominālo izlādes strāvu In. Izvēlētajam sprieguma aizsardzības līmenim jābūt zemākam par slodzes impulsa izturības spriegumu Uw. Zibens spērienu gadījumā spriegums uz SPD spailēm parasti tiek uzturēts zem Up. Fotoelektrisko līdzstrāvas sistēmu gadījumā slodze parasti attiecas uz fotoelektriskajiem moduļiem un invertoriem.

(2) Maksimālais nepārtrauktais darba spriegums (Uc)

Uc ir maksimālais līdzstrāvas spriegums, ko var nepārtraukti pielietot SPD aizsardzības režīmā. Tas tiek izvēlēts, pamatojoties uz nominālo spriegumu un sistēmas zemējuma konfigurāciju, un kalpo kā SPD aktivizācijas slieksnis. Fotoelektrisko sistēmu līdzstrāvas pusē Uc jābūt lielākam vai vienādam ar fotoelektrisko bloka Uoc Max. Uoc Max attiecas uz augstāko atvērtās ķēdes spriegumu starp strāvas spailēm un starp strāvas spaili un zemi norādītajā fotoelektrisko bloka punktā.

(3) Nominālā izlādes strāva (collās)

Šī ir 8/20 μs viļņu formas strāvas maksimālā vērtība, kas plūst caur SPD, un to izmanto II tipa testos un I un I tipa priekšapstrādes testos. II tipsIEC pieprasa, lai SPD izturētu vismaz 19 izlādes ar 8/20 μs viļņu formas strāvu. Jo augstāka ir In vērtība, jo ilgāks ir SPD kalpošanas laiks, taču palielinās arī izmaksas.

(4) Impulsa strāva (Iimp)

Šo strāvu, ko nosaka trīs parametri: strāvas maksimums (Ipeak), lādiņš (Q) un īpatnējā enerģija (W/R), izmanto I tips testi. Tipiska viļņu forma ir 10/350 μs.