Въведение
Тъй като фотоволтаичното производство на енергия и системите за съхранение на енергия стават все по-разпространени както в жилищни, така и в търговски приложения, инверторите се превърнаха в централен възел на цялата енергийна верига. На практика обаче много интегратори и собственици на системи инсталират устройства за защита от пренапрежение (SPD) само от страната на постоянния ток, като пренебрегват също толкова значителните рискове от пренапрежение, които съществуват от страната на променливия ток, оставяйки веригата за променлив ток без адекватна защита и създавайки критичен пропуск в цялостната защита на системата от мълнии и пренапрежения.
Нуждаете ли се от защита от пренапрежение за инверторни системи?
Правилният отговор обикновено не е “винаги” или “никога”. Той е “да, когато излагането на пренапрежение и последствията го оправдават”, а инверторните системи често го оправдават.
Излагане на риск и рискови фактори
Започнете с три въпроса:
Колко голяма е средата за пренапрежение? Местата с открити проводници, дълги захранващи линии, въздушни линии и райони, предразположени към мълнии, са по-силно изложени на риск.
Колко тежко ще ви удари един неуспех? Инверторите обикновено са възли с висока стойност и високи разходи за престой (прекъсване на процеса, изпращане на сервиз, гаранционен риск).
Откъде се получава енергията на пренапрежение в системата? Променливотоковата мрежа не е единственият път - свързването, дългите кабели за управление и съседните превключващи се товари могат да предизвикат преходни процеси.
За панелите на производителите на оригинално оборудване най-често срещаните “тихи убийци” са вътрешни превключвания и свързване от близко разположено оборудване с висок dV/dt, а не само драматични мълнии. Ето защо поетапната защита (обслужване → разпределение → оборудване) често е по-реалистична от едно устройство на входа.
Системи за заземяване: Съображения за TN, TT, IT
Подредбата на заземяването променя начина, по който изглежда “нормалното” и какво могат да причинят аномалните събития на SPD.
Системи TN обикновено осигуряват стабилна референция към земя/PE чрез устройството за захранване, но целостта на неутралата и качеството на свързване все още са от значение за събития с общ режим.
TT системи могат да изпитват по-изразени промени в напрежението между нулата и земята при определени повреди; това увеличава значението на избора на номинално напрежение, което да издържа на временно пренапрежение (TOV).
ИТ системи често понасят първа повреда без незабавно изключване; това може да промени продължителността на условията на свръхнапрежение, като отново изтласка поведението на TOV на преден план в спецификацията ви.
Практическият извод не е “една заземителна система се нуждае от SPD, а друга - не”. Той е: вашата заземителна система влияе върху риска от TOV и необходимия начин на защита на SPD (L-N, L-PE, N-PE) и координация. Ако не отчетете това, може да се стигне до смущаваща работа - или до устройство, което се разгражда безшумно.
Сервизни, разпределителни и инверторни захранващи точки
Мислете по-скоро за зони, отколкото за една точка на инсталиране:
Вход за обслужване / произход на съоръжението: където външните пренапрежения и енергията на повредата са най-високи.
Разпределение и подпанели: където често се срещат преходни процеси при превключване и където можете да разделите експозицията по захранващи устройства.
Захранване на инвертора / клеми на инвертора: когато се нуждаете от най-ниското практическо пропускливо напрежение за защита на силовата електроника.
Ключово заключение: Ако имате дълги захранващи линии, висока комутационна активност или висока степен на опасност от повреда, третирайте поставянето на SPD като архитектурно решение, а не като елемент от линията.
Многослойна защита (тип 1/2/3)
Послойното използване е важно, защото едно устройство не може да бъде “най-доброто във всичко”. Високата енергийна способност и ниското напрежение на пропускане не са една и съща цел на дизайна.
SPD тип 1 на служебния вход (с/без LPS)
Използвайте Тип 1 SPD когато трябва да се справите със събития с по-висока енергия в мястото на възникване - особено ако сградата има външна система за мълниезащита (LPS) или е изложена на мълниеносен ток по друг начин.
На това място основно контролирате колко енергия на пренапрежение се допуска в инсталацията, така че стабилността нагоре по веригата е приоритет.
SPD тип 2 за захранващи устройства на инвертори и подпанели
Тип 2 SPD са основното средство за защита на ниво дистрибуция. За инверторните системи най-ценното място обикновено е:
в подпанела, захранващ инвертора, или
в секцията за захранване на инвертора на таблото за управление, възможно най-близо до прекъсвача на захранването и точката на свързване.
Това е мястото, където често се получава най-добрата сделка: добра способност за пренапрежение с нива на защита, подходящи за електрониката надолу по веригата - при условие че окабеляването е направено правилно.
SPD тип 3 на чувствителните клеми
Тип 3 SPD е точката на използване: тя е за последните няколко метра, където толерантността на оборудването е най-ниска.
На практика тип 3 е най-подходящ, когато:
инверторът или неговата система за управление имат много чувствителни клеми,
оборудването е физически отдалечено от най-близкия етап от тип 2, или
имате дълги проводници “последен ход”, които добавят индуктивно повишаване на напрежението по време на пренапрежение.
Определяне на правилния SPD
IEC 61643 Основи на координацията на SPD за инверторни системи
Координацията е това, което прави поетапната защита да се държи като система, а не като три независими устройства.
На практика координацията означава:
етапът нагоре по веригата поема по-голямата част от енергията, без да се повреди преждевременно,
стъпалото надолу по веригата притиска остатъчното напрежение по-близо до инвертора,
и комбинацията не създава нови режими на неизправност (неприятни изключвания, претоварени SPD надолу по веригата или неочаквани пропуски поради индуктивност на кабелите).
Като дисциплина за подбор, запишете в спецификацията си координационни предположения (разположение на стъпалата, очаквано разделяне/разделяне, целево ниво на защита на инвертора), така че изграденият панел да съответства на проектното намерение.
Чистата спецификация предотвратява 80% изненади в полето. За приложенията на инвертори определете електрическата среда (системно напрежение, заземяване, очаквани анормални събития) и след това посочете стойностите на показателите, които са от значение за силовата електроника.
Издръжливост на Uc и TOV според напрежението на системата
Uc (терминология на IEC) е номиналното напрежение “да не пречи”: колко високо може да бъде ефективното напрежение, преди SPD да започне да работи при нормални условия.
При инверторните системи не спирайте до Uc:
Изрично оценяване на сценариите за временно свръхнапрежение (TOV) (изместване на неутралата, повреди, поведение при прехвърляне на генератор/електроснабдяване, отхвърляне на товара).
Изисквайте данните на производителя за издръжливостта на TOV, подходящи за вашата заземителна система и философия за отстраняване на повреди.
Ако сте занижили ставката за TOV, SPD може да се влоши рано - често без очевидно “едно голямо събитие”.”
In/Imax/Iimp и цел Up за силова електроника
Номиналните стойности на тока на пренапрежение показват какво може да поеме SPD; нивото на защита показва какво напрежение може действително да се появи на вашия инвертор.
Имп се използва, когато SPD е предназначен за работа с импулсни токове с по-висока енергия (обикновено се свързва със случаи на употреба от тип 1).
In (номинален ток на разреждане) и Imax (максимален ток на разреждане) обикновено се използват за характеризиране на устройствата от тип 2 на ниво разпределение.
За пропуснато напрежение:
Нагоре е концепцията на IEC за ниво на защита.
За инверторни системи използвайте Up като инструмент за координация:
Проверете издръжливостта на инвертора/мощната електроника на импулси (от категорията на стандартите или данните на производителя).
Посочете целева стойност Up, която оставя марж под издръжливостта на оборудването.
След това потвърдете, че целта е реалистична при планираното оформление на кабелите (дължината на проводниците може да добави значително индуктивно напрежение).
Монтаж и координация
Можете да си купите страхотен SPD и да получите посредствена защита, ако инсталацията превърне връзката в индуктор.
Дисциплина на окабеляването: къси проводници, свързване, симетрия
При паралелно свързани SPD геометрията на окабеляването е производителност.
Правила за добри практики:
Поставете SPD в близост до шините/точката на свързване на захранващите устройства и поддържайте къс общия път на свързване.
Избягвайте примки, остри извивки и дълги коси.
Маршрутизирайте проводници L/N/PE с подобни дължини и плътна геометрия, за да намалите до минимум площта на контура.
Ако искате да получите инженерно ориентиран преглед на причините за това, в ръководството на Electrical Engineering Portal за инсталиране на SPDs в инсталации с ниско напрежение се подчертава, че подробностите за свързването (импеданс и дължина на проводника) оказват силно влияние върху реалната защита (Installing surge protective devices in low voltage installations).
Дисциплината за заземяване/обвързване има също толкова голямо значение. Най-добрите практики за монтаж на DITEK препоръчват използването на заземителна шина и избягването на верижно свързване или слаби съединения, които увеличават импеданса (Заземяване и най-добри практики за монтаж на защита от пренапрежение).
Разделяне: 10 м разстояние или реактори, когато са разположени заедно
Предполага се, че поетапните SPD трябва да споделят енергия, а не да се борят помежду си.
Ако две стъпала са монтирани твърде близо едно до друго с пренебрежимо малък импеданс между тях, те могат да провеждат едновременно и да загубят координация. Ето защо в много ръководни документи се използва правило за разстояние между стъпалата (често изразявано като “около 10 m дължина на проводника”) и се препоръчва добавяне на разединяващ елемент (реактор/индуктор), когато няма физическо разстояние.
При инверторните захранващи панели, където всичко е задължително компактно, координацията се постига чрез:
обмислена топология на окабеляване, която ограничава площта на контура,
избор на поетапни устройства, предназначени за координиране, и/или
добавяне на импеданс (реактор/индуктор), когато е необходимо, за да се предотврати претоварване по веригата.
Документация и съответствие (IEC 61643)
За продуктовите линии на ОЕМ третирайте защитата от пренапрежение като документирана подсистема:
Запишете типа/степента на SPD, номиналните стойности (Uc, In/Imax/Iimp, Up, SCCR) и предвиденото OCPD.
Заснемете намерението за оформление на панела (максимална дължина на кабела, точка на свързване, маршрутизиране на проводниците).
Определете очакванията за обслужване/инспекции (метод за наблюдение, задействания за подмяна).
Тази документация превръща “добавихме SPD” в повтаряща се архитектура за всички продуктови фамилии.
Поддръжка, диагностика и възвръщаемост на инвестициите
Защитата от пренапрежение не е решение за еднократна инсталация. Елементите за защита, базирани на MOV, стареят с натоварването. Ако не можете да забележите влошаването, докато не настъпи повреда, в крайна сметка ще платите за това с престой.
Мониторинг, дистанционни контакти и сменяеми модули
За панелите с инверторно захранване си струва да се определят предварително функциите за диагностика:
Местна индикация на състоянието за бърза визуална проверка по време на обслужване.
Отдалечени контакти за сигнализация (сух контакт) към PLC/SCADA на панела, така че екипите по поддръжката да виждат влошеното/повреденото състояние, без да отварят корпуса.
Включващи се модули, които позволяват бърза подмяна без повторно свързване на полевото окабеляване.
Добро правило за проектите на ОЕМ: ако инверторът е от критично значение, третирайте състоянието на SPD като наблюдаван вход, а не като етикет във вратата.
Планиране на заместването и проверки, основани на събития
Включете подмяната в стратегията си за поддръжка:
Дефиниране на задействащи фактори за проверка (известно събитие с мълния, повтарящи се неудобни изключвания, промяна в състоянието на защитното устройство или основна електрическа работа в началото на веригата).
Съхранявайте резервни модули в сервизния комплект за приложения с висока продължителност на работа.
Документирайте кой има право да подменя модули и каква проверка се изисква след подмяната.
Риск от престой, разходи-ползи и възвръщаемост на инвестициите през целия жизнен цикъл
Случаят с възвръщаемостта на инвестициите обикновено е прост за инверторните системи:
Скромните първоначални разходи намаляват вероятността от скъпоструващо събитие (повикване за обслужване, прекъсване на производството, подмяна на инвертора, излагане на риск от гаранция).
Многопластовата защита и мониторингът намаляват “неизвестния риск”, като превръщат състоянието на SPD във видима променлива за поддръжката.
Ако изграждате продуктови линии, по-голямата печалба е стандартизация: една координирана архитектура на SPD, която производството може да изгражда по един и същи начин всеки път.
LSP AC защита от пренапрежение за инверторни системи
За LSP всички детайли на всяко устройство за защита от пренапрежение (SPD), което произвеждаме, са съсредоточени върху надеждността и безопасността. Произвежданите от нас SPD включват висококачествени LKD MOV и Vactech GDT, които заедно осигуряват несравнима защита от удари на мълнии и други електрически пренапрежения. Провеждаме строги тестове, като например тестове с форма на вълната 8/20 и 10/350, които гарантират дългосрочна стабилна експлоатационна ефективност на вашето оборудване. Ние сме адаптирали нашите продукти така, че да осигуряват достатъчна защита за жилищни и търговски инсталации.
На ниво проектиране сме включили характеристики като вътрешен механизъм за изключване, който изолира и почиства дъгите, като предотвратява възникването на пожари и осигурява допълнително ниво на безопасност. Освен това нашите SPD разполагат с технологии за нискотемпературни изключвания, които им позволяват да функционират при екстремни температури. Със сертификатите TUV, CE и ISO9001 нашите продукти са преминали международните стандарти за безопасност, така че можете да се чувствате сигурни.
В LSP, в допълнение към изключителното си обслужване, поддържаме образцово обслужване на клиентите. Нашият персонал отговаря на 12-часови прозорци за запитвания от клиенти и 7-дневен срок за връщане без никакви условия, като прозорците за замяна са с продължителност 30 дни. Освен това предоставяме помощни функции, като например помощ при ремонт и специфична за региона услуга за обслужване на клиенти, която помага за по-лесен контакт с нас. В случай на повреда на устройството предлагаме дистанционна помощ за отстраняване на неизправности и насоки за подготовка за проверка. Ако се нуждаете от помощ при инсталирането на защитата, нашата помощ за подмяна на SPD е винаги в готовност.
Заключение
Инсталирането на защита от пренапрежение на изходната страна на инвертора запълва единствения най-пренебрегван пропуск в защитата на системата, отговаря на изискванията на международните електрически стандарти и в много случаи е пряко условие за гаранционното покритие на инвертора.
Защитете страната на постоянния ток. Защитете страната на променливия ток. Защитете цялата система.
Често задавани въпроси
Какво представлява пренапрежение за променлив ток (SPD) и как работи?
Устройството за защита от пренапрежение (SPD) се инсталира на променливотоковата страна на електрическата система, за да ограничава преходните пренапрежения, причинени от удари на мълнии или превключване на мрежата. Когато скокът на напрежението надвиши безопасен праг, SPD отклонява излишната енергия към земята, като предотвратява достигането и повреждането на свързаното оборудване, например инвертори.
Имат ли вече инверторите вградена защита от пренапрежение?
Повечето инвертори включват основна вътрешна защита от пренапрежение, но тя не е заместител на специализирана защита от пренапрежение. Вътрешните компоненти, като MOV (металооксидни варистори), имат ограничен капацитет за поглъщане на енергия и се разрушават с течение на времето. Външният защитник срещу пренапрежение осигурява първа линия на защита, като значително намалява енергията на пренапрежението, преди то да достигне до вътрешните вериги на инвертора.
Какви рискове от пренапрежение съществуват конкретно в променливотоковата част на инверторната система?
Променливотоковата страна е изложена на пренапрежения от електрическата мрежа, включително такива, причинени от удари на мълнии в близост, превключване на електропроводи и работа на кондензаторни батерии. Тези събития могат да вкарат преходни процеси с високо напрежение директно в изходните клеми на инвертора за променлив ток. Без защита от пренапрежение тези преходни процеси могат да повредят изходното стъпало на инвертора, трансформатора и свързаните товари.
Къде точно трябва да се монтира пренапрежението в инверторната система?
Защитата от пренапрежение трябва да се монтира в главното разпределително табло за променлив ток или в точката на свързване на изхода за променлив ток на инвертора - възможно най-близо до инвертора. При по-големи системи SPD тип 1 се поставя на служебния вход, за да се справя с преките мълниеносни токове, а SPD тип 2 се инсталира на изхода за променлив ток на инвертора, за да потиска остатъчните пренапрежения.
Може ли пропускането на защита от пренапрежение да доведе до отпадане на гаранцията на инвертора?
Потенциално, да. Много производители на инвертори изрично посочват в своите ръководства за инсталиране, че защитата от пренапрежение трябва да бъде инсталирана както на постояннотоковата, така и на променливотоковата страна като условие за гаранционно покритие. Повредите от пренапрежение често могат да се установят по време на проверката след повреда, а без документирана инсталация на SPD производителите могат да откажат гаранционни претенции за повреди, свързани с пренапрежение.
