DC защитен прекъсвач

DC защити от пренапрежение (DC SPD) ограничават преходните пренапрежения и безопасно пренасочват токовете на пренапрежение към земята. При нормални условия те остават с високо съпротивление. По време на пренапрежение те превключват на ниско съпротивление, отклоняват излишния ток и автоматично се възстановяват след събитието, за да осигурят непрекъсната защита от DC пренапрежение.

О: Животът на устройството за защита от пренапрежение в постоянен ток зависи от броя и интензивността на пренапреженията, на които е изложено. Препоръчва се редовна проверка за признаци на износване или индикатори за изтичане на срока на експлоатация. Проактивната подмяна на SPD устройствата гарантира непрекъсната защита от пренапрежение в постоянен ток и предотвратява повреда на оборудването.

О: Да, DC SPD са подходящи за широк спектър от приложения, от слънчеви системи за жилищни сгради до индустриални DC електропреносни мрежи. Изборът на подходящия тип и номинална стойност гарантира ефективна защита от пренапрежения в DC, съобразена с всяка среда.

Устройствата за защита от пренапрежение (SPD) осигуряват защита срещу електрически пренапрежения и пикове, включително тези, причинени пряко и непряко от мълнии.

На места с чести мълнии незащитените фотоволтаични системи ще претърпят повтарящи се и значителни повреди. Това води до значителни разходи за ремонт и подмяна, прекъсване на работата на системата и загуба на приходи.

Правилно инсталираните устройства за защита от пренапрежение (SPD) ще минимизират потенциалното въздействие на мълнии.

Чувствителното електрическо оборудване на фотоволтаичните системи, като инвертори за променлив/постоянен ток, устройства за мониторинг и фотоволтаични панели, трябва да бъде защитено с устройства за защита от пренапрежение (SPD).

Устройството за защита от пренапрежение (SPD) е проектирано да предотвратява достигането на пикове на напрежение с по-висока енергия до чувствителното оборудване и по този начин потенциално да причини повреда.

Ако е проектиран правилно, как работи SPD в DC система?

Натрупването на прекомерно напрежение (над номиналната стойност на оборудването) се предотвратява чрез контролирано разтоварване на енергията между засегнатите проводници за постоянен или променлив ток.

Ако SPD има заземяване, SPD също следи разликата в напрежението между заземяването и другите проводници.

Ако е необходимо, енергията се разтоварва, за да се предотвратят прекомерни разлики в напрежението, като например при пренапрежение. За да функционира правилно, пътят към земята трябва да е с ниско съпротивление.

SPD не могат да предпазят от продължително пренапрежение в продължение на няколко секунди или минути. Това трябва да се предотврати чрез правилно оразмеряване на системата.

1. Уверете се, че вашата система и SPD имат добро, нискосъпротивно свързване към земята.

2. Съобразете устройството за защита от пренапрежение с входовете на оборудването за преобразуване на енергия, което искате да защитите, като се уверите, че “U_c” Напрежението в техническото описание на устройството за защита от пренапрежение е равно или малко по-високо (за предпочитане от 0 до 10 V) от максималното непрекъснато напрежение на проводниците, които трябва да бъдат защитени, или от максималното номинално напрежение на свързаното електрооборудване.

Ако SPD “U_c” е значително по-висока от максималното напрежение на свързаното електрооборудване, то вече не може да осигурява ефективна защита от токови удари. SPD ще защити устройствата или оборудването, като се активира при напрежение, значително по-високо от максималното непрекъснато работно напрежение “U_c” и няма да се намесва при напрежения под “U_c”.

3. LSP препоръчва да се защити поне фотоволтаичният вход на контролера на заряда или инвертора/зарядното устройство, а ако се използва обществена електрическа мрежа, да се защити и входът за променлив ток.

4. При използване на фотоволтаични проводници, уверете се, че устройството за защита от пренапрежение е класифицирано за постоянни напрежения, а при използване на променливотоков вход, уверете се, че SPD е класифицирано за променливи напрежения.

Устройствата за защита от пренапрежение спомагат за намаляване на прекъсванията в работата, причинени от пренапрежение. В фотоволтаичните централи устройствата за защита от пренапрежение трябва да отговарят на специфични изисквания, за да се гарантира непрекъсната работа и производство на енергия.

При проектирането на фотоволтаична централа е важно да се обмисли инсталирането на устройства за защита от пренапрежение (SPD). Пренапреженията и смущенията в мрежата могат да доведат до прекъсване на работата, което намалява производителността на централата.

Следователно, при проектирането на електрическата инсталация трябва да се вземат предвид всички условия, които влияят върху производството и разпределението на енергия.

Слънчевите панели се монтират на открито, за да преобразуват слънчевата енергия в електричество. Това им позволява да бъдат изложени директно на сурови условия като дъжд, вятър и прах. Сред метеорологичните условия, мълниите изискват специално внимание, тъй като могат да повлияят сериозно на безопасността и производителността на фотоволтаичната централа.

Те възникват в кумулонимбус облак и завършват на земята. Когато мълнията удари земята, тя изпуска енергия, която засяга електрическото поле на земята. За фотоволтаичната централа това представлява два риска:

• Пряко въздействие, което може физически да унищожи слънчевото оборудване на покрива
• Преходни пренапрежения, преминаващи през кабели чрез магнитно свързване, които могат да доведат до повреда на чувствителни компоненти, като печатни платки (PCB).

Що се отнася до прякото въздействие, ‘Външна мълниезащита’ (ELP) осигурява необходимата защита съгласно IEC 62305, която описва как да прецените дали вашето местоположение се нуждае от такава защита и какъв трябва да бъде предпочитаният вариант (мрежести клетки, въздушен терминал и др.).

Концепцията е проста: уверете се, че мълнията ще удари метален прът, монтиран на най-високата точка на вашата инсталация, и ще разсее енергията директно в земята чрез меден проводник.

Когато става въпрос за преходни пренапрежения, обаче, са необходими SPD. Те се инсталират паралелно в защитните платки на веригата, за да отклонят енергията към земята и да ограничат пренапрежението до стойност, приемлива за крайното оборудване.

Веднага след като ELP бъде инсталиран във фотоволтаична централа, е задължително да се инсталира и SPD. Ако фотоволтаичната централа не е оборудвана с ELP, инсталирането на SPD се препоръчва, за да се ограничат смущенията в мрежата (преходни пренапрежения).

За да се гарантира, че енергията ще се отведе първо към земята, за да се ограничат пренапреженията, най-важният компонент е металооксидният варистор (MOV).

Този компонент има такава характеристика, че при нормални условия (без пренапрежения) съпротивлението е достатъчно високо, за да не позволява преминаването на номинални токове през него.

При достигане на определено ниво на пренапрежение съпротивлението бързо спада, отваряйки пътя към земята, и се връща към нормалното състояние, след като енергията е била разсеяна.

Този процес позволява ограничаване на нивото на пренапрежение, достигащо до цялото оборудване, свързано надолу по веригата.

Има различни видове SPD, които се различават по отношение на съпротивлението: тип 1, тип 2 и тип 1+2. SPD тип 1 може да се справи с пряк удар, който води до енергиен скок, докато тип 2 ограничава пренапреженията от различни източници. И двете характеристики могат да бъдат комбинирани в “тип 1+2” за пълна защита.

В фотоволтаичните централи предизвикателството е да се избере подходяща защита от пренапрежение, която да издържи на токове с форма на вълна 10/350 µs (почти 10 пъти по-мощни от тип 2 с форма на вълна 8/20 µs), като в същото време се вземе предвид и пространството.

В инвертор или разпределителна кутия пространството винаги е с най-висок приоритет. За да се максимизира наличното пространство, SPD устройствата на LSP използват дълбочината на корпуса за по-здрави компоненти с увеличена дълбочина на устройството.

С новите серии FLP-PV & SLP-PV, както AC, така и DC защитните платки в соларните инсталации могат да бъдат защитени от пренапрежения, причинени от мълнии или смущения в мрежата.

Слънчевите панели, както всички електронни устройства, са податливи на скокове в напрежението, които могат да повредят компонентите и да увеличат времето за престой. Устройствата за защита от пренапрежение могат да помогнат за поддържането на системите в работно състояние и да осигурят тяхната рентабилност.

Защитата от пренапрежение помага да се предотврати повреда на електрониката, като отклонява излишната електроенергия от “горещата” електропроводна линия към заземителен проводник.

В повечето обичайни устройства за защита от пренапрежение това се постига чрез металооксиден варистор (MOV) – парче металооксид, свързан с захранващите и заземителните линии чрез два полупроводника.

Слънчевите панели също са електронни устройства и затова са изложени на същия риск от повреда в резултат на пренапрежения. Слънчевите панели са особено податливи на удари от мълнии поради голямата си повърхност и разположението им на открити места, като например на покриви или на земята в открити пространства.

Ако слънчевите панели бъдат ударени директно, мълнията може да прогори дупки в оборудването или дори да предизвика експлозии, като цялата система бъде унищожена.

Но ефектите от мълнии и други пренапрежения не винаги са толкова очевидни. Вторичните ефекти от тези събития могат да засегнат не само основни компоненти като модули и инвертори, но и системи за мониторинг, контролни устройства за проследяване и метеорологични станции.

Загубата на фотоволтаичен модул ще означава само загуба на верига, докато загубата на централен инвертор ще означава загуба на електропроизводството за голяма част от централата.

Тъй като всички електрически устройства са податливи на пренапрежения, SPD са налични за всички компоненти на слънчевите панели. Индустриалните версии на тези устройства също използват металооксидни варистори (MOV) в комбинация с друго сложно оборудване, за да отвеждат пренапреженията към заземяването. Поради това SPD обикновено се инсталират след като е налице стабилна система за заземяване.

Представете си електрическа еднолинейна схема на вашата инсталация и каскадни SPD от електроразпределителната мрежа до оборудването на масива, разположете надеждна защита на главните входове, за да се предпазите от големи преходни токови удари, и по-малки устройства по критичните пътища до крайната точка на оборудването.

SPD мрежа трябва да бъде инсталирана по цялата дължина на разпределителната мрежа на променливото и постоянното напрежение на соларния панел, за да се защитят критичните вериги. SPD трябва да бъдат инсталирани както на входовете за постоянен ток, така и на изходите за променлив ток на инвертора/инверторите на системата и да бъдат разположени по отношение на заземяването както на положителните, така и на отрицателните линии за постоянен ток. Защитата на променливото напрежение трябва да бъде разположена на всеки проводник за захранване към заземяването. Комбинираните вериги също трябва да бъдат защитени, както и всички вериги за управление и дори системите за проследяване и мониторинг, за да се предотврати смущение и загуба на данни.

Когато става въпрос за търговски и промишлени системи, LSP препоръчва да се използва правилото за 10 м. За инсталации с дължина на кабела за постоянен ток под 10 м, защитата от пренапрежение за слънчеви батерии трябва да се инсталира на удобно място, като например инвертори, комбинирани кутии или по-близо до слънчевите модули. За инсталации с кабели за постоянен ток с дължина над 10 м, защитата от пренапрежение трябва да се инсталира както в края на кабела, свързан с инвертора, така и в края, свързан с модула.

Слънчевите системи за жилищни сгради с микроинвертори имат много къси кабели за постоянен ток, но по-дълги кабели за променлив ток. SPD, инсталиран в комбиниращата кутия, може да защити дома от пренапрежения в масива. SPD на главния панел също може да защити дома от пренапрежения в масива, в допълнение към тези от електроенергийната мрежа и друго вътрешно оборудване.

В системи с всякакви размери SPD трябва да се инсталират от лицензиран електротехник в съответствие с препоръките на производителя и инсталационните и електрическите норми, за да се постигне максимална безопасност и ефективност.

Допълнителни мерки, като добавяне на терминали за отвод на мълнии, могат да бъдат предприети за допълнителна защита на соларния панел от мълнии. SPD не могат да предотвратят физическите щети от директни удари на мълнии.

Пренапрежение може да възникне в електрическите инсталации по различни причини. То може да бъде причинено от:

• Разпределителната мрежа в резултат на мълния или извършени работи.
• Мълнии (в близост или върху сгради и фотоволтаични инсталации, или върху гръмоотводи).
• Вариации в електрическото поле, дължащи се на мълнии.

Както всички външни конструкции, фотоволтаичните инсталации са изложени на риск от мълнии, който варира в зависимост от региона. Трябва да бъдат инсталирани превантивни и защитни системи и устройства.

Първата предпазна мярка, която трябва да се въведе, е средство (проводник), което осигурява еквипотенциално свързване между всички проводими части на фотоволтаична инсталация.

Целта е да се свържат всички заземени проводници и метални части и по този начин да се създаде равен потенциал във всички точки на инсталираната система.

L е сумата от:

• сумата от разстоянията между инвертора(ите) и разпределителната(ите) кутия(и), като се има предвид, че дължините на кабелите, намиращи се в един и същ канал, се броят само веднъж, и
• сумата от разстоянията между разпределителната кутия и точките на свързване на фотоволтаичните модули, образуващи веригата, като се има предвид, че дължините на кабелите, намиращи се в един и същ канал, се броят само веднъж.

Ng е плътност на дъговите мълнии (брой удари/km2/година).

Броят и местоположението на SPD на DC страна зависят от дължината на кабелите между слънчевите панели и инвертора. SPD трябва да се инсталира в близост до инвертора, ако дължината е по-малка от 10 метра. Ако е по-голяма от 10 метра, е необходим втори SPD, който трябва да се намира в кутията близо до слънчевия панел, а първият се намира в зоната на инвертора.

За да бъдат ефективни, кабелите за свързване на SPD към мрежата L+ / L- и между клемната кутия за заземяване на SPD и шината за заземяване трябва да бъдат възможно най-къси – по-малко от 2,5 метра (d1+d2<50 cm).

Безопасно и надеждно производство на фотоволтаична енергия

В зависимост от разстоянието между “генераторната” част и “преобразувателната” част, може да е необходимо да се инсталират два или повече ограничители на пренапрежение, за да се осигури защита на всяка от двете части.

Когато фотоволтаична система е разположена в промишлен обект, бизнес операциите и оборудването също са изложени на риск. Инверторите са скъпи, но за промишлени приложения още по-скъпа е цената на прекъсването на работата.

Когато мълния удари фотоволтаична система, тя предизвиква индуциран преходен ток и напрежение в проводниците на фотоволтаичната система.

Тези преходни токове и напрежения ще се появят на клемите на оборудването и вероятно ще причинят повреди в изолацията и диелектрика на електрическите и електронни компоненти на фотоволтаичната система, като фотоволтаични панели, инвертор, оборудване за управление и комуникации, както и устройства в инсталацията на сградата.

Кутията на масива, инверторът и устройството MPPT (устройство за проследяване на максималната точка на мощност) са най-податливи на повреди.

За да се предотврати преминаването на висока енергия през електрониката и причиняването на повреди от високо напрежение на фотоволтаичната система, токовите удари трябва да имат път към земята.

За да се постигне това, всички проводими повърхности трябва да бъдат директно заземени, а всички кабели, които влизат и излизат от системата (като Ethernet кабели и електрически кабели), трябва да бъдат свързани към заземяване чрез SPD.

Необходимо е устройство за защита от пренапрежение за всяка група от вериги в кутията на масива, кутията на комбинатора, както и за прекъсвача на постоянен ток.

Височината, заострените форми и изолацията са основните характеристики, които определят къде ще удари мълнията. Мит е, че металът привлича мълнии.

Въпреки това е важно да се отбележи, че независимо от местоположението на фотоволтаичната ферма или формата на близките обекти, SPD са от съществено значение за всяка фотоволтаична система поради тяхната присъща податливост на преки и непреки удари.

Кликнете върху бутона „Редактиране“, за да промените този текст. Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipiscing elit. Ut elit tellus, luctus nec ullamcorper mattis, pulvinar dapibus leo.

• гъстотата на светкавицата;
• работната температура на системата;
• напрежението на системата;
• номиналният ток на късо съединение на системата;
• нивото на вълновата форма, от която трябва да се защити (непряка или пряка мълния);
• номиналният разряден ток.

Изискванията на SPD за инсталация, защитена от външна система за защита от мълнии (LPS), зависят от избрания клас на LPS и от това дали разстоянието между LPS и фотоволтаичната инсталация е изолирано или неизолирано.

IEC 62305-3 подробно описва изискванията за разстояние на разделяне за външна LPS.

За да има защитен ефект, нивото на защита от напрежение на SPD (U_p) трябва да бъде с 20 % по-ниска от диелектричната якост на крайното оборудване на системата.

Важно е да се използва SPD с ток на късо съединение, по-голям от тока на късо съединение на соларния масив, към който е свързан SPD.

SPD, който се предоставя на DC изхода, трябва да има DC MCOV, равен или по-голям от максималното напрежение на фотоволтаичната система на панела.

Когато мълнията удари в точка А (виж фигура 1), вероятно ще бъдат повредени слънчевият фотоволтаичен панел и инверторът. Ако мълнията удари в точка Б, ще бъде повреден само инверторът.

Въпреки това, инверторът обикновено е най-скъпият компонент в една фотоволтаична система, поради което е от съществено значение да се избере и инсталира правилно SPD както на променливотокови, така и на постояннотокови линии. Колкото по-близо до инвертора е удара, толкова по-големи ще бъдат повредите по инвертора.

Фотоволтаичните източници имат много различни характеристики на тока и напрежението в сравнение с традиционните източници на постоянен ток: те имат нелинейна характеристика и причиняват дълготрайно запалване на електрически дъги.

Следователно, фотоволтаичните източници на ток изискват не само по-големи фотоволтаични превключватели и фотоволтаични предпазители, но и разединител за устройството за защита от пренапрежение, който е адаптиран към тази уникална характеристика и е в състояние да се справи с фотоволтаичните токове.

SPD, инсталирани на DC страна, трябва винаги да бъдат специално проектирани за DC приложения. Използването на SPD на неправилната AC или DC страна е опасно при условия на повреда.

Когато SPD се използват от страна на постоянния ток, те трябва да се използват и от страна на променливия ток поради потенциалните разлики.

Защитата от пренапрежение е също толкова важна за променливотоковото, колкото и за постояннотоковото напрежение. Уверете се, че SPD е специално проектиран за променливотоковото напрежение.

За оптимална защита SPD трябва да бъде специално оразмерен за системата. Правилният избор ще гарантира най-добрата защита с най-дълъг експлоатационен живот.

От страна на променливотоковото захранване, няколко инвертора могат да бъдат свързани към един и същ SPD, ако споделят едно и също мрежово свързване.

SPD устройствата трябва винаги да се инсталират преди устройствата, които ще защитават. NFPA 780 12.4.2.1 гласи, че защита от пренапрежение трябва да се осигури на DC изхода на соларния панел от положителния към земята и от отрицателния към земята, на комбайнера и комбайнерната кутия за множество соларни панели, както и на AC изхода на инвертора.

Правилната инсталация на SPD зависи от три стойности, а именно:

• Максимално непрекъснато работно напрежение: Напрежението, при което SPD ще се активира.
• Ниво на защита от напрежение: Категорията на пренапрежение на оборудването трябва да бъде по-висока от нивото на защита от напрежение на SPD.
• Номинален разряден ток: Максималната стойност на вълновата форма (8/20 μs за SPD тип 2), която SPD може да издържи след повтарящи се пренапрежения.

Кабели

Кабелите в фотоволтаичните системи често са разположени на големи разстояния, за да могат да достигнат до точката на свързване с електропреносната мрежа. Дългите кабели обаче никога не се препоръчват, а фотоволтаичните системи не са изключение.

Това се дължи на факта, че ефектът от електрическите смущения, причинени от мълнии, се увеличава с увеличаването на дължината на кабелите и кондукторните вериги. Когато възникне преходно пренапрежение, всяко индуктивно падане на напрежението в свързващите кабели може да отслаби защитния ефект на SPD. Това е по-малко вероятно да се случи, ако кабелите са разположени възможно най-късо.

Скокът на напрежението е значителен фактор за повреда на кабела, като всеки импулс върху кабела допринася за влошаване на изолационната сила на кабела.

Ако в самостоятелна фотоволтаична система (система, която е отдалечена от електропреносната мрежа) се появи пренапрежение, работата на всяко оборудване, което се захранва със слънчева електроенергия, като например медицинско оборудване или водоснабдяване, може да бъде нарушена.

Местоположението и количеството на SPD, които трябва да се инсталират на DC страна, зависят от дължината на кабела между слънчевите панели и инвертора (виж таблицата).

Ако дължината е по-малка от 10 метра, тогава е необходим само един SPD и SPD трябва да бъде инсталиран в същата близост като инвертора. Ако дължината на кабела е повече от 10 метра, тогава инсталирайте един SPD в близост до инвертора, както и втори SPD в кутията, която е близо до слънчевия панел.

Поставете кабелите така, че да се избегнат големи кондукторни вериги. Променливотокови и постояннотокови линии и линии за данни трябва да бъдат поставени заедно с кондукторите за еквипотенциално свързване по цялата дължина, за да се гарантира, че не се образуват кондукторни вериги при поставянето им върху няколко низки или при свързване на инвертора към мрежовото свързване.

Забележка:

Дължината на кабела, свързващ SPD с натоварването, трябва винаги да бъде възможно най-къса и никога да не надвишава 10 метра. Ако дължината на кабела е по-голяма от 10 метра, е необходимо да се използва втори SPD. Колкото по-голямо е разстоянието, толкова по-голямо е отражението на мълниевата вълна.

Как да комбинирате SPD с инвертори

Фотоволтаичните паркове се състоят от много чувствително оборудване, което се нуждае от разширена защита. Тъй като фотоволтаичните паркове генерират постоянен ток (DC), инверторите (които са необходими за преобразуване на този ток от DC в променлив ток (AC)) са основен компонент в производството на електроенергия.

За съжаление, инверторите не само са силно податливи на удари от мълнии, но и са изключително скъпи. NFPA 780 12.4.2.3 изисква допълнителни SPD на DC входа на инвертора, ако системният инвертор е на разстояние повече от 30 метра от най-близкия комбайнер или комбайнерна кутия.

Инсталирайте SPD между предпазителите и инвертора, ако имате защитни устройства за вериги (като предпазители, прекъсвачи за постоянен ток или верижни диоди).

Заключение

Да се експлоатира фотоволтаично оборудване без подходяща защита от пренапрежение е повече от рисковано – това е безразсъдно.

За да бъдат слънчевите системи бъдещето на един по-зелен свят, те трябва да бъдат защитени.

Появата на мълнии е неизбежна и затова защитата е от съществено значение.

Уязвимостта на фотоволтаичните системи към мълнии – както преки, така и непреки – означава, че те трябва да бъдат изградени с надеждна и правилно инсталирана защита от пренапрежение.