DC overspenningsvern

DC-overspenningsvern (DC SPD) begrenser forbigående overspenninger og omdirigerer overspenningsstrømmer sikkert til jord. Under normale forhold forblir de på høy impedans. Under en overspenning skifter de til lav impedans, omdirigerer overskuddsstrøm og tilbakestilles automatisk etter hendelsen for å gi kontinuerlig DC-overspenningsvern.

Svar: Levetiden til en DC-overspenningsvern avhenger av antall og intensiteten til overspenningene den utsettes for. Det anbefales å inspisere den regelmessig for tegn på slitasje eller indikatorer på at den er utslitt. Å bytte ut SPD-er proaktivt sikrer kontinuerlig DC-overspenningsvern og forhindrer skader på utstyret.

Svar: Ja, DC SPD-er er egnet for en lang rekke bruksområder, fra solcelleanlegg i boliger til industrielle DC-strømnett. Ved å velge riktig type og klassifisering sikrer du effektiv DC-overspenningsbeskyttelse som er tilpasset hvert enkelt miljø.

Overspenningsvern (SPD) gir beskyttelse mot overspenning og spenningsspisser, inkludert de som forårsakes direkte og indirekte av lynnedslag.

På steder med hyppige lynnedslag vil ubeskyttede solcelleanlegg bli utsatt for gjentatte og betydelige skader. Dette medfører store reparasjons- og utskiftingskostnader, driftsstans og tap av inntekter.

Korrekt installerte overspenningsvern (SPD) vil minimere den potensielle virkningen av lynnedslag.

Følsomt elektrisk utstyr i solcelleanlegg, som vekselstrøms-/likestrømsomformere, overvåkingsenheter og solcellepaneler, må beskyttes med overspenningsvern (SPD).

En overspenningsvern (SPD) er designet for å forhindre at høye spenningsspisser når følsomt utstyr og dermed potensielt forårsaker skade.

Hvordan fungerer en SPD i et likestrømsystem hvis den er riktig utformet?

Overflødig spenning (utover utstyrets nominelle verdi) forhindres fra å bygge seg opp ved kontrollert energiutladning mellom de berørte likestrøm- eller vekselstrømlederne.

Hvis det er jordforbindelse på SPD-en, overvåker SPD-en også spenningsforskjellen mellom jorden og de andre lederne.

Om nødvendig blir energi utladet for å forhindre for store spenningsforskjeller, for eksempel ved overspenning. For at dette skal fungere riktig, må veien til jord ha lav motstand.

SPD-er kan ikke beskytte mot langvarig overspenning i flere sekunder eller minutter. Dette må forhindres ved riktig dimensjonering av systemet.

1. Sørg for at systemet og SPD har en god, lavmotstandsforbindelse til jord.

2. Tilpass overspenningsvernet til inngangene på strømkonverteringsutstyret du ønsker å beskytte, ved å sikre at “U_c” Spenningen i databladet for overspenningsvernet er lik eller bare litt (helst 0 til 10 V) over den maksimale kontinuerlige spenningen på lederne som skal beskyttes, eller den maksimale spenningsverdien for det tilkoblede strømutstyret.

Hvis SPDs “U_c” er godt over den maksimale spenningsverdien for det tilkoblede strømutstyret, kan det ikke lenger beskytte effektivt mot spenningsspenninger. SPD vil beskytte enheter eller utstyr ved å aktivere godt over den maksimale kontinuerlige driftsspenningen “U_c” og vil ikke forstyrre ved spenninger under “U_c”.

3. LSP anbefaler å beskytte minst PV-inngangen til ladekontrolleren eller omformeren/laderen, og hvis du bruker et offentlig strømnett, bør du også beskytte vekselstrøminngangen.

4. Hvis den brukes på PV-ledere, må du forsikre deg om at overspenningsvernet er klassifisert for likestrømspenninger. Hvis den brukes på vekselstrøminngangen, må du forsikre deg om at SPD er klassifisert for vekselstrømspenninger.

Overspenningsvern bidrar til å redusere driftsstans som skyldes overspenning. I solcelleanlegg må overspenningsvern oppfylle spesifikke krav for å sikre kontinuerlig drift og energiproduksjon.

Når man designer et solcelleanlegg, er det viktig å vurdere installasjon av overspenningsvern (SPD). Overspenning og nettverksforstyrrelser kan føre til driftsstans og redusere anleggets ytelse.

Derfor bør alle forhold som påvirker energiproduksjon og -distribusjon tas i betraktning ved utformingen av det elektriske anlegget.

Solcellepaneler installeres utendørs for å omdanne solenergi til elektrisitet. Denne utendørs plasseringen gjør at de utsettes direkte for tøffe forhold som regn, vind og støv. Blant værforholdene krever lynnedslag spesiell oppmerksomhet, da de kan ha alvorlig innvirkning på sikkerheten og ytelsen til et solcelleanlegg.

De oppstår i en cumulonimbus-sky og slutter på bakken. Når lynet treffer bakken, avgir det energi som påvirker det elektriske feltet på bakken. For solcelleanlegget medfører dette to risikoer:

• En direkte påvirkning som fysisk kan ødelegge solcelleanlegget på et tak
• Forbigående overspenninger som passerer gjennom kabler ved magnetisk kobling, noe som kan føre til skade på sensitive komponenter som kretskort (PCB).

Når det gjelder direkte påvirkning, gir ‘External Lightning Protects’ (ELP) den nødvendige beskyttelsen i henhold til IEC 62305, som beskriver hvordan du kan vurdere om din lokasjon trenger slik beskyttelse, og hva som bør være det foretrukne alternativet (nettbur, luftterminal osv.).

Konseptet er enkelt: Sørg for at lynet treffer en metallstang som er installert på det høyeste punktet i anlegget ditt, og led energien direkte ned i bakken gjennom en kobbernedleder.

Når det gjelder forbigående overspenninger, er det imidlertid nødvendig med SPD-er. Disse installeres parallelt i kretsbeskyttelseskortene for å avlede energien til jorden og begrense overspenningen til en verdi som er akseptabel for sluttutstyret.

Så snart ELP er installert på et solcelleanlegg, er det obligatorisk å installere en SPD også. Hvis solcelleanlegget ikke er utstyrt med en ELP, anbefales det på det sterkeste å installere en SPD for å begrense nettverksforstyrrelser (forbigående overspenninger).

For å sikre at energien først strømmer til bakken for å begrense overspenninger, er den viktigste komponenten metalloksidvaristoren (MOV).

Denne komponenten har en slik egenskap at motstanden under normale forhold (uten overspenning) er høy nok til at nominelle strømmer ikke kan passere gjennom den.

Fra et visst overspenningsnivå vil motstanden raskt falle, åpne veien til jord og gå tilbake til normal tilstand når energien er blitt spredt.

Denne prosessen gjør det mulig å begrense overspenningsnivået som når alt utstyr som er koblet til nedstrøms.

Det finnes forskjellige typer SPD-er som varierer i motstand: Type 1, Type 2 og Type 1+2. En Type 1 SPD kan takle et direkte slag som medfører en energisk overspenning, mens Type 2 begrenser overspenninger fra forskjellige kilder. Begge egenskapene kan kombineres i en “Type 1+2” for fullstendig beskyttelse.

I solcelleanlegg er utfordringen å velge riktig overspenningsbeskyttelse som tåler rene energibølger på 10/350 µs (nesten 10 ganger kraftigere enn type 2 på 8/20 µs), samtidig som man må ta hensyn til plassbehovet.

I en omformer eller koblingsboks er plass alltid høyeste prioritet. For å maksimere den tilgjengelige plassen utnytter LSPs SPD-er dybden i kabinettet til sterkere komponenter med økt dybde på enheten.

Med den nye FLP-PV- og SLP-PV-serien kan både vekselstrøm- og likestrømskretsbeskyttelseskort i solcelleanlegg beskyttes mot overspenning på grunn av lynnedslag eller nettverksforstyrrelser.

Solcellepaneler er, som alle elektroniske enheter, utsatt for spenningssvingninger som kan skade komponenter og øke nedetiden. Overspenningsvern kan bidra til å holde systemene i drift og sikre lønnsomhet.

En overspenningsvern hjelper til med å forhindre skader på elektronikk ved å lede den ekstra strømmen fra den “varme” strømledningen til en jordingsledning.

I de fleste vanlige overspenningsvern oppnås dette ved hjelp av en metalloksidvaristor (MOV), et stykke metalloksid som er koblet til strøm- og jordledningene ved hjelp av to halvledere.

Solcellepaneler er også elektroniske enheter og er derfor utsatt for samme risiko for skader fra overspenning. Solcellepaneler er spesielt utsatt for lynnedslag på grunn av deres store overflateareal og plassering på utsatte steder, for eksempel på tak eller montert på bakken i åpne områder.

Hvis solcellepanelene blir truffet direkte, kan lynet brenne hull i utstyret eller til og med forårsake eksplosjoner, og hele systemet blir ødelagt.

Men effektene av lyn og andre overspenninger er ikke alltid så tydelige. Sekundæreffektene av disse hendelsene kan ikke bare påvirke viktige komponenter som moduler og omformere, men også overvåkingssystemer, sporingskontroller og værstasjoner.

Tap av et PV-modul vil bare bety tap av en streng, mens tap av sentralomformer vil bety tap av kraftproduksjon for en stor del av anlegget.

Fordi alt elektrisk utstyr er utsatt for overspenning, finnes det SPD-er for alle komponenter i solcelleanlegg. De industrielle versjonene av disse enhetene bruker også metalloksidvaristorer (MOV) i kombinasjon med annet sofistikert utstyr for å lede overspenning til jord. Derfor installeres SPD-er vanligvis etter at et stabilt jordingssystem er på plass.

Tenk på et elektrisk enkeltlinjediagram over installasjonen din og kaskader SPD-er fra strømforsyningen til anleggsutstyret, plasser robust beskyttelse på hovedinnganger for å beskytte mot store overspenningstransienter og mindre enheter langs kritiske baner til utstyrets sluttpunkt.

Et SPD-nettverk bør installeres i hele solcelleanleggets vekselstrøm- og likestrømfordeling for å beskytte kritiske kretser. SPD-er bør installeres på både likestrøminngangene og vekselstrømutgangene til systemets omformere og plasseres med referanse til jord på både positive og negative likestrømledninger. Vekselstrømbeskyttelse bør plasseres på hver strømleder til jord. Kombinasjonskretser bør også beskyttes, i likhet med alle kontrollkretser og til og med sporings- og overvåkingssystemer for å forhindre forstyrrelser og tap av data.

Når det gjelder kommersielle systemer og systemer i stor skala, anbefaler LSP å bruke 10 m-regelen. For installasjoner med DC-kabellengder under 10 m bør DC-overspenningsbeskyttelse installeres på et praktisk sted, for eksempel ved omformere, kombinasjonsbokser eller nærmere solcellemodulene. For installasjoner med DC-kabler over 10 m bør overspenningsbeskyttelse installeres både ved omformeren og ved modulenden av kablene.

Solcelleanlegg for boliger med mikroinvertere har svært korte likestrømskabler, men lengre vekselstrømskabler. En SPD installert på kombinasjonsboksen kan beskytte boligen mot overspenning fra solcelleanlegget. En SPD på hovedpanelet kan også beskytte boligen mot overspenning fra solcelleanlegget, i tillegg til overspenning fra strømnettet og annet internt utstyr.

Uansett størrelse på systemet, bør SPD-er installeres av en autorisert elektriker i samsvar med produsentens anbefalinger og installasjons- og elektriske forskrifter for å maksimere sikkerheten og effektiviteten.

Ytterligere tiltak, som å installere lynavledere, kan iverksettes for å beskytte solcelleanlegget spesielt mot lynnedslag. SPD-er kan ikke forhindre fysisk skade fra direkte lynnedslag.

Overspenning kan oppstå i elektriske installasjoner av ulike årsaker. Det kan skyldes:

• Distribusjonsnettet som følge av lynnedslag eller utført arbeid.
• Lynnedslag (i nærheten eller på bygninger og solcelleanlegg, eller på lynavledere).
• Variasjoner i det elektriske feltet på grunn av lyn.

Som alle utendørs konstruksjoner er solcelleanlegg utsatt for lynnedslag, som varierer fra region til region. Forebyggende og avledende systemer og anordninger bør være på plass.

Den første sikkerhetsforanstaltningen som må iverksettes, er et medium (leder) som sikrer ekvipotensialbinding mellom alle ledende deler av en solcelleanlegg.

Målet er å koble sammen alle jordede ledere og metalldeler og dermed skape like potensial på alle punkter i det installerte systemet.

L er summen av:

• summen av avstandene mellom omformeren(e) og koblingsboksen(e), idet det tas hensyn til at lengden på kabler som befinner seg i samme kabelkanal bare telles én gang, og
• summen av avstandene mellom koblingsboksen og tilkoblingspunktene til de fotovoltaiske modulene som danner strengen, med hensyn til at lengden på kabler som befinner seg i samme kabelkanal bare telles én gang.

Ng er lysbuetetthet (antall lynnedslag/km2/år).

Antall og plassering av SPD-er på likestrømsiden avhenger av lengden på kablene mellom solcellepanelene og omformeren. SPD-en bør installeres i nærheten av omformeren hvis lengden er mindre enn 10 meter. Hvis den er større enn 10 meter, er det nødvendig med en ekstra SPD, som bør plasseres i boksen nær solcellepanelet, mens den første plasseres i omformerområdet.

For å være effektive må SPD-tilkoblingskablene til L+ / L- nettverket og mellom SPD-ens jordterminalblokk og jordbussbar være så korte som mulig – mindre enn 2,5 meter (d1+d2<50 cm).

Sikker og pålitelig produksjon av solenergi

Avhengig av avstanden mellom “generator”-delen og “konverterings”-delen, kan det være nødvendig å installere to overspenningsavledere eller flere for å sikre beskyttelse av hver av de to delene.

Når et solcelleanlegg er plassert på et industriområde, er også virksomheten og utstyret i fare. Omformere er dyre, men for industrielle applikasjoner er kostnadene ved driftsstans enda dyrere.

Når lynet slår ned i et solcelleanlegg, forårsaker det en indusert transient strøm og spenning i solcelleanleggets ledningsløkker.

Disse forbigående strømmer og spenninger vil oppstå ved utstyrets terminaler og sannsynligvis forårsake isolasjons- og dielektriske feil i solcelleanleggets elektriske og elektroniske komponenter, som solcellepaneler, omformere, kontroll- og kommunikasjonsutstyr, samt enheter i bygningens installasjon.

Arrayboksen, omformeren og MPPT-enheten (maksimal effektpunktsporingsenhet) har de høyeste feilpunktene.

For å forhindre at høy energi passerer gjennom elektronikken og forårsaker høyspenningsskader på solcelleanlegget, må spenningsspenninger ha en vei til jord.

For å gjøre dette bør alle ledende overflater være direkte jordet, og alle ledninger som går inn og ut av systemet (for eksempel Ethernet-kabler og strømledninger) kobles til jord via en SPD.

Det er behov for en overspenningsvern for hver gruppe av strenger i arrayboksen, kombinasjonsboksen og likestrømskoblingen.

Høyde, spisse former og isolasjon er de dominerende egenskapene som avgjør hvor lynet slår ned. Det er en myte at metall tiltrekker seg lyn.

Det er imidlertid viktig å merke seg at uansett hvor solcelleparken ligger, eller hvordan objekter i nærheten ser ut, er SPD-er avgjørende for alle solcelleanlegg på grunn av deres iboende sårbarhet for direkte og indirekte lynnedslag.

Klikk på redigeringsknappen for å endre denne teksten. Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipiscing elit. Ut elit tellus, luctus nec ullamcorper mattis, pulvinar dapibus leo.

• lynslagets lysintensitet;
• systemets driftstemperatur;
• systemets spenning;
• systemets kortslutningsstrømstyrke;
• nivået på bølgeformen som skal beskyttes mot (indirekte eller direkte lynnedslag);
• den nominelle utladningsstrømmen.

SPD-kravene for en installasjon som er beskyttet av et eksternt lynbeskyttelsessystem (LPS) avhenger av den valgte klassen for LPS og om avstanden mellom LPS og PV-installasjonen er isolert eller ikke-isolert.

IEC 62305-3 beskriver kravene til separasjonsavstand for et eksternt LPS.

For å ha en beskyttende effekt må SPD-enhetens spenningsbeskyttelsesnivå (U_p) bør være 20 % lavere enn dielektrisk styrke for systemets terminalutstyr.

Det er viktig å bruke en SPD med en kortslutningsmotstand som er større enn kortslutningsstrømmen til solcelleanlegget som SPD-en er koblet til.

SPD-en som leveres på likestrømutgangen må ha en likestrøm-MCOV som er lik eller større enn panelets maksimale solcelleanleggsspenning.

Når lynet slår ned på punkt A (se figur 1), vil solcellepanelet og omformeren sannsynligvis bli skadet. Bare omformeren vil bli skadet hvis lynet slår ned på punkt B.

Imidlertid er omformeren vanligvis den dyreste komponenten i et solcelleanlegg, og det er derfor viktig å velge og installere riktig SPD på både vekselstrøm- og likestrømskablene. Jo nærmere lynet slår ned i omformeren, desto større skade vil omformeren få.

PV-kilder har svært forskjellige strøm- og spenningsegenskaper enn tradisjonelle likestrømskilder: de har en ikke-lineær karakteristikk og forårsaker langvarig vedvarende lysbuer.

Derfor krever PV-strømkilder ikke bare større PV-brytere og PV-sikringer, men også en frakoblingsbryter for overspenningsvernet som er tilpasset denne unike egenskapen og som er i stand til å håndtere PV-strømmer.

SPD-er installert på likestrømsiden må alltid være spesielt designet for likestrømsapplikasjoner. Bruk av en SPD på feil vekselstrøms- eller likestrømside er farlig under feilforhold.

Når SPD-er brukes på likestrømsiden, må de også brukes på vekselstrømsiden på grunn av potensialforskjellene.

Overspenningsbeskyttelse er like viktig for vekselstrømsiden som for likestrømsiden. Sørg for at SPD-en er spesielt designet for vekselstrømsiden.

For optimal beskyttelse bør SPD-en dimensjoneres spesielt for systemet. Riktig valg vil garantere best mulig beskyttelse og lengst levetid.

På vekselstrømsiden kan flere omformere kobles til samme SPD hvis de deler samme nettilkobling.

SPD-er skal alltid installeres oppstrøms for enhetene de skal beskytte. NFPA 780 12.4.2.1 sier at overspenningsbeskyttelse skal installeres på likestrømutgangen til solcellepanelet fra positiv til jord og negativ til jord, ved kombineringsenheten og kombineringsboksen for flere solcellepaneler, og ved vekselstrømutgangen til omformeren.

Riktig installasjon av en SPD avhenger av tre verdier, som er:

• Maksimal kontinuerlig driftsspenning: Spenningen som SPD vil aktivere.
• Spenningsbeskyttelsesnivå: Utstyrets overspenningskategori må være høyere enn SPD-enhetens spenningsbeskyttelsesnivå.
• Nominell utladningsstrøm: Toppverdien av bølgeformen (8/20 μs for type 2 SPD-er) som SPD-en er i stand til å tåle etter gjentatte overspenninger.

Kabler

Kablene i solcelleanlegg strekker seg ofte over lange avstander for å nå nettilkoblingspunktet. Lange kabler anbefales imidlertid aldri, og solcelleanlegg er intet unntak.

Dette skyldes at effekten av feltbasert og ledet elektrisk interferens forårsaket av lynutslipp øker i forhold til økende kabellengder og ledersløyfer. Når det oppstår en transient overspenning, kan ethvert induktivt spenningsfall i tilkoblingskablene svekke SPD-enhetens beskyttende effekt. Dette er mindre sannsynlig hvis kablene legges så kort som mulig.

Spenningsspenning er en viktig årsak til kabelfeil, og hver impuls på en kabel bidrar til å svekke kabelens isolasjonsstyrke.

Hvis det oppstår en overspenning i et frittstående solcelleanlegg (et anlegg som ligger langt fra strømnettet), kan driften av utstyr som drives av solenergi, for eksempel medisinsk utstyr eller vannforsyning, bli forstyrret.

Plasseringen og antallet SPD-er som skal installeres på likestrømsiden, avhenger av lengden på kabelen mellom solcellepanelene og omformeren (se tabell).

Hvis lengden er mindre enn 10 meter, er det kun nødvendig med én SPD, og SPD-en bør installeres i nærheten av omformeren. Hvis kabelen er lengre enn 10 meter, må du installere én SPD i nærheten av omformeren og en annen SPD i boksen som er nær solcellepanelet.

Legg kablene slik at store ledersløyfer unngås. Vekselstrøm- og likestrømskabler samt datakabler må legges sammen med potensialutligningslederne langs hele strekningen for å sikre at det ikke dannes ledersløyfer ved legging over flere strenger eller ved tilkobling av omformeren til nettilkoblingen.

Merk:

Lengden på kabelen som kobler en SPD til belastningen, bør alltid være så kort som mulig og aldri være lengre enn 10 meter. Hvis kabellengden er lengre enn 10 meter, er det nødvendig med en ekstra SPD. Jo større avstand, desto større refleksjon av lynbølgen.

Hvordan kombinere SPD-er med omformere

PV-parker består av svært følsomt utstyr som krever omfattende beskyttelse. Fordi PV-parker produserer likestrøm (DC), er omformere (som er nødvendige for å konvertere denne strømmen fra likestrøm til vekselstrøm) en viktig komponent i deres elektriske produksjon.

Dessverre er omformere ikke bare svært utsatt for lynnedslag, men de er også utrolig dyre. NFPA 780 12.4.2.3 krever ekstra SPD-er ved likestrøminngangen til omformeren hvis systemomformeren er mer enn 30 meter fra nærmeste kombineringsenhet eller kombineringsboks.

Installer SPD mellom sikringene og omformeren hvis det finnes strengbeskyttelse (for eksempel sikringer, likestrømbrytere eller strengdioder).

Konklusjon

Å bruke solcelleanlegg uten riktig overspenningsbeskyttelse er mer enn risikabelt – det er uforsvarlig.

For at solcelleanlegg skal kunne være fremtiden for en grønnere verden, må de beskyttes.

Lyn er uunngåelige, og derfor er beskyttelse avgjørende.

Solcelleanleggs sårbarhet for lynnedslag – både direkte og indirekte – betyr at de må bygges med pålitelig og riktig installert overspenningsbeskyttelse.