Защита от перенапряжения постоянного тока

Устройства защиты от перенапряжения постоянного тока (DC SPD) ограничивают переходные перенапряжения и безопасно перенаправляют токи перенапряжения на землю. В нормальных условиях они остаются с высоким импедансом. Во время перенапряжения они переключаются на низкий импеданс, отводя избыточный ток, и автоматически сбрасываются после события, обеспечивая непрерывную защиту от перенапряжения постоянного тока.

О: Срок службы устройства защиты от перенапряжения постоянного тока зависит от количества и интенсивности перенапряжений, с которыми оно сталкивается. Рекомендуется регулярно проверять устройство на наличие признаков износа или индикаторов окончания срока службы. Профилактическая замена устройств защиты от перенапряжения обеспечивает непрерывную защиту от перенапряжения постоянного тока и предотвращает повреждение оборудования.

О: Да, устройства защиты от перенапряжения постоянного тока подходят для широкого спектра применений, от бытовых солнечных систем до промышленных сетей постоянного тока. Выбор подходящего типа и номинала обеспечивает эффективную защиту от перенапряжения постоянного тока, адаптированную к каждой конкретной среде.

Устройства защиты от перенапряжения (SPD) обеспечивают защиту от электрических скачков и всплесков напряжения, в том числе вызванных прямо или косвенно молнией.

В местах с частыми грозами незащищенные фотоэлектрические системы будут подвергаться повторяющимся и значительным повреждениям. Это приводит к существенным затратам на ремонт и замену, простоям системы и потере доходов.

Правильно установленные устройства защиты от перенапряжения (SPD) позволят минимизировать потенциальное воздействие молнии.

Чувствительное электрооборудование фотоэлектрических систем, такое как инвертор переменного/постоянного тока, устройства мониторинга и фотоэлектрическая батарея, должно быть защищено устройствами защиты от перенапряжения (SPD).

Устройство защиты от перенапряжения (SPD) предназначено для предотвращения попадания пиков напряжения с высокой энергией на чувствительное оборудование и, как следствие, его потенциального повреждения.

При правильной конструкции, как работает SPD в системе постоянного тока?

Избыточное напряжение (превышающее номинальное значение оборудования) предотвращается за счет контролируемого разряда энергии между затронутыми проводниками постоянного или переменного тока.

Если на SPD имеется заземление, SPD также контролирует разность напряжений между заземлением и другими проводниками.

При необходимости энергия разряжается, чтобы предотвратить чрезмерные перепады напряжения, например, при скачке напряжения. Для правильной работы этого механизма путь к земле должен иметь низкое сопротивление.

SPD не могут защитить от длительного перенапряжения, длящегося несколько секунд или минут. Это необходимо предотвратить путем правильного расчета размера системы.

1. Убедитесь, что ваша система и SPD имеют хорошее соединение с заземлением с низким сопротивлением.

2. Подберите устройство защиты от перенапряжения в соответствии с входами оборудования преобразования питания, которое вы хотите защитить, убедившись, что “U_c”Напряжение в техническом паспорте устройства защиты от перенапряжения должно быть равным или немного (желательно от 0 до 10 В) превышать максимальное непрерывное напряжение на защищаемых проводниках или максимальное номинальное напряжение подключенного силового оборудования.

Если SPD “U_c” значительно превышает максимальное номинальное напряжение подключенного энергетического оборудования, оно больше не может эффективно защищать от скачков напряжения. SPD будет защищать устройства или оборудование, активируясь значительно выше максимального непрерывного рабочего напряжения “U»._c” и не будет вмешиваться при напряжениях ниже “U_c”.

3. LSP рекомендует защищать как минимум вход фотоэлектрической системы контроллера заряда или инвертора/зарядного устройства, а при использовании общественной электрической сети — также и вход переменного тока.

4. При использовании на фотоэлектрических проводниках убедитесь, что устройство защиты от перенапряжения рассчитано на постоянное напряжение, при использовании на входе переменного тока убедитесь, что устройство защиты от перенапряжения рассчитано на переменное напряжение.

Устройства защиты от перенапряжения помогают сократить время простоя, вызванного перенапряжением. На фотоэлектрических станциях устройства защиты от перенапряжения должны соответствовать определенным требованиям, чтобы обеспечить непрерывную работу и выработку энергии.

При проектировании фотоэлектрической станции важно учитывать установку устройств защиты от перенапряжения (SPD). Перенапряжения и сетевые помехи могут привести к простоям, снижая производительность станции.

Поэтому при проектировании электроустановки необходимо учитывать все условия, влияющие на производство и распределение энергии.

Солнечные панели устанавливаются снаружи для преобразования солнечной энергии в электричество. Расположение на открытом воздухе подвергает их воздействию таких суровых погодных условий, как дождь, ветер и пыль. Среди погодных условий особое внимание требуют удары молнии, поскольку они могут серьезно повлиять на безопасность и производительность фотоэлектрической станции.

Они возникают в кучево-дождевых облаках и заканчиваются на земле. Когда молния ударяет в землю, она разряжает энергию, влияя на электрическое поле на земле. Для солнечной фотоэлектрической станции это создает два риска:

• Прямое воздействие, которое может физически разрушить солнечное оборудование на крыше
• Переходные перенапряжения, проходящие по кабелям посредством магнитной связи, которые могут привести к повреждению чувствительных компонентов, таких как печатные платы (PCB).

Что касается прямого воздействия, система ‘External Lightning Protects’ (ELP) обеспечивает необходимую защиту в соответствии с требованиями стандарта IEC 62305, в котором описано, как оценить, нуждается ли ваше местоположение в такой защите, и какой вариант следует предпочесть (сеточные клетки, воздушный терминал и т. д.).

Концепция проста: убедитесь, что молния ударит в металлический стержень, установленный в самой высокой точке вашего завода, и рассеет энергию прямо в землю через медный заземляющий проводник.

Однако в случае переходных перенапряжений требуется использование устройств защиты от перенапряжения (SPD). Они устанавливаются параллельно в платы защиты цепи, чтобы отвести энергию на землю и ограничить перенапряжение до значения, приемлемого для конечного оборудования.

Как только ELP устанавливается на фотоэлектрической станции, обязательно необходимо установить SPD. Если фотоэлектрическая станция не оборудована ELP, настоятельно рекомендуется установить SPD, чтобы ограничить сетевые возмущения (переходные перенапряжения).

Для обеспечения того, чтобы энергия сначала поступала в землю, чтобы ограничить перенапряжения, наиболее важным компонентом является металлооксидный варистор (MOV).

Этот компонент обладает такими свойствами, что в нормальных условиях (без перенапряжений) его сопротивление достаточно высоко, чтобы не допустить прохождения через него номинальных токов.

Начиная с определенного уровня перенапряжения, сопротивление быстро падает, открывая путь к земле, и возвращается к нормальному состоянию после рассеивания энергии.

Этот процесс позволяет ограничить уровень перенапряжения, достигающего все оборудование, подключенное ниже по цепи.

Существуют различные типы SPD, которые различаются по сопротивлению: тип 1, тип 2 и тип 1+2. SPD типа 1 может справиться с прямым ударом, который вызывает энергетический всплеск, тогда как тип 2 ограничивает перенапряжения от различных источников. Обе характеристики могут быть объединены в “тип 1+2” для полной защиты.

В фотоэлектрических установках задача состоит в том, чтобы выбрать подходящую защиту от перенапряжений, способную выдержать токи с формой волны 10/350 мкс (почти в 10 раз более мощные, чем токи с формой волны 8/20 мкс типа 2), и в то же время учитывать пространство.

В инверторе или распределительной коробке пространство всегда имеет первостепенное значение. Чтобы максимально использовать доступное пространство, SPD LSP используют глубину корпуса для более прочных компонентов с увеличенной глубиной устройства.

С новыми сериями FLP-PV и SLP-PV можно защитить как переменные, так и постоянные цепи в солнечных установках от перенапряжений, вызванных ударами молнии или сбоями в сети.

Солнечные батареи, как и все электронные устройства, подвержены скачкам напряжения, которые могут повредить компоненты и увеличить время простоя. Устройства защиты от перенапряжения могут помочь поддерживать работу систем и их рентабельность.

Устройство защиты от перенапряжения помогает предотвратить повреждение электроники, отводя избыточную электроэнергию из “горячей” линии электропередачи в заземляющий провод.

В большинстве распространенных устройств защиты от перенапряжения это достигается с помощью варистора из оксида металла (MOV) — кусочка оксида металла, соединенного с линиями питания и заземления двумя полупроводниками.

Солнечные батареи также являются электронными устройствами и поэтому подвержены такому же риску повреждения от скачков напряжения. Солнечные панели особенно подвержены ударам молнии из-за большой площади поверхности и размещения в открытых местах, таких как крыши зданий или открытые пространства.

Если молния попадает непосредственно в солнечные панели, она может прожечь дыры в оборудовании или даже вызвать взрыв, в результате чего вся система будет уничтожена.

Однако последствия молнии и других перенапряжений не всегда так очевидны. Вторичные эффекты этих явлений могут повлиять не только на основные компоненты, такие как модули и инверторы, но и на системы мониторинга, устройства управления трекерами и метеостанции.

Потеря фотоэлектрического модуля будет означать только потерю цепочки, в то время как потеря центрального инвертора будет означать потерю выработки электроэнергии для большой части станции.

Поскольку все электрооборудование подвержено воздействию перенапряжений, для всех компонентов солнечных батарей доступны устройства защиты от перенапряжений (SPD). В промышленных версиях этих устройств также используются металлооксидные варисторы (MOV) в сочетании с другим сложным оборудованием для отвода перенапряжений на заземление. Поэтому SPD обычно устанавливаются после того, как создана стабильная система заземления.

Представьте себе однолинейную электрическую схему вашей установки и каскадные устройства защиты от перенапряжения от коммунальной службы до оборудования массива, разместите надежную защиту на главных входах для защиты от больших переходных перенапряжений и меньшие устройства на критических путях до конечной точки оборудования.

Сеть SPD должна быть установлена по всей системе распределения переменного и постоянного тока солнечной батареи для защиты критически важных цепей. SPD должны быть установлены как на входах постоянного тока, так и на выходах переменного тока инвертора (инверторов) системы и развернуты с привязкой к земле как на положительных, так и на отрицательных линиях постоянного тока. Защита переменного тока должна быть развернута на каждом силовом проводнике к земле. Цепи комбайнера также должны быть защищены, как и все цепи управления и даже системы отслеживания и мониторинга, чтобы предотвратить помехи и потерю данных.

Когда речь идет о коммерческих и коммунальных системах, LSP рекомендует использовать правило 10 м. Для установок с длиной кабеля постоянного тока менее 10 м защита от перенапряжения постоянного тока должна быть установлена в удобном месте, например, на инверторах, соединительных коробках или ближе к солнечным модулям. Для установок с кабелями постоянного тока длиной более 10 м защита от перенапряжения должна быть установлена как на инверторе, так и на модуле.

Солнечные системы для жилых домов с микроинверторами имеют очень короткие кабели постоянного тока, но более длинные кабели переменного тока. Устройство защиты от перенапряжения (SPD), установленное на соединительной коробке, может защитить дом от скачков напряжения в массиве. SPD на главной панели также может защитить дом от скачков напряжения в массиве, а также от скачков напряжения в электросети и других внутренних устройств.

В системах любого размера устройства защиты от перенапряжения должны устанавливаться лицензированным электриком в соответствии с рекомендациями производителя, а также нормами и правилами по установке и электробезопасности, чтобы обеспечить максимальную безопасность и эффективность.

Для дополнительной защиты солнечной батареи от молнии можно принять дополнительные меры, такие как установка молниеотводов. Устройства защиты от перенапряжения не могут предотвратить физическое повреждение от прямого удара молнии.

Перенапряжение в электрических установках может возникать по разным причинам. Оно может быть вызвано:

• Распределительная сеть в результате удара молнии или любых проведенных работ.
• Удары молнии (поблизости или по зданиям и фотоэлектрическим установкам, или по молниеотводам).
• Изменения в электрическом поле, вызванные молнией.

Как и все наружные конструкции, фотоэлектрические установки подвержены риску поражения молнией, который варьируется от региона к региону. Необходимо установить системы и устройства защиты и улавливания.

Первой мерой безопасности, которую необходимо принять, является установка средства (проводника), обеспечивающего эквипотенциальное соединение всех проводящих частей фотоэлектрической установки.

Цель состоит в том, чтобы соединить все заземленные проводники и металлические детали и таким образом создать равный потенциал во всех точках установленной системы.

L — это сумма:

• сумма расстояний между инвертором (инверторами) и распределительной коробкой (распределительными коробками), с учетом того, что длины кабеля, расположенного в одном и том же кабелепроводе, учитываются только один раз, и
• сумма расстояний между распределительной коробкой и точками подключения фотоэлектрических модулей, образующих цепь, с учетом того, что длины кабеля, расположенного в одном и том же кабелепроводе, учитываются только один раз.

Ng — плотность дуговых разрядов (количество ударов/км2/год).

Количество и расположение SPD на стороне постоянного тока зависят от длины кабелей между солнечными панелями и инвертором. SPD следует устанавливать вблизи инвертора, если длина кабеля составляет менее 10 метров. Если длина превышает 10 метров, необходимо установить второй SPD, который должен располагаться в коробке рядом с солнечной панелью, а первый — в зоне инвертора.

Для обеспечения эффективности соединительные кабели SPD к сети L+ / L- и между клеммной колодкой заземления SPD и заземляющей шиной должны быть как можно короче – менее 2,5 метра (d1+d2<50 см).

Безопасное и надежное производство фотоэлектрической энергии

В зависимости от расстояния между частью “генератора” и частью “преобразователя” может потребоваться установка двух или более устройств защиты от перенапряжения, чтобы обеспечить защиту каждой из двух частей.

Когда фотоэлектрическая система расположена на промышленном объекте, под угрозой оказываются также производственные операции и оборудование. Инверторы стоят дорого, но для промышленных применений еще более дорогостоящей является стоимость простоя.

Когда молния ударяет в солнечную фотоэлектрическую систему, она вызывает индуцированный переходный ток и напряжение в контурах проводки солнечной фотоэлектрической системы.

Эти переходные токи и напряжения будут появляться на клеммах оборудования и, вероятно, вызывать повреждения изоляции и диэлектриков в электрических и электронных компонентах солнечных фотоэлектрических систем, таких как фотоэлектрические панели, инвертор, оборудование управления и связи, а также устройства в здании.

Массив ячеек, инвертор и устройство MPPT (устройство отслеживания точки максимальной мощности) имеют наибольшую вероятность выхода из строя.

Чтобы предотвратить прохождение высокой энергии через электронику и повреждение фотоэлектрической системы в результате высокого напряжения, скачки напряжения должны иметь путь к земле.

Для этого все проводящие поверхности должны быть напрямую заземлены, а вся проводка, входящая в систему и выходящая из нее (например, кабели Ethernet и сетевые кабели), должна быть соединена с заземлением через устройство защиты от перенапряжения (SPD).

Устройство защиты от перенапряжения необходимо для каждой группы цепей внутри коробки массива, коробки объединителя, а также для отключателя постоянного тока.

Высота, заостренные формы и изолированность — вот основные характеристики, которые определяют, куда ударит молния. Миф о том, что металл притягивает молнию, не соответствует действительности.

Однако важно отметить, что независимо от местоположения фотоэлектрической фермы или формы близлежащих объектов, SPD необходимы для каждой фотоэлектрической системы из-за их врожденной уязвимости к прямым и непрямым ударам.

Нажмите кнопку «Изменить», чтобы изменить этот текст. Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipiscing elit. Ut elit tellus, luctus nec ullamcorper mattis, pulvinar dapibus leo.

• плотность вспышки молнии;
• рабочая температура системы;
• напряжение системы;
• номинальный ток короткого замыкания системы;
• уровень формы волны, от которой необходимо защищаться (косвенный или прямой удар молнии);
• номинальный ток разряда.

Требования SPD к установке, защищенной внешней системой молниезащиты (LPS), зависят от выбранного класса LPS и от того, является ли расстояние между LPS и фотоэлектрической установкой изолированным или неизолированным.

В стандарте IEC 62305-3 подробно описаны требования к расстоянию между внешними устройствами защиты от перенапряжения (LPS).

Чтобы обеспечить защитный эффект, уровень защиты от перенапряжения SPD (U_p) должна быть на 20 % ниже диэлектрической прочности оконечного оборудования системы.

Важно использовать SPD с током короткого замыкания, превышающим ток короткого замыкания цепочки солнечных батарей, к которой подключен SPD.

SPD, который обеспечивается на выходе постоянного тока, должен иметь MCOV постоянного тока, равный или превышающий максимальное напряжение фотоэлектрической системы панели.

Когда молния ударяет в точку A (см. рисунок 1), солнечная фотоэлектрическая панель и инвертор, скорее всего, будут повреждены. Если молния ударит в точку B, поврежден будет только инвертор.

Однако инвертор, как правило, является самым дорогостоящим компонентом фотоэлектрической системы, поэтому очень важно правильно выбрать и установить соответствующее устройство защиты от перенапряжения (SPD) как на линии переменного, так и на линии постоянного тока. Чем ближе к инвертору произошел удар молнии, тем больше будет повреждение инвертора.

Фотоэлектрические источники имеют совершенно иные характеристики тока и напряжения, чем традиционные источники постоянного тока: они имеют нелинейную характеристику и вызывают длительное сохранение зажженных дуг.

Поэтому источники тока PV требуют не только более крупных выключателей PV и предохранителей PV, но и разъединителя для устройства защиты от перенапряжения, который адаптирован к этой уникальной особенности и способен справляться с токами PV.

Устройства защиты от перенапряжения, устанавливаемые на стороне постоянного тока, должны быть специально разработаны для применения в системах постоянного тока. Использование устройства защиты от перенапряжения на неправильной стороне переменного или постоянного тока является опасным в условиях неисправности.

Когда SPD используются на стороне постоянного тока, они также должны использоваться на стороне переменного тока из-за разницы потенциалов.

Защита от перенапряжения так же важна для стороны переменного тока, как и для стороны постоянного тока. Убедитесь, что SPD специально разработано для стороны переменного тока.

Для обеспечения оптимальной защиты размер SPD должен быть специально подобран для данной системы. Правильный выбор гарантирует наилучшую защиту и максимальный срок службы.

Со стороны переменного тока несколько инверторов могут быть подключены к одному и тому же SPD, если они имеют общее подключение к сети.

Устройства защиты от перенапряжения (SPD) всегда должны устанавливаться выше по цепи от устройств, которые они должны защищать. Статья 12.4.2.1 стандарта NFPA 780 гласит, что защита от перенапряжения должна быть обеспечена на выходе постоянного тока солнечной панели от положительного полюса к земле и от отрицательного полюса к земле, на комбайнере и комбайнерной коробке для нескольких солнечных панелей, а также на выходе переменного тока инвертора.

Правильная установка SPD зависит от трех значений, а именно:

• Максимальное непрерывное рабочее напряжение: напряжение, при котором SPD активируется.
• Уровень защиты от перенапряжения: категория перенапряжения оборудования должна быть выше уровня защиты от перенапряжения SPD.
• Номинальный ток разряда: пиковое значение формы волны (8/20 мкс для SPD типа 2), которое SPD способен выдерживать после повторяющихся скачков напряжения.

Кабели

Кабели в фотоэлектрических системах часто прокладываются на большие расстояния, чтобы достичь точки подключения к сети. Однако длинные кабели никогда не рекомендуются, и фотоэлектрические системы не являются исключением.

Это связано с тем, что влияние электрических помех, вызванных разрядами молнии, увеличивается с увеличением длины кабелей и контуров проводников. При возникновении переходного перенапряжения любое индуктивное падение напряжения в соединительных кабелях может ослабить защитное действие SPD. Вероятность этого снижается, если кабели проложены по максимально короткому маршруту.

Перенапряжение является одной из основных причин выхода кабеля из строя, и каждый импульс на кабеле способствует ухудшению прочности его изоляции.

Если в автономную фотоэлектрическую систему (систему, удаленную от электросети) поступает скачок напряжения, это может привести к сбоям в работе любого оборудования, питающегося от солнечной энергии, например, медицинского оборудования или систем водоснабжения.

Местоположение и количество SPD, которые необходимо установить на стороне постоянного тока, зависят от длины кабеля между солнечными панелями и инвертором (см. таблицу).

Если длина кабеля менее 10 метров, то необходимо установить только один SPD, и он должен быть установлен в непосредственной близости от инвертора. Если длина кабеля превышает 10 метров, то установите один SPD в непосредственной близости от инвертора, а второй SPD — в коробке, расположенной рядом с солнечной панелью.

Прокладывайте кабели таким образом, чтобы избежать образования больших петель проводников. Линии переменного и постоянного тока, а также линии передачи данных должны прокладываться вместе с проводниками выравнивания потенциалов по всему маршруту, чтобы избежать образования петель проводников при прокладке по нескольким цепям или при подключении инвертора к сети.

Примечание:

Длина кабеля, соединяющего SPD с нагрузкой, должна быть как можно короче и не превышать 10 метров. Если длина кабеля превышает 10 метров, необходимо установить второй SPD. Чем больше расстояние, тем сильнее отражение молниевой волны.

Как совместить SPD с инверторами

Фотоэлектрические станции состоят из очень чувствительного оборудования, которое требует дорогостоящей защиты. Поскольку фотоэлектрические станции генерируют постоянный ток (DC), инверторы (необходимые для преобразования этого тока в переменный ток (AC)) являются важным компонентом их производства электроэнергии.

К сожалению, инверторы не только очень чувствительны к ударам молнии, но и невероятно дороги. Стандарт NFPA 780 12.4.2.3 требует установки дополнительных устройств защиты от перенапряжения на входе постоянного тока инвертора, если инвертор системы находится на расстоянии более 30 метров от ближайшего комбайнера или комбайнерной коробки.

Установите SPD между предохранителями и инвертором, если имеются средства защиты цепи (такие как предохранители, выключатели постоянного тока или диоды цепи).

Заключение

Эксплуатация фотоэлектрического оборудования без надлежащей защиты от перенапряжения – это не просто рискованное дело, это безрассудство.

Чтобы солнечные системы стали будущим более экологичного мира, их необходимо защищать.

Возникновение молнии невозможно предотвратить, поэтому защита от нее является крайне важной.

Уязвимость фотоэлектрических систем к ударам молнии – как прямым, так и косвенным – означает, что они должны быть оснащены надежной и правильно установленной системой защиты от перенапряжения.