Захист від перенапруги постійного струму

Захисні пристрої від перенапруги постійного струму (DC SPD) обмежують перехідні перенапруги та безпечно перенаправляють струми перенапруги на землю. У нормальних умовах вони залишаються на високому імпедансі. Під час перенапруги вони переключаються на низький імпеданс, відводячи надлишковий струм і автоматично скидаючись після події, щоб забезпечити безперервний захист від перенапруги постійного струму.

В: Термін служби пристрою захисту від перенапруги постійного струму залежить від кількості та інтенсивності перенапруг, яким він піддається. Рекомендується регулярно перевіряти пристрій на наявність ознак зносу або індикаторів закінчення терміну служби. Профілактична заміна SPD забезпечує безперервний захист від перенапруги постійного струму та запобігає пошкодженню обладнання.

В: Так, пристрої захисту від перенапруги постійного струму підходять для широкого спектру застосувань, від сонячних систем для житлових будинків до промислових мереж постійного струму. Вибір відповідного типу та номінальних характеристик забезпечує ефективний захист від перенапруги постійного струму, адаптований до кожного середовища.

Пристрої захисту від перенапруги (SPD) забезпечують захист від електричних перенапруг і стрибків напруги, включаючи ті, що спричинені безпосередньо та опосередковано блискавкою.

У місцях, де часто трапляються грози, незахищені фотоелектричні системи зазнають повторюваних і значних пошкоджень. Це призводить до значних витрат на ремонт і заміну, простою системи та втрати доходу.

Правильно встановлені пристрої захисту від перенапруги (SPD) мінімізують потенційний вплив грозових явищ.

Чутливе електричне обладнання фотоелектричних систем, таке як інвертор змінного/постійного струму, пристрої моніторингу та фотоелектрична батарея, повинно бути захищене пристроями захисту від перенапруги (SPD).

Пристрій захисту від перенапруги (SPD) призначений для запобігання потраплянню пікових значень напруги високої енергії на чутливе обладнання, що може призвести до його пошкодження.

Якщо SPD правильно спроектований, як він працює в системі постійного струму?

Надмірна напруга (що перевищує номінальну потужність обладнання) не накопичується завдяки контрольованому розряду енергії між ураженими провідниками постійного або змінного струму.

Якщо на SPD є заземлення, SPD також контролює різницю напруги між заземленням та іншими провідниками.

При необхідності енергія розряджається, щоб запобігти надмірним перепадам напруги, наприклад, у разі стрибка напруги. Щоб це працювало належним чином, шлях до землі повинен мати низький опір.

SPD не можуть захистити від тривалого перенапруження, що триває кілька секунд або хвилин. Це необхідно запобігати шляхом правильного підбору розміру системи.

1. Переконайтеся, що ваша система та SPD мають хороше з'єднання з землею з низьким опором.

2. Підберіть пристрій захисту від перенапруги відповідно до входів обладнання для перетворення енергії, яке ви хочете захистити, переконавшись, що “U_c”Напруга, вказана в технічних характеристиках пристрою захисту від перенапруги, дорівнює або трохи перевищує (бажано від 0 до 10 В) максимальну постійну напругу на провідниках, що підлягають захисту, або максимальну номінальну напругу підключеного енергетичного обладнання.

Якщо SPD “U_c” значно перевищує максимальне номінальне напруження підключеного енергетичного обладнання, воно більше не може ефективно захищати від стрибків напруги. SPD захищатиме пристрої або обладнання, активуючись значно вище максимального постійного робочого напруження “U_c” і не буде впливати на напругу нижче “U_c”.

3. LSP рекомендує захищати принаймні вхід PV контролера заряду або інвертора/зарядного пристрою, а при використанні громадської електромережі — також вхід змінного струму.

4. При використанні на фотоелектричних провідниках переконайтеся, що пристрій захисту від перенапруги розрахований на постійний струм, а при використанні на вході змінного струму переконайтеся, що SPD розрахований на змінний струм.

Пристрої захисту від перенапруги допомагають зменшити час простою, що виникає внаслідок перенапруги. На фотоелектричних станціях пристрої захисту від перенапруги повинні відповідати певним вимогам, щоб забезпечити безперебійну роботу та виробництво енергії.

При проектуванні фотоелектричної станції важливо враховувати необхідність встановлення пристроїв захисту від перенапруги (SPD). Перенапруги та порушення в роботі мережі можуть призвести до простоїв, що знижує продуктивність станції.

Тому при проектуванні електроустановки слід враховувати будь-які умови, що впливають на виробництво та розподіл енергії.

Сонячні панелі встановлюються зовні для перетворення сонячної енергії в електричну. Таке зовнішнє розташування робить їх безпосередньо вразливими до суворих умов, таких як дощ, вітер і пил. Серед погодних умов особливої уваги вимагають удари блискавки, оскільки вони можуть серйозно вплинути на безпеку та продуктивність фотоелектричної станції.

Вони виникають у купчасто-дощових хмарах і закінчуються на землі. Коли блискавка вдаряє в землю, вона розряджає енергію, впливаючи на електричне поле на землі. Для сонячної фотоелектричної станції це створює два ризики:

• Прямий удар, який може фізично знищити сонячне обладнання на даху
• Транзиторні перенапруги, що проходять через кабелі за допомогою магнітного з'єднання, що може призвести до пошкодження чутливих компонентів, таких як друковані плати (PCB).

Що стосується прямого впливу, система ‘External Lightning Protects’ (ELP) забезпечує необхідний захист відповідно до стандарту IEC 62305, в якому описано, як оцінити, чи потрібний такий захист у вашому місці розташування, і який варіант слід обрати (сітчасті клітки, повітряний термінал тощо).

Концепція проста: переконайтеся, що блискавка влучить у металевий стрижень, встановлений у найвищій точці вашого заводу, і розсіє енергію безпосередньо в землю через мідний відвідний провідник.

Однак, коли мова йде про перехідні перенапруги, необхідні SPD. Вони встановлюються паралельно до плат захисту ланцюга, щоб відвести енергію на землю і обмежити перенапругу до значення, прийнятного для кінцевого обладнання.

Як тільки ELP встановлюється на фотоелектричній станції, обов'язково потрібно встановити SPD. Якщо фотоелектрична станція не обладнана ELP, настійно рекомендується встановити SPD, щоб обмежити мережеві збурення (перехідні перенапруги).

Для того, щоб гарантувати, що енергія спочатку буде надходити на землю, щоб обмежити перенапругу, найважливішим компонентом є металооксидний варистор (MOV).

Цей компонент має таку властивість, що в нормальних умовах (без перенапруги) опір є достатньо високим, щоб унеможливити проходження через нього номінальних струмів.

Починаючи з певного рівня перенапруги, опір швидко падає, відкриваючи шлях до землі і повертаючись до нормального стану після розсіювання енергії.

Цей процес дозволяє обмежити рівень перенапруги, що досягає всього обладнання, підключеного нижче за потоком.

Існують різні типи SPD, які відрізняються за рівнем опору: тип 1, тип 2 і тип 1+2. SPD типу 1 може витримати прямий удар, що супроводжується енергетичним сплеском, тоді як тип 2 обмежує перенапруження з різних джерел. Обидві характеристики можна поєднати в “типі 1+2” для повного захисту.

У фотоелектричних станціях завдання полягає у виборі відповідного захисту від перенапруги, який витримує струми чистої енергії з формою хвилі 10/350 мкс (майже в 10 разів потужніші, ніж тип 2 з формою хвилі 8/20 мкс), і водночас враховує вимоги до простору.

У інверторі або розподільній коробці простір завжди є головним пріоритетом. Щоб максимально використати наявний простір, SPD від LSP використовують глибину корпусу для більш міцних компонентів із збільшеною глибиною пристрою.

За допомогою нових серій FLP-PV та SLP-PV можна захистити як платні захисту змінного, так і постійного струму в сонячних установках від перенапруги, спричиненої ударами блискавки або порушеннями в мережі.

Сонячні батареї, як і всі електронні пристрої, схильні до стрибків напруги, які можуть пошкодити компоненти та збільшити час простою. Пристрої захисту від стрибків напруги можуть допомогти підтримувати роботу систем та їхню рентабельність.

Захисний пристрій від перенапруги допомагає запобігти пошкодженню електроніки, відводячи надлишкову електроенергію з “гарячої” лінії електропередачі в заземлюючий провід.

У більшості поширених пристроїв захисту від перенапруги це досягається за допомогою металооксидного варистора (MOV) — шматка металооксиду, з'єднаного з лініями живлення та заземлення двома напівпровідниками.

Сонячні батареї також є електронними пристроями, тому вони так само схильні до пошкодження від перенапруги. Сонячні панелі особливо вразливі до ударів блискавки через велику площу поверхні та розміщення у відкритих місцях, таких як дахи будівель або відкриті майданчики.

Якщо сонячні панелі потрапляють під прямий удар блискавки, вона може пропалити отвори в обладнанні або навіть спричинити вибухи, що призведе до руйнування всієї системи.

Але наслідки грозового перенапруження та інших перенапруг не завжди настільки очевидні. Вторинний вплив цих подій може пошкодити не тільки основні компоненти, такі як модулі та інвертори, але й системи моніторингу, системи управління трекерами та метеостанції.

Втрата фотоелектричного модуля означатиме лише втрату ланцюга, тоді як втрата центрального інвертора означатиме втрату виробництва електроенергії для великої частини станції.

Оскільки все електричне обладнання схильне до перенапруг, SPD доступні для всіх компонентів сонячних батарей. Промислові версії цих пристроїв також використовують металооксидні варистори (MOV) у поєднанні з іншим складним обладнанням для відведення перенапруг на заземлення. Тому SPD зазвичай встановлюють після встановлення стабільної системи заземлення.

Уявіть собі однолінійну електричну схему вашої установки та каскадні SPD від комунальних служб до обладнання масиву, розмістіть надійний захист на головних входах для захисту від великих перехідних перенапруг та менші блоки на критичних шляхах до кінцевої точки обладнання.

Мережа SPD повинна бути встановлена по всій системі розподілу змінного та постійного струму сонячної батареї для захисту критично важливих ланцюгів. SPD повинні бути встановлені як на входах постійного струму, так і на виходах змінного струму інвертора (інверторів) системи і розгорнуті з прив'язкою до землі як на позитивних, так і на негативних лініях постійного струму. Захист змінного струму повинен бути розгорнутий на кожному силовому провіднику до землі. Ланцюги комбайнера також повинні бути захищені, як і всі ланцюги управління і навіть системи відстеження та моніторингу, щоб запобігти перешкодам і втраті даних.

Що стосується комерційних і промислових систем, LSP рекомендує використовувати правило 10 м. Для установок з довжиною кабелю постійного струму менше 10 м захист від перенапруги постійного струму повинен бути встановлений у зручному місці, наприклад, на інверторах, комбінованих коробках або ближче до сонячних модулів. Для установок з кабелем постійного струму довжиною більше 10 м захист від перенапруги повинен бути встановлений як на інверторі, так і на модулі кабелю.

Сонячні системи для житлових будинків з мікроінверторами мають дуже короткі кабелі постійного струму, але довші кабелі змінного струму. SPD, встановлений на комбінованій коробці, може захистити будинок від перенапруги в масиві. SPD на головній панелі також може захистити будинок від перенапруги в масиві, а також від перенапруги в електромережі та інших внутрішніх пристроях.

У системах будь-якого розміру SPD повинні встановлюватися ліцензованим електриком відповідно до рекомендацій виробника та норм монтажу та електротехнічних норм для забезпечення максимальної безпеки та ефективності.

Для додаткового захисту сонячної батареї від блискавки можна вжити додаткових заходів, таких як встановлення блискавковідводів. SPD не можуть запобігти фізичному пошкодженню від прямого удару блискавки.

Перенапруга може виникати в електричних установках з різних причин. Вона може бути спричинена:

• Розподільна мережа в результаті удару блискавки або будь-яких виконаних робіт.
• Удари блискавки (поблизу або по будівлях і фотоелектричних установках, або по громовідводах).
• Коливання електричного поля внаслідок удару блискавки.

Як і всі зовнішні споруди, фотоелектричні установки піддаються ризику ураження блискавкою, який варіюється від регіону до регіону. Необхідно встановити системи та пристрої запобігання та захисту.

Першим захисним заходом, який необхідно вжити, є встановлення середовища (провідника), що забезпечує еквіпотенціальне з'єднання між усіма провідними частинами фотоелектричної установки.

Метою є з'єднання всіх заземлених провідників і металевих деталей, щоб створити рівний потенціал у всіх точках встановленої системи.

L — це сума:

• сума відстаней між інвертором (інверторами) та розподільною коробкою (розподільними коробками), з урахуванням того, що довжина кабелю, розташованого в одному кабельному каналі, враховується тільки один раз, та
• сума відстаней між розподільною коробкою та точками підключення фотоелектричних модулів, що утворюють ланцюг, з урахуванням того, що довжина кабелю, розташованого в одному кабельному каналі, враховується лише один раз.

Ng — щільність дугових розрядів (кількість ударів/км2/рік).

Кількість і розташування SPD на стороні постійного струму залежать від довжини кабелів між сонячними панелями та інвертором. SPD слід встановлювати поблизу інвертора, якщо довжина кабелю менше 10 метрів. Якщо довжина перевищує 10 метрів, необхідний другий SPD, який слід розмістити в коробці поблизу сонячної панелі, а перший – в зоні інвертора.

Для забезпечення ефективності кабелі підключення SPD до мережі L+ / L- та між клемною колодкою SPD і шиною заземлення повинні бути якомога коротшими – менше 2,5 метрів (d1+d2<50 см).

Безпечне та надійне виробництво фотоелектричної енергії

Залежно від відстані між частиною “генератора” та частиною “перетворення”, може бути необхідним встановити два або більше пристроїв захисту від перенапруги, щоб забезпечити захист кожної з двох частин.

Коли фотоелектрична система розташована на промисловому об'єкті, під загрозою опиняються також виробнича діяльність та обладнання. Інвертори коштують дорого, але для промислового застосування ще дорожчою є вартість простою.

Коли блискавка влучає в сонячну фотоелектричну систему, вона викликає індукований перехідний струм і напругу в контурах проводів сонячної фотоелектричної системи.

Ці перехідні струми та напруги з'являться на клемах обладнання і, ймовірно, спричинять порушення ізоляції та діелектричних властивостей у електричних та електронних компонентах сонячних фотоелектричних систем, таких як фотоелектричні панелі, інвертор, обладнання для управління та зв'язку, а також пристрої в будівельній установці.

Масивний блок, інвертор і пристрій MPPT (максимальний точка потужності трекер) мають найвищі точки відмови.

Щоб запобігти проходженню високої енергії через електроніку та пошкодженню фотоелектричної системи високою напругою, стрибки напруги повинні мати шлях до заземлення.

Для цього всі провідні поверхні повинні бути безпосередньо заземлені, а всі дроти, що входять і виходять із системи (наприклад, кабелі Ethernet і мережеві кабелі), повинні бути підключені до заземлення через SPD.

Пристрій захисту від перенапруги необхідний для кожної групи ланцюгів у блоці масиву, блоці комбайнера, а також для відключення постійного струму.

Висота, загострені форми та ізольованість — це основні характеристики, які визначають місце удару блискавки. Міфом є твердження, що метал притягує блискавку.

Однак важливо зазначити, що незалежно від місця розташування фотоелектричної станції та форми будь-яких об'єктів поблизу, SPD є необхідними для кожної фотоелектричної системи через їхню властиву схильність до прямих і непрямих ударів.

Натисніть кнопку «Редагувати», щоб змінити цей текст. Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipiscing elit. Ut elit tellus, luctus nec ullamcorper mattis, pulvinar dapibus leo.

• щільність спалаху блискавки;
• робоча температура системи;
• напруга системи;
• номінальний струм короткого замикання системи;
• рівень хвильової форми, від якої необхідно захищатися (непрямий або прямий удар блискавки);
• номінальний струм розряду.

Вимоги SPD до установки, яка захищена зовнішньою системою захисту від блискавки (LPS), залежать від обраного класу LPS та від того, чи є відстань між LPS та фотоелектричною установкою ізольованою чи неізольованою.

IEC 62305-3 детально описує вимоги до відстані відокремлення для зовнішньої системи захисту від перенапруги (LPS).

Щоб забезпечити захисний ефект, рівень захисту від перенапруги SPD (U_p) повинна бути на 20 % нижчою за діелектричну міцність кінцевого обладнання системи.

Важливо використовувати SPD з струмом короткого замикання, що перевищує струм короткого замикання сонячної батареї, до якої підключений SPD.

SPD, що забезпечується на виході постійного струму, повинен мати постійний струм MCOV, рівний або більший за максимальну напругу фотоелектричної системи панелі.

Коли блискавка вдаряє в точку А (див. рисунок 1), сонячна фотоелектрична панель та інвертор можуть бути пошкоджені. Якщо блискавка вдаряє в точку В, пошкодженим буде лише інвертор.

Однак інвертор, як правило, є найдорожчим компонентом фотоелектричної системи, тому дуже важливо правильно підібрати та встановити відповідний SPD як на лінії змінного, так і на лінії постійного струму. Чим ближче до інвертора влучає удар, тим більших пошкоджень він зазнає.

Фотоелектричні джерела мають дуже відмінні характеристики струму та напруги від традиційних джерел постійного струму: вони мають нелінійну характеристику та спричиняють тривале існування запалених дуг.

Тому джерела струму PV вимагають не тільки більших вимикачів PV і запобіжників PV, але й роз'єднувача для пристрою захисту від перенапруги, який пристосований до цієї унікальної особливості і здатний справлятися зі струмами PV.

SPD, встановлені на стороні постійного струму, завжди повинні бути спеціально розроблені для застосування в системах постійного струму. Використання SPD на неправильній стороні змінного або постійного струму є небезпечним в умовах несправності.

Коли SPD використовуються на стороні постійного струму, вони також повинні використовуватися на стороні змінного струму через потенційні різниці.

Захист від перенапруги є настільки ж важливим для сторони змінного струму, як і для сторони постійного струму. Переконайтеся, що SPD спеціально розроблений для сторони змінного струму.

Для оптимального захисту SPD повинен бути підібраний спеціально для даної системи. Правильний вибір гарантує найкращий захист і найдовший термін експлуатації.

З боку змінного струму, до одного SPD можна підключити кілька інверторів, якщо вони мають спільне підключення до мережі.

SPD завжди повинні встановлюватися вище за пристрої, які вони мають захищати. NFPA 780 12.4.2.1 передбачає, що захист від перенапруги повинен бути забезпечений на виході постійного струму сонячної панелі від позитивного до заземлення і від негативного до заземлення, на комбайнері та комбайнерній коробці для декількох сонячних панелей, а також на виході змінного струму інвертора.

Правильна установка SPD залежить від трьох значень, а саме:

• Максимальна постійна робоча напруга: напруга, при якій спрацьовує SPD.
• Рівень захисту від перенапруги: Категорія перенапруги обладнання повинна бути вищою за рівень захисту від перенапруги SPD.
• Номінальний струм розряду: пікове значення форми хвилі (8/20 мкс для SPD типу 2), яке SPD здатний витримувати після повторюваних стрибків напруги.

Кабелі

Кабелі в фотоелектричних системах часто прокладаються на великі відстані, щоб дістатися до точки підключення до електромережі. Однак довгі кабелі ніколи не рекомендуються, і фотоелектричні системи не є винятком.

Це пов'язано з тим, що вплив електричних перешкод, що виникають у полі та проводяться, спричинених розрядами блискавки, збільшується пропорційно до збільшення довжини кабелю та петлі провідника. При виникненні перехідного перенапруження будь-яке індуктивне падіння напруги в з'єднувальних кабелях може послабити захисний ефект SPD. Це менш імовірно, якщо кабелі прокладені якомога коротше.

Стрибок напруги є значним фактором, що сприяє виходу кабелю з ладу, і кожен імпульс на кабелі сприяє погіршенню міцності ізоляції кабелю.

Якщо в автономну фотоелектричну систему (систему, яка знаходиться далеко від електромережі) потрапляє імпульс, це може призвести до порушення роботи будь-якого обладнання, що живиться від сонячної електроенергії, наприклад, медичного обладнання або системи водопостачання.

Розташування та кількість SPD, які необхідно встановити на стороні постійного струму, залежать від довжини кабелю між сонячними панелями та інвертором (див. таблицю).

Якщо довжина менше 10 метрів, то необхідний тільки один SPD, який слід встановити в безпосередній близькості від інвертора. Якщо довжина кабелю більше 10 метрів, то встановіть один SPD в безпосередній близькості від інвертора, а другий SPD - в коробці, яка знаходиться поруч з сонячною панеллю.

Прокладайте кабелі таким чином, щоб уникнути великих петель провідників. Лінії змінного та постійного струму і лінії передачі даних повинні прокладатися разом з провідниками еквіпотенціального з'єднання по всьому маршруту, щоб уникнути утворення петель провідників при прокладанні по декількох ланцюгах або при підключенні інвертора до мережі.

Примітка:

Довжина кабелю, що з'єднує SPD з навантаженням, завжди повинна бути якомога коротшою і ніколи не перевищувати 10 метрів. Якщо довжина кабелю перевищує 10 метрів, необхідний другий SPD. Чим більша відстань, тим більший відбиток хвилі блискавки.

Як поєднати SPD з інверторами

Фотоелектричні електростанції складаються з дуже чутливого обладнання, яке потребує надійного захисту. Оскільки фотоелектричні електростанції генерують постійний струм (dc), інвертори (які необхідні для перетворення цього струму з постійного в змінний) є важливим компонентом їхнього електропостачання.

На жаль, інвертори не тільки дуже чутливі до ударів блискавки, але й надзвичайно дорогі. NFPA 780 12.4.2.3 вимагає встановлення додаткових SPD на вході постійного струму інвертора, якщо інвертор системи знаходиться на відстані більше 30 метрів від найближчого комбайнера або комбайнерної коробки.

Встановіть SPD між запобіжниками та інвертором, якщо є захисні пристрої для ланцюгів (такі як запобіжники, вимикачі постійного струму або ланцюгові діоди).

Висновок

Експлуатація фотоелектричного обладнання без належного захисту від перенапруги є не просто ризикованою справою, а й безвідповідальною.

Щоб сонячні системи стали майбутнім більш екологічного світу, їх необхідно захищати.

Виникнення блискавки неможливо зупинити, тому захист від неї є надзвичайно важливим.

Вразливість фотоелектричних систем до ударів блискавки – як прямих, так і непрямих – означає, що вони повинні бути побудовані з надійним і правильно встановленим захистом від перенапруги.