Избор на устройства за защита от пренапрежение за фотоволтаични системи – Видове SPD
Фотоволтаичното (PV) производство на електроенергия е ключов източник на възобновяема енергия и е силно конкурентно икономически в сравнение с традиционното производство на електроенергия. Малките разпределени фотоволтаични системи, като например покривни слънчеви панели, стават все по-популярни. Покривните фотоволтаични системи включват разпределение както на променлив, така и на постоянен ток с напрежения, достигащи до 1500 V. Постоянният ток, особено фотоволтаичните панели, може да бъде директно изложен на удари от мълнии във високорискови зони, което ги прави уязвими за щети от мълнии.
Мълниезащитата за сгради се разделя на външна защита (Система за мълниезащита, LPS) и вътрешна защита (Мери за защита от пренапрежение, SPM), въз основа на риска от мълния. Устройствата за защита от пренапрежение (SPD), като част от вътрешната защита, предпазват от преходни пренапрежения, причинени от атмосферни мълнии или превключващи операции. SPD се инсталират извън защитаваното оборудване и функционират основно по следния начин: когато няма пренапрежение в електроенергийната система, SPD не влияе значително на нормалната работа на системата, която защитава. При възникване на пренапрежение, SPD предлага нисък импеданс, отклонявайки тока на пренапрежение през себе си и ограничавайки напрежението до безопасно ниво. След като пренапрежението отмине и остатъчният ток отшуми, SPD се връща в състояние на висок импеданс.
1. Мястото на монтаж на устройства за защита от пренапрежение (SPD)
Мястото на монтаж на SPD се определя според степента на мълниезаплаха и въз основа на концепцията за мълниезащитни зони (LPZ) в IEC 62305. Преходните пренапрежения се намаляват постепенно до безопасно ниво, което трябва да бъде под издържащото напрежение на защитеното оборудване. Както е показано на фигурата, SPD се инсталират на границите на тези зони, което води до концепцията за многостепенна защита от пренапрежение, използвана в нисковолтови системи. При фотоволтаичните системи фокусът е върху предотвратяването на навлизането на мълниеносни пренапрежения през променливотоковата и постояннотоковата страна, като по този начин се защитават критични компоненти, като например инверторите.
2. Класове на изпитване на устройства за защита от пренапрежение (SPD)
Съгласно IEC 61643-11, SPD устройствата се класифицират в три категории изпитвания въз основа на вида импулс на мълниевия ток, на който са проектирани да издържат. Тестовете от тип I (обозначени като T1) са предназначени да симулират частични мълниеви токове, които могат да бъдат проведени в сграда. Те използват форма на вълната 10/350 µs, както е показано на Фигура blow, и обикновено се прилагат на границата между LPZ0 и LPZ1 – например в главни разпределителни табла или входове на нисковолтови трансформатори. SPD устройствата за това ниво обикновено са от типа с превключване на напрежението, с компоненти като газоразрядни тръби или искрови междини (напр. рогови междини или графитни междини).
Тестовете от тип II (T2) и тип III (T3) използват импулси с по-кратка продължителност. SPD тип II обикновено са устройства за ограничаване на напрежението, които използват компоненти като металоксидни варистори (MOV). Те се тестват с номинален разряден ток, използвайки форма на вълната на тока 8/20 µs (вижте фигурата по-долу), и са отговорни за допълнителното ограничаване на остатъчното пренапрежение, идващо от устройството за защита нагоре по веригата. Тестовете от тип III използват комбиниран генератор на вълни с напрежение 1,2/50 µs и токов импулс 8/20 µs (вижте фигурата по-долу), симулиращ пренапрежения по-близо до крайното оборудване.
3. Вид свързване на устройство за защита от пренапрежение (SPD)
Съществуват два основни режима на защита срещу преходни пренапрежения. Първият е защита от синфазен режим (CT1), която е предназначена да предпазва от пренапрежения между проводници под напрежение и PE (защитно заземяване). Ударите от мълния, например, могат да въведат високи напрежения спрямо земята в системата. Защитата от синфазен режим помага за смекчаване на въздействието на такива външни смущения, като мълния, както е илюстрирано по-долу.
Втората е диференциална защита (CT2), която предпазва от пренапрежения между линейния проводник (L) и нулевия проводник (N). Този тип защита е особено важен за справяне с вътрешни смущения, като например електрически шум или смущения, генерирани в самата система, както е показано на диаграмата по-долу.
Чрез прилагането на един или и на двата режима на защита, електрическите системи могат да бъдат по-добре защитени от потенциални източници на пренапрежение, което в крайна сметка увеличава дълготрайността и надеждността на свързаното оборудване.
Важно е да се отбележи, че изборът на режими на защита на SPD трябва да е съобразен с използваната заземителна система. За TN системи могат да се използват както режими на защита CT1, така и CT2. В TT системи обаче CT1 може да се приложи само след RCD. В IT системи – особено тези без неутрален проводник – защитата CT2 не е приложима. Това е критично съображение в DC разпределителните системи, които използват IT заземителни конфигурации. Подробности можете да намерите в таблицата по-долу.
4. Ключови параметри на устройствата за защита от пренапрежение (SPD)
Съгласно международния стандарт IEC 61643-11, характеристиките и изпитванията на SPD, свързани към нисковолтови електроразпределителни системи, са дефинирани, както е показано на Фигура 7.
(1) Ниво на защита от напрежение (нагоре)
Най-важният аспект при избора на SPD е неговото ниво на защита по напрежение (Up), което характеризира работата на SPD при ограничаване на напрежението между клемите. Тази стойност трябва да е по-висока от максималното напрежение на затягане. Тя се достига, когато токът, протичащ през SPD, е равен на номиналния ток на разряд In. Избраното ниво на защита по напрежение трябва да е по-ниско от импулсното издържащо напрежение Uw на товара. В случай на удари от мълния, напрежението на клемите на SPD обикновено се поддържа под Up. За PV DC системи, товарът обикновено се отнася до PV модули и инвертори.
(2) Максимално непрекъснато работно напрежение (Uc)
Uc е максималното постоянно напрежение, което може да се прилага непрекъснато към режима на защита на SPD. То се избира въз основа на номиналното напрежение и конфигурацията на заземяването на системата и служи като праг на активиране на SPD. За постояннотоковата страна на фотоволтаичните системи, Uc трябва да бъде по-голямо или равно на Uoc Max на фотоволтаичния панел. Uoc Max се отнася до най-високото напрежение на отворена верига между фазовите клеми и между фазовия клем и земята в определената точка на фотоволтаичния панел.
(3) Номинален ток на разреждане (In)
Това е пиковата стойност на ток с форма на вълната 8/20 μs, протичащ през SPD, използван за тестове тип II и за тестове за предварителна подготовка от тип I и Тип IIIEC изисква SPD да може да издържи поне 19 разряда с форма на вълната на ток 8/20 μs. Колкото по-висока е стойността на In, толкова по-дълъг е животът на SPD, но цената също се увеличава.
(4) Импулсен ток (Iimp)
Дефиниран от три параметъра: пик на тока (Ipeak), заряд (Q) и специфична енергия (W/R), този ток се използва в Тип I тестове. Типичната дължина на вълната е 10/350 μs.