Избор на устройства за защита от пренапрежение за фотоволтаични системи - монтаж на SPD

1. Фактори, влияещи върху инсталирането на SPD

Пренапреженията във фотоволтаичните (PV) системи на покрива се причиняват предимно от директни удари на мълнии (върху или близо до сградата или фотоволтаично оборудване с LPS), индуцирано напрежение от промени в електрическото поле, свързани с мълнии, или превключващи операции в AC/DC разпределителни мрежи. За да се оцени необходимостта от защита от пренапрежение и да се определи подходящата защитна стратегия, номиналното импулсно издържащо напрежение (Uw) на оборудването трябва да се използва като отправна точка. Освен ако не е посочено друго в оценката на риска, SPD (управление на пренапреженията) трябва да се монтират както от DC, така и от AC страната на фотоволтаичната система.

Устройствата във фотоволтаична система, които може да изискват защита, включват:

Инвертори, включително интерфейси както към нисковолтовата променливотокова система, така и към постояннотоковата система, фотоволтаични панели, вътрешно окабеляване на фотоволтаичната система, компоненти, инсталирани между инвертора и фотоволтаичните панели, като например комбиниращи кутии; оборудване, използвано за наблюдение и управление на фотоволтаичната система.

Съгласно IEC 61643-12 и съответните раздели на GB/T 21714, изборът и инсталирането на SPD за фотоволтаични системи зависят от множество фактори. Те включват плътност на земните мълнии (NG) [1/km²·година] или среден брой дни с гръмотевични бури годишно (T), характеристики на нисковолтовата електрозахранваща система (напр. въздушни линии или подземни кабели) и естеството на защитаваното оборудване, както и дали е инсталирана външна система за мълниезащита (LPS), която да предпазва фотоволтаичната система от директни удари на мълнии.

Ако е налична външна LPS (система за защита от претоварване), изискванията за SPD се влияят от нивото на защита (клас) на LPS и от това дали се поддържа необходимото разстояние за разделяне (S) между LPS и фотоволтаичната система (изолирана спрямо неизолирана LPS).

2. Влияние на различните конфигурации на външни LPS системи върху мълниезащитата за фотоволтаични системи

Монтажът на SPD за покривни фотоволтаични системи обикновено се разделя на три категории, въз основа на наличието и вида на външния LPS:

(1) Фотоволтаични системи без външен LPS

Както е показано на диаграмата (не е включена тук), ако сградата не е оборудвана с външна система за мълниезащита, трябва да се монтират SPD въз основа на резултата от оценка на риска от мълнии. Препоръчително е да се монтират устройства за защита от пренапрежение както от променливотоковата, така и от постоянната страна, за да се защитят критичните фотоволтаични компоненти.

За DC страната, близо до кутията за фотоволтаични панели или до фотоволтаичния панел (ако не се използва кутия за комбиниране) трябва да се монтира DC SPD тип 2 (обозначен като DC1). Това SPD предпазва сградата от външни пренапрежения, предавани през фотоволтаичните кабели, и обикновено се инсталира веднага след като фотоволтаичните кабели влязат в сградата. Друго DC SPD тип 2 (обозначено като DC2) трябва да се монтира близо до DC входа на инвертора. Ако дължината на кабела между DC1 и инвертора е по-малка от 10 метра, DC1 може да се пропусне.

За променливотоково захранване се препоръчва AC SPD тип 2 (обозначен като AC1) на входа на променливотоковата мрежа, обикновено разположен на главния разпределителен панел. Това устройство предпазва от пренапрежения, идващи от електропреносната мрежа. Дали AC1 е необходим в система без външна мълниезащита зависи от резултатите от оценката на риска от мълнии. За да се защити скъпият инвертор, обикновено се инсталира AC SPD тип 2 (обозначен като AC2) близо до променливотоковия изход на инвертора. Ако дължината на кабела между AC1 и AC2 е по-малка от 10 метра, AC2 може да се пропусне. Моля, вижте таблицата за конфигурация за подробни указания.

(2) Фотоволтаични системи с външна LPS, които отговарят на необходимото разстояние за разделяне (изолирана LPS)

Както е показано на диаграмата, когато сградата има външна система за мълниезащита (като например тръби или ленти за мълниеприемници) и фотоволтаичният панел на покрива е защитен от тази система с поддържано подходящо разстояние за разделяне, фотоволтаичната система се счита за оборудвана с изолирана защита от мълнии (LPS). Дори в този случай инсталирането на SPD устройства все още е необходимо.

За системи с изолирана защита от мълнии (LPS), настройката на SPD е подобна на тази при системи без външна мълниезащита. SPD тип 2 DC трябва да се монтира близо до кутията за комбиниране или близо до фотоволтаичния панел, ако не се използва кутия за комбиниране. Друг SPD тип 2 DC трябва да се постави близо до DC страната на инвертора, а SPD тип 2 AC близо до AC страната на инвертора. Тъй като обаче фотоволтаичната система се свързва към и извън сградата, е необходим и SPD тип 1 AC на главното разпределително табло за променлив ток, където захранването от електрозахранването влиза в сградата. Вижте таблицата за конфигурация за подробни указания за разположението.

(3) Фотоволтаични системи с външни LPS, които не отговарят на необходимото разстояние за разделяне (неизолирани LPS)

В покривни фотоволтаични системи, където панелите са твърде близо до външната система за мълниезащита (LPS) и не могат да спазят необходимото безопасно разстояние, всички метални части на фотоволтаичната система трябва да бъдат свързани към LPS, за да се осигури правилно изравняване на потенциалите при мълнии. Това е често срещаният подход, използван за мълниезащита на покрива. При тази конфигурация, както AC, така и DC кабелите се третират като паралелни проводници в системата за свързване, което означава, че те могат да бъдат пряко засегнати от мълниевия ток. Ето защо IEC препоръчва използването на устройства за защита от пренапрежение тип 1 (SPD) – обикновено заедно със SPD тип 2 – в ключови точки в системата: където фотоволтаичните кабели влизат в сградата, и от двете страни на AC и DC на важни устройства като инвертора.

Както е показано на диаграмата, DC1 трябва да се инсталира възможно най-близо до кутията за комбиниране или близо до фотоволтаичния панел, ако няма кутия за комбиниране. DC2 и AC2 трябва да се поставят близо до инвертора, за да му се осигури по-добра защита. В повечето случаи са необходими и AC1 (на главния панел) и AC2 (близо до инвертора). Но ако инверторът е инсталиран вътре в главния панел и те споделят едно и също заземяване, с дължина на кабела по-малка или равна на 0,5 метра, тогава AC2 може да не е необходим. Можете да проверите таблицата за подробни указания за монтаж.

1：DC1 може да се пропусне при следните условия: Ако дължината на кабела между DC1 и инвертора е по-малка от 10 метра и нивото на защита от напрежение (Up) на AC2 е по-малко или равно на 0,8 пъти номиналното импулсно издържащо напрежение (Uw) на фотоволтаичния панел; или ако Up на AC2 е по-малко или равно на 0,5 пъти Uw и PE (защитният заземителен) проводник е прокаран близо до DC кабелите.

2：AC2 може да се пропусне при следните условия: Ако дължината на кабела между AC1 и AC2 е по-малка от 10 метра; или ако инверторът и главното разпределително табло споделят един и същ заземителен електрод и свързващите кабели на SPD не са по-дълги от 0,5 метра – например, ако инверторът е монтиран вътре в главното табло.

3：Минимално напречно сечение за заземяващи проводници на SPD: За SPD тип 2, медният заземяващ проводник трябва да бъде не по-малък от 6 mm²; за SPD тип 1, той трябва да бъде не по-малък от 16 mm².

Изборът на DC SPD устройства в покривни фотоволтаични системи зависи главно от това как сградата е защитена от мълнии и как е окабелена системата. Съгласно таблицата за конфигурация и IEC стандартите, винаги трябва да има предпазител от пренапрежение от DC страната на инвертора. Но допълнителни SPD устройства близо до кутията за комбиниране – или близо до фотоволтаичните панели, ако няма кутия за комбиниране – са необходими само ако кабелът между панелите и инвертора е по-дълъг от 10 метра.

Въпреки това, не навсякъде се прави така. В някои страни – например Германия – правилата са по същество обратни. Там защитата от пренапрежение с постоянен ток винаги се инсталира точно до фотоволтаичните панели и е необходимо да добавите такава близо до инвертора само ако дължината на кабела е над 10 метра.