Kilde: iaeimagazine.org
Lynets perfekte storm for ødeleggelse er på solfeltet. Solcellepaneler 'store - og ofte utsatt og isolert - plassering gjør overspenningsbeskyttelse kritisk for at den skal vare i levetiden.
Lyn er en elektrisk utslipp i atmosfæren. Når lynet slår, er branner tilbøyelige til å skje på grunn av frigjøring av energi. Nimbus -skyer (regnskyer) har en konsentrasjon av elektrisk ladning, og akkumulering av dem skaper en ionisering av luft. Ioniseringen av luft som er mellom bakken og Nimbus -skyene skaper en utslipp fra skyene til bakken. Nimbus skyer forårsaker de største bølgene fordi de er det som genererer lyn.
Indirekte lynnedslag er ødeleggende. Anekdotiske observasjoner om lynaktivitet er vanligvis en dårlig indikator på lynnivået - induserte overspenninger i PV -matriser1. Indirekte lynnedslag kan lett skade de sensitive komponentene i PV -utstyr, som ofte har en høy kostnad for å reparere eller erstatte de skadede komponentene og påvirker PV -systemets pålitelighet1. Overspenningen avhenger av installasjonsforholdene til hvert PV -system og ledningene.
PV -systemer blir utsatt i store åpne områder, vanligvis i felt eller på toppen av bygningene. Ladede regnskyer som akkumuleres over slike åpne felt har tilbøyelighet til å frigjøre ladningen i form av lyn. Når dette skjer, vil det sannsynligvis oppstå en spenningsflo. Jo mer ekspansivt feltet er, desto mer sannsynlig er ødeleggelse oppstår.
Elektronisk utstyr kan lett bli skadet til det katastrofale svikt ved bølger. Hvis en bølge oppstår når noe personell er til stede, vil det også sette sikkerheten deres i fare. Indirekte lynnedslag kan være dødelig hvis personen er innen 60 meter fra lynnedslaget [2]. Når et PV -system er lokalisert på et industristed, er også forretningsdriften og utstyret ved fare. Omformere er dyre, men for industrielle applikasjoner er en enda dyrere fiasko kostnadene for driftsstans.
Når lynet slår et solcelleanlegg, forårsaker det en indusert forbigående strøm og spenning i Solar PV System Wire Loops. Disse forbigående strømningene og spenningene vil vises ved utstyrsterminalene og sannsynligvis forårsake isolasjon og dielektriske feil i solenergi PV elektriske og elektroniske komponenter som PV -panelene, omformeren, kontroll- og kommunikasjonsutstyr2, så vel som enheter i bygningsinstallasjonen3. Array -boksen, omformeren og MPPT (Maximum Power Point Tracker) -enheten har de høyeste feilpunkter.
For å forhindre at høy energi passerer gjennom elektronikk og forårsaker høyspenningsskader på PV -systemet, må spenningsbølger ha en vei til bakken. For å gjøre dette, bør alle ledende overflater være direkte jordet og all ledninger som kommer inn og går ut av systemet (for eksempel Ethernet -kabler og AC -strømnettet) kobles til bakken gjennom en overspenningsvern (SPD).
En SPD er nødvendig for hver gruppe av strengene i array -boksen, rekombinerboksen, samt DC -frakoblingen.
Surge Protection Device Classifications
SPD -er gir beskyttelse mot farene forårsaket av bølger.
UL 1449 [4] definerer type 1, type 2 og Type 3 SPDer:
Type 1:Én port, permanent tilkoblede SPD -er, bortsett fra Watt - times meter socket -kabinetter, beregnet for installasjon mellom sekundæren til servicetransformatoren og linjesiden av serviceutstyrets overstrømmen, så vel som lastesiden, inkludert Watt - times målinger som er beskrevet med en mulighet for å bli beregnet. Type 1 SPD -er for bruk i PV -systemer kan kobles til mellom PV -matrisen og hovedtjenestens frakobling.
Type 2:Permanent tilkoblede SPD -er beregnet for installasjon på lastesiden av serviceutstyrets overstrømsenhet; inkludert SPD -er som ligger ved grenpanelet og støpte saken SPD -er. IMAX -verdien er den maksimale enkeltutladningsstrømmen som er representert med en 8/20 µs bølgeform som SPD kan støtte.
Type 3:SPDS -punkt, installert med en minimumsledningslengde på 10 meter fra det elektriske servicepanelet til utnyttelsespunktet, for eksempel tilkoblet, direkte plug - i, beholdertype og SPD -er installert ved bruksutstyret som beskyttes. Avstanden (10 meter) er eksklusiv ledere som er utstyrt med eller brukt til å feste SPD -er.
Type 1 SPD -er beskytter mot direkte lynnedslag og er preget av 10/350 µs nåværende bølge. SPD -er av type 1 brukes i sentrale omformere.
Type 2 SPD -er beskytter mot indirekte lynnedslag, som er preget av 8/20 µs bølgeformer. En 8/20 µs bølgeform betyr at streiken har en økningstid på 8 µs og en varighet til en - halvtopp på 20 µs. Type 2 SPD -er forhindrer spredning av overspenning til elektriske installasjoner og utstyr. De beskytter også mot Lightnings elektromagnetiske effekt som formerer en bølge i ledningen.
En Type 2 SPD skal brukes på hver MPPT og innenfor strengomformere og matrisebokser.
Boksene der bølger oppstår er vanligvis skadet fra streik som er indirekte. Det er ikke bare typen materiale og høyde, men også formen som påvirker et objekts evne til å tiltrekke lynnedslag. Hvis formen på boksen eller materialet har en tilbøyelighet til å tiltrekke lynnedslag, bør en Type 1 SPD eller en lynstang brukes.
Høyde, spisse former og isolasjon er de dominerende egenskapene som avgjør hvor lynet slår. Det er en myte at metall tiltrekker lyn. Imidlertid er det viktig å merke seg at uansett hvor PV -gården ligger, eller formen på eventuelle objekter i nærheten, er SPD -er avgjørende for hvert PV -system på grunn av deres iboende mottakelighet for direkte og indirekte streik.
Valg av overspenningsenheter for PV -systemer for PV -systemer
PV -systemer har unike egenskaper, som derfor krever bruk av SPD -er som er spesielt designet for PV -systemer.
PV -systemer har høye DC -systemspenninger opp til 1500 volt. Deres maksimale strømpunkt fungerer bare noen få prosentiler under systemets kortslutningsstrøm.
For å bestemme riktig SPD -modul for PV -systemet og dens installasjon, må du vite:
Lynet i lynrunden;
systemets driftstemperatur;
systemets spenning;
Systemets kortslutningsstrømvurdering;
nivået av bølgeform som skal beskyttes mot (indirekte eller direkte lyn); og
den nominelle utladningsstrømmen.
SPD -kravene for en installasjon som er beskyttet av et eksternt lynbeskyttelsessystem (LPS) avhenger av den valgte klassen til LPS og om separasjonsavstanden mellom LPS og PV -installasjonen er isolert eller ikke - isolert [4]. IEC 62305-3 beskriver at separasjonsavstandskravene for en ekstern LPS.
For å ha en beskyttende effekt, bør et SPDs spenningsbeskyttelsesnivå (UP) være 20 % lavere enn den dielektriske styrken til systemets terminalutstyr.
Det er viktig å bruke en SPD med en kortslutning som tåler strømmen som er større enn kortslutningsstrømmen til solarray -strengen som SPD er koblet til. SPD som er gitt på DC -utgangen, må ha en DC MCOV lik eller større enn den maksimale fotovoltaiske systemspenningen til panelet.
Når lynet slår på punkt A (se figur 1), vil Solar PV -panelet og omformeren sannsynligvis bli skadet. Bare omformeren vil bli skadet hvis lynet slår på punkt B. Imidlertid er omformeren typisk den dyreste komponenten i et PV -system, og det er derfor det er viktig å velge riktig og installere riktig SPD på både AC- og DC -linjene. Jo nærmere streiken er omformeren, jo mer skadet blir omformeren.
Figur 1.Lightning Strike Location.
SPD -er for DC -siden av solcelleanlegg
PV -kilder har veldig forskjellige strøm- og spenningsegenskaper enn tradisjonelle DC -kilder: de har en ikke - lineær karakteristikk og forårsaker lang - terms utholdenhet av antente buer. Derfor krever PV -strømkilder ikke bare større PV -brytere og PV -sikringer, men også en frakobling for overspenningsvernsenheten som er tilpasset denne unike naturen og i stand til å takle PV -strømmer.
SPD -er installert på DC -siden må alltid være spesielt designet for DC -applikasjoner. Bruken av en SPD på feil AC- eller DC -side er farlig under feilforhold.
Når SPD -er brukes på DC -siden, må de også brukes på AC -siden på grunn av potensielle forskjeller.
SPDs for AC -siden
Overspenningsbeskyttelse er like viktig for AC -siden som for DC -siden. Forsikre deg om at SPD er spesielt designet for AC -siden.
For optimal beskyttelse skal SPD være dimensjonert spesielt for systemet. Riktig utvalg vil garantere den beste beskyttelsen med den lengste levetiden.
På AC -siden kan flere omformere kobles til den samme SPD hvis de deler den samme nettforbindelsen.
Installasjon
SPD -er bør alltid installeres oppstrøms for enhetene de skal beskytte. NFPA 780 12.4.2.1 sier at overspenningsbeskyttelse skal være gitt på DC -utgangen til solcellepanelet fra positiv til bakken og negativ til bakken, ved kombiner- og rekombinerboksen for flere solcellepaneler, og ved AC -utgangen til omformeren.
Riktig installasjon av en SPD er avhengig av tre verdier, som er:
Maksimal kontinuerlig driftsspenning: Spenningen som SPD vil aktivere.
Spenningsbeskyttelsesnivå: Utstyrets overspenningskategori må være høyere enn SPDs spenningsbeskyttelsesnivå.
Nominell utladningsstrøm: Toppverdien til bølgeform (8/20 µs for SPD -er av type 2) som SPD er i stand til å motstå etter repeterende bølger.
Kabler
Kablene i PV -systemer utvides ofte over lange avstander slik at de kan nå nettforbindelsespunktet. Imidlertid anbefales aldri lange kabellengder, og PV -systemer er langt fra unntak.
Dette er fordi effekten av felt - -basert og gjennomført elektrisk interferens som er forårsaket av lynutladningsøkninger i forhold til økende kabellengder og lederløkker. Når en forbigående overspenning oppstår, kan enhver induktiv spenningsfall i tilkoblingskablene svekke SPDs beskyttende effekt. Dette er mindre sannsynlig å skje hvis kablene blir ført til å være så korte som mulig.
Overspenningsspenning er en betydelig bidragsyter til kabelfeil, og hver impuls på en kabel vil bidra til forverring av kabelens isolasjonsstyrke.
Hvis en bølge blir injisert i et stativ - alene PV -system (et system som er langt fra strømnettet), kan alle utstyrsoperasjoner som drives av solenergi, for eksempel medisinsk utstyr eller vannforsyning, forstyrres.
Plasseringen og mengden av SPD -er som skal installeres på DC -siden avhenger av lengden på kabelen mellom solcellepanelene og omformeren (se tabell 1). Hvis lengden er mindre enn 10 meter, er bare en SPD nødvendig, og SPD skal installeres i samme nærhet som omformeren. Hvis lengden på kabelen er mer enn 10 meter, må du installere en SPD i nærheten av omformeren, så vel som en andre SPD i boksen som er i nærheten av solcellepanelet.
Ruter kabler på en slik måte som unngår store lederløkker. AC- og DC -linjer og datalinjer må dirigeres sammen med de ekvipotensielle bindingslederne langs hele ruten for å sikre at lederløkker ikke blir dannet fra å bli dirigert over flere strenger eller når du kobler omformeren til nettforbindelsen.
Tabell 1.SPD -utvalg.
Hvordan kombinere SPD -er med omformere
PV -gårder består av veldig følsomt utstyr som trenger ekspansiv beskyttelse. Fordi PV -gårder oppretter likestrøm (DC), er omformere (som er nødvendige for å konvertere denne kraften fra DC til AC) en essensiell komponent i deres elektriske produksjon. Dessverre er omformere ikke bare veldig utsatt for lynnedslag, men de er utrolig dyre.
NFPA 780,Standard for installasjon av lynbeskyttelsessystemer, i 12.4.2.3 krever ytterligere SPD -er ved DC -inngangen til omformeren hvis systemomformeren er mer enn 30 meter fra den nærmeste kombinerte eller rekombinerboksen.
Installer SPD mellom sikringene og omformeren hvis det er strengbeskyttere (for eksempel sikringer, DC -brytere eller strengdioder) [se figur 2].
Figur 2.SPD riktig og feil koblet til omformer med strengbeskyttere.
For å koble til en SPD når det er en omformer med en integrert sikringsskap, må du forsikre deg om at de interne sikringene blir forbigått og at de eksterne strengene er koblet til (se figur 3). SPD -ene må monteres utenfor omformeren og i en NEMA -type - 3 R -kabinett eller høyere hvis det er en utendørs applikasjon.
Streng omformere skal installeres så nær strengene som mulig. SPD -kabler som kobles til L+/L - nettverket, og mellom SPDs terminalblokk og bakkebusbar, må være mindre enn 2,5 meter. Jo kortere tilkoblingskablene, jo mer effektive og kostnader - effektiv vil beskyttelsen være.
For omformere med bare en MPP -tracker, kombiner du strengen før omformeren og kobler dem til SPD på tidspunktet for sammenkobling.
SPD -kombinasjoner bør planlegges for hver inngang når omformeren har flere MPP -trackere. En SPD må brukes for hver inngang som er smeltet sammen med en strengdiode.
Figur 3.SPD koblet til omformer med integrert sikringsskap
Konklusjon
Å betjene fotovoltaisk utstyr uten riktig overspenningsbeskyttelse er mer enn risikofylt virksomhet - Det er uvøren.
For at solsystemer skal være fremtiden for en grønnere verden, må de beskyttes. Forekomsten av lynet er ustoppelig, og dermed er beskyttelse essensiell.
Photovoltaic Systems 'sårbarhet for Lightning Strikes - Både direkte og indirekte - betyr at de må bygges med pålitelig og riktig installert overspenningsbeskyttelse.
