Dobór i projektowanie urządzeń zabezpieczających w instalacjach fotowoltaicznych

Elektrownie są zazwyczaj instalowane na pustyni lub na dachu, a komponenty muszą być instalowane na świeżym powietrzu. Środowisko naturalne jest trudne, a katastrofy naturalne i spowodowane przez człowieka są nieuniknione. Klęski żywiołowe, takie jak tajfuny, burze śnieżne oraz piasek i pył, spowodują uszkodzenie sprzętu. Bezpieczeństwo elektrowni jest bardzo ważne. Niezależnie od tego, czy jest to rozproszona mała elektrownia, czy scentralizowana, duża elektrownia naziemna, istnieje pewne ryzyko. Dlatego sprzęt musi być wyposażony w specjalne urządzenia zabezpieczające, takie jak bezpieczniki i urządzenia odgromowe. , Zawsze dbaj o bezpieczeństwo elektrowni.

1. Bezpiecznik
Bezpiecznik CHYT jest zabezpieczeniem prądowym wykonanym na zasadzie przerwania obwodu poprzez stopienie stopu z wytworzonym przez siebie ciepłem po przekroczeniu przez określony czas prądu określonej wartości. Bezpieczniki są szeroko stosowane w systemach dystrybucji energii niskiego napięcia, systemach sterowania i sprzęcie elektrycznym. Jako zabezpieczenie przed zwarciem i przetężeniem, bezpieczniki są jednymi z najczęściej stosowanych urządzeń ochronnych. Bezpieczniki elektrowni fotowoltaicznych dzielą się na bezpieczniki prądu stałego i bezpieczniki prądu przemiennego.
Strona prądu stałego elektrowni fotowoltaicznej łączy wiele ciągów równolegle z szyną zbiorczą prądu stałego skrzynki przyłączeniowej prądu stałego (schemat scentralizowany) lub falownikiem szeregowym (schemat falownika szeregowego) zgodnie z konfiguracją schematu. Gdy kilka ciągów fotowoltaicznych jest połączonych równolegle, jeśli w określonym ciągu wystąpi zwarcie, pozostałe ciągi na szynie DC i sieć zapewnią prąd zwarciowy do punktu zwarcia. Brak odpowiednich środków ochronnych doprowadzi do spalenia sprzętu, np. podłączonych do niego kabli. Jednocześnie może to spowodować spalenie osprzętu znajdującego się w pobliżu sprzętu. Obecnie w Chinach dochodzi do wielu podobnych wypadków związanych z pożarami dachów fotowoltaicznych, dlatego konieczne jest zainstalowanie urządzeń ochronnych w obwodach równoległych każdego ciągu w celu zwiększenia bezpieczeństwa elektrowni fotowoltaicznych.

Obecnie w skrzynkach przyłączeniowych i falownikach stosuje się bezpieczniki prądu stałego w celu zabezpieczenia nadprądowego. Główni producenci falowników również uważają bezpieczniki za podstawowe elementy ochrony prądu stałego. W tym samym czasie producenci bezpieczników, tacy jak Bussman i Littelfuse, wprowadzili na rynek także bezpieczniki prądu stałego przeznaczone do fotowoltaiki.
Wraz ze wzrostem zapotrzebowania na bezpieczniki prądu stałego w branży fotowoltaicznej, prawidłowy dobór bezpieczników prądu stałego w celu zapewnienia skutecznej ochrony jest problemem, na który powinni zwrócić szczególną uwagę zarówno użytkownicy, jak i producenci. Wybierając bezpieczniki prądu stałego, nie można po prostu skopiować bezpieczników prądu przemiennego. Specyfikacje elektryczne i wymiary konstrukcyjne, ponieważ istnieje wiele różnych specyfikacji technicznych i koncepcji projektowych między nimi, są związane z kompleksowym rozważeniem, czy prąd zwarciowy może zostać odłączony bezpiecznie i niezawodnie, bez wypadków.
1) Ponieważ prąd stały nie ma punktu przejścia przez zero, w przypadku przerwania prądu zwarciowego łuk może zostać szybko zgaszony jedynie pod wpływem wymuszonego chłodzenia wypełniacza z piasku kwarcowego, co jest znacznie trudniejsze niż przerwanie łuku Łuk prądu przemiennego. Rozsądna konstrukcja i metoda spawania chipa, czystość i stosunek wielkości cząstek piasku kwarcowego, temperatura topnienia, metoda utwardzania i inne czynniki determinują skuteczność i wpływ na wymuszone gaszenie łuku prądu stałego.
2) Przy tym samym napięciu znamionowym energia łuku wytwarzana przez łuk prądu stałego jest ponad dwukrotnie większa niż energia łuku prądu przemiennego. Aby mieć pewność, że każdą sekcję łuku można ograniczyć w kontrolowanej odległości i jednocześnie szybko zgasić, żadna sekcja nie pojawi się Łuk jest bezpośrednio połączony szeregowo, co powoduje powstanie ogromnej puli energii, co skutkuje wypadkiem, w którym bezpiecznik wybuchy spowodowane ciągłym czasem łuku są zbyt długie. Korpus rurki bezpiecznika prądu stałego jest zazwyczaj dłuższy niż bezpiecznik prądu przemiennego, w przeciwnym razie rozmiar nie będzie widoczny podczas normalnego użytkowania. Różnica w momencie wystąpienia prądu zwarciowego będzie miała poważne konsekwencje.
3) Zgodnie z zalecanymi danymi Międzynarodowej Organizacji Technologii Bezpieczników, długość korpusu bezpiecznika należy zwiększać o 10 mm na każde zwiększenie napięcia stałego o 150 V itd. Gdy napięcie prądu stałego wynosi 1000 V, długość korpusu powinna wynosić 70 mm.
4) W przypadku stosowania bezpiecznika w obwodzie prądu stałego należy wziąć pod uwagę złożony wpływ energii indukcyjności i pojemności. Dlatego stała czasowa L/R jest ważnym parametrem, którego nie można zignorować. Należy go określić na podstawie występowania i szybkości zaniku prądu zwarciowego w konkretnym systemie liniowym. Trafna ocena nie oznacza, że ​​możesz dowolnie wybierać kierunek studiów lub studia podyplomowe. Ponieważ stała czasowa L/R bezpiecznika prądu stałego określa energię łuku wyłączającego, czas wyłączania i napięcie przelotowe, grubość i długość korpusu lampy należy wybrać rozsądnie i bezpiecznie.
Bezpiecznik AC: Na wyjściu falownika pracującego poza siecią lub na końcu wejściowym wewnętrznego źródła zasilania falownika centralnego należy zaprojektować i zainstalować bezpiecznik AC, aby zapobiec przetężeniu lub zwarciu obciążenia.

2. Obrońca piorunów
Główna część systemu fotowoltaicznego jest zainstalowana na otwartej przestrzeni, a obszar dystrybucji jest stosunkowo duży. Elementy i wsporniki są przewodnikami, które są dość atrakcyjne dla piorunów, dlatego istnieje niebezpieczeństwo bezpośrednich i pośrednich uderzeń pioruna. Jednocześnie system jest bezpośrednio podłączony do powiązanego sprzętu elektrycznego i budynków, więc uderzenia pioruna w system fotowoltaiczny będą dotyczyć również powiązanego sprzętu, budynków i obciążeń elektrycznych. Aby uniknąć uszkodzeń systemu wytwarzania energii fotowoltaicznej przez wyładowania atmosferyczne, konieczne jest utworzenie systemu ochrony odgromowej i uziemienia.
Piorun to zjawisko wyładowania elektrycznego w atmosferze. Podczas tworzenia się chmury i deszczu niektóre jej części gromadzą ładunki dodatnie, a inne ładunki ujemne. Gdy ładunki te zgromadzą się w pewnym stopniu, nastąpi zjawisko wyładowania, tworząc piorun. Pioruny dzielimy na błyskawice bezpośrednie i błyskawice indukcyjne. Bezpośrednie uderzenia pioruna odnoszą się do uderzeń piorunów, które padają bezpośrednio na układy fotowoltaiczne, systemy dystrybucji prądu stałego, sprzęt elektryczny i ich okablowanie, a także na pobliskie obszary. Istnieją dwa sposoby wtargnięcia bezpośrednich uderzeń pioruna: jeden to wspomniane powyżej bezpośrednie wyładowanie paneli fotowoltaicznych itp., dzięki czemu większość wysokoenergetycznego prądu piorunowego jest wprowadzana do budynków lub urządzeń, linii; drugim jest to, że piorun może przejść bezpośrednio przez piorunochrony itp. Urządzenie przesyłające prąd piorunowy do ziemi wyładowuje się, powodując natychmiastowy wzrost potencjału ziemi, a duża część prądu piorunowego jest odwrotnie podłączona do sprzętu i linii poprzez ochronny przewód uziemiający.

Piorun indukcyjny oznacza uderzenia pioruna generowane w pobliżu i dalej od powiązanych budynków, sprzętu i linii, powodując przepięcie w powiązanych budynkach, sprzęcie i liniach. To przepięcie udarowe jest połączone szeregowo poprzez indukcję elektrostatyczną lub indukcję elektromagnetyczną. do powiązanego sprzętu i linii elektronicznych, powodując uszkodzenie sprzętu i linii.
W przypadku wielkoskalowych lub fotowoltaicznych systemów wytwarzania energii instalowanych na otwartych polach i w wysokich górach, zwłaszcza na obszarach narażonych na wyładowania atmosferyczne, należy wyposażyć urządzenia uziemiające odgromowe.
Urządzenie przeciwprzepięciowe (Surge Protection Device) jest niezbędnym urządzeniem w ochronie odgromowej sprzętu elektronicznego. Kiedyś nazywano go „odgromnikiem” lub „ochronnikiem przepięciowym”. Angielski skrót to SPD. Zadaniem ochronnika przeciwprzepięciowego jest ograniczenie chwilowego przepięcia dochodzącego do linii energetycznej i linii przesyłowej sygnału w zakresie napięcia, jaki może wytrzymać sprzęt lub system, lub wyciek silnego prądu piorunowego do ziemi, aby chronić chronione sprzętu lub systemu przed uszkodzeniem. Uszkodzone w wyniku uderzenia. Poniżej przedstawiono opis głównych parametrów technicznych ograniczników powszechnie stosowanych w fotowoltaicznych systemach wytwarzania energii.

(1) Maksymalne ciągłe napięcie robocze Ucpv: Ta wartość napięcia wskazuje maksymalne napięcie, które można przyłożyć do ogranicznika. Pod tym napięciem ogranicznik musi pracować normalnie i bezawaryjnie. Jednocześnie napięcie jest stale ładowane na ogranicznik, nie zmieniając charakterystyki pracy ogranicznika.
(2) Znamionowy prąd wyładowczy (In): Nazywa się go także nominalnym prądem wyładowczym, który odnosi się do aktualnej wartości szczytowej kształtu fali prądu piorunowego 8/20 μs, którą może wytrzymać ogranicznik.
(3) Maksymalny prąd wyładowczy Imax: Gdy do ochronnika zostanie jednorazowo przyłożona standardowa fala piorunowa o kształcie fali 8/20 ms, jest to maksymalna wartość szczytowa prądu udarowego, jaki może wytrzymać ochronnik.
(4) Napięciowy poziom ochrony Up(In): Maksymalna wartość zabezpieczenia w następujących testach: napięcie przeskoku o nachyleniu 1KV/ms; napięcie resztkowe znamionowego prądu rozładowania.
Ochronnik przeciwprzepięciowy wykorzystuje warystor o doskonałych właściwościach nieliniowych. W normalnych warunkach zabezpieczenie przeciwprzepięciowe znajduje się w stanie niezwykle dużej rezystancji, a prąd upływowy jest bliski zeru, zapewniając normalne zasilanie systemu elektroenergetycznego. Gdy w systemie zasilania wystąpi przepięcie, zabezpieczenie przeciwprzepięciowe zostanie włączone natychmiast w ciągu nanosekund, aby ograniczyć wielkość przepięcia w bezpiecznym zakresie roboczym sprzętu. Jednocześnie uwalniana jest energia przepięcia. Następnie zabezpieczenie szybko przechodzi w stan o wysokiej impedancji, nie wpływając tym samym na normalne zasilanie systemu elektroenergetycznego.

Oprócz tego, że piorun może generować napięcie i prąd udarowy, będzie on występował także w momencie zamykania i odłączania obwodu dużej mocy, w momencie włączania lub wyłączania obciążenia indukcyjnego i pojemnościowego oraz odłączania dużego systemu elektroenergetycznego lub transformator. Duże napięcie udarowe i prąd przełączający również spowodują uszkodzenie powiązanego sprzętu i linii. Aby zapobiec indukcji wyładowań atmosferycznych, na wejściu prądu stałego falownika małej mocy dodawany jest warystor. Maksymalny prąd rozładowania może osiągnąć 10 kVA, co w zasadzie może zaspokoić potrzeby domowych fotowoltaicznych systemów odgromowych.