Samvinna um yfirspennuvörn, rofa og öryggisbúnað í sólarorkukerfum: Virknisgreining og umræða um nauðsynjar

Inngangur

Með hraðri þróun sólarorkuiðnaðarins á heimsvísu hefur öryggi og stöðugleiki sólarorkukerfa orðið í brennidepli í greininni. Sólarorkukerfi eru útsett fyrir útiveru í langan tíma og eru viðkvæm fyrir ógnum eins og eldingum, sveiflum í raforkukerfinu og bilunum í búnaði, sem geta valdið skemmdum á búnaði eða jafnvel eldi. Yfirspennuhlífar (SPD), rofar og öryggi eru lykilvarnartæki sem hvert um sig gegna skyldum sínum og vinna saman að því að tryggja örugga notkun kerfisins. Þessi grein mun greina ítarlega virkni þeirra, samhæfingarferli og nauðsyn þess til að veita notendum í greininni tilvísun.

I. „Ósýnilegi morðinginn“ sem stendur frammi fyrir sólarorkukerfum

Sólarorkuver eru eins og „stálstríðsmenn“ sem vinna undir berum himni og þola stöðugt ýmsar erfiðar prófanir.

1.1 Vandamál með eldingarárásir:

Einkum í Mið-Austurlöndum og Suðaustur-Asíu getur eitt þrumuveðurstímabil lamað kerfi sem skortir vernd.
1.2 Sveiflur í raforkukerfinu:
Í verkefninu í Chile sem ég hafði umsjón með brunnu nokkrir búnaðarhlutar út vegna skyndilegrar hækkunar á spennu í raforkukerfinu.

1.3 Skammhlaupshætta:
Í fyrra varð skammhlaup í verkefni í Þýskalandi vegna gamalla kapla sem næstum olli eldsvoða.

Þessar áhættur eru engar ýkjur. Samkvæmt Alþjóðasambandi um öryggi sólarorkukerfa eru yfir 60% bilana í sólarorkukerfum vegna ófullnægjandi rafmagnsvarna.

II. Kjarnastarfsemi spennuvarna (SPD)

2.1 Vinnuregla
SPD leiðir tímabundna yfirspennu til jarðar í gegnum málmoxíðbreytur (MOV) eða gasútblástursrör (GDT), sem takmarkar spennuna innan öruggs bils. Í sólarorkukerfum eru SPD venjulega settir upp á eftirfarandi stöðum:
Jafnstraumshlið (milli eininganna og invertersins): Til að verjast spennubylgjum af völdum eldinga.
Riðspennuhlið (milli invertersins og raforkukerfisins): Til að bæla niður ofspennu frá raforkukerfishliðinni.

2.2 Lykilþættir
Hámarks samfelld rekstrarspenna (Uc): Verður að passa við spennustig sólarorkukerfisins (eins og 1000V DC eða 1500V DC).
Útblástursstraumur (In/Iimp): Endurspeglar getu til að útblástur eldingarstraums og sólarorkukerfi þurfa venjulega 20 kA eða meira.
Spennuverndarstig (upp): Ákvarðar stærð leifarspennunnar og verður að vera lægra en þolspenna verndaða búnaðarins.

2.3 Nauðsyn
Komdu í veg fyrir að dýr búnaður eins og inverterar og sameiningarkassar skemmist vegna spennubylgna.
Fylgja alþjóðlegum stöðlum (eins og IEC 6164331, UL 1449) og kröfum um samþykki fyrir sólarorkuver.

Ⅲ. Virkni og val á rofum og öryggi

3.1 Rofi
Virkni:
• Yfirálagsvörn: Þegar straumurinn fer yfir stillt gildi (eins og 1,3 sinnum málstraumurinn) fer hitauppstreymisbúnaðurinn í gang.
• Skammhlaupsvörn: Rafsegulfræðilegur útleysingarbúnaður slekkur á skammhlaupsstraumnum (eins og 10kA) innan millisekúndna.

• Einkenni notkunar fyrir sólarorku:
Velja þarf sérstakan jafnstraumsrofa (eins og DC 1000V/1500V).
Rofgetan ætti að passa við skammhlaupsstraum kerfisins (venjulega ≥ 15kA).

3.2 Öryggi
Virkni:
Með því að bræða öryggisþáttinn er hægt að einangra bilaða rásina fljótt og vernda raðtengdu greinina.

Kostir:
Aftengingarhraðinn er hraðari (á míkrósekúndustigi), sem hentar vel í tilfellum með miklum skammhlaupsstraumi.
Það er lítið að stærð og hentar vel fyrir straumleiðandi kassa með takmarkað pláss.

3.3 Samstarf við SPD

SPD sér um spennuvörn en rofar/öryggisvern sjá um straumvörn.
Þegar SPD bilar vegna spennubreytinga geta rofar eða öryggishlífar tafarlaust rofið bilaða rásina til að koma í veg fyrir eld.

Ⅳ. Rannsókn á fjölþrepa varnarkerfi

Tökum 1 MW sólarorkuver sem dæmi:
4.1 Vernd á jafnstraumshliðinni
Greinar íhlutaraðar: Setjið upp öryggi (eins og 10A gPV gerð) fyrir hverja röð.
Inngangur að sameiningarkassanum: Setjið upp SPD af gerð II (upp ≤ 1,5 kV) og jafnstraumsrofa (63 A).

4.2 Vernd á AC hliðinni
Útgangseði invertersins: Stillið SPD af gerðinni 1+2 (Iimp ≥ 12,5kA) og mótaðan rofa (250A).

4.3 Bilunarlíkan
Þegar elding verður: SPD losar spennuna niður fyrir 2kV og heldur spennunni niður fyrir 2kV; ef SPD bilar vegna skammhlaups, þá sláir rofinn út.
Þegar skammhlaup verður í línunni: Öryggið bráðnar innan 5 ms til að koma í veg fyrir útbreiðslu hitauppstreymisáhrifa.

Ⅴ. Varúðarráðstafanir við val og uppsetningu

5.1 Val á hraðastilli
Fyrir jafnstraumshliðina ætti að velja sólarorku-sértækan SPD (eins og PVSPD) til að forðast vandamálið með öfuga straum eins og í venjulegum AC SPD.
Taka skal tillit til hitastigsmörks (Uc þarf að skilja eftir mörk í umhverfi með háu hitastigi).

5.2 Samræming rofa/öryggis
Rofgetan ætti að vera hærri en hámarks skammhlaupsstraumur kerfisins (t.d. getur bilunarstraumur strengsins náð 1,5 kA).
Málstraumur öryggisins ætti að vera meira en 1,56 sinnum skammhlaupsstraumur íhlutarins (Isc) (í samræmi við NEC 690.8).

5.3 Tillögur að kerfissamþættingu
Lengd vírsins milli SPD og rofa ætti að vera ≤ 0,5 m til að draga úr afgangsspennu.
Reglulegt eftirlit með stöðuvísum SPD ætti að fara fram og bilaðar einingar skipta út tímanlega.

Ⅵ. Iðnaðarþróun og staðlaðar uppfærslur
• Háspennuþörf: Með útbreiddri notkun 1500V sólarorkukerfa þarf að samstilla þolspennu SPD-a og rofa.

• Snjöll eftirlit: Snjallar SPD-rafmagnsrofar sem samþætta hitaskynjara og þráðlausa samskiptavirkni eru smám saman teknir í notkun til að ná fram fjarlægri viðvörun um bilanir snemma.

•Staðlað styrking: Nýja útgáfan af IEC 625482023 hefur sett strangari kröfur um samræmingu á verndarbúnaði fyrir sólarorkukerfi.

Niðurstaða
Í sólarorkukerfum mynda yfirspennuhlífar, rofar og öryggi heildstætt samvinnuverndarkerfi fyrir „spennu-straum“. Rétt val og uppsetning þessara íhluta getur ekki aðeins lengt líftíma búnaðar og dregið úr rekstrar- og viðhaldskostnaði, heldur eru þau einnig nauðsynleg skilyrði til að tryggja öruggan rekstur virkjana. Með þróun tækni mun samþætting og greind þessara verndarbúnaðar auka enn frekar áreiðanleika sólarorkukerfa í framtíðinni.