Val á yfirspennuvörnum fyrir sólarorkukerfi - gerðir af spennuvörnum

Sólarorkuframleiðsla (PV) er lykilorka endurnýjanlegrar orku og er mjög samkeppnishæf efnahagslega miðað við hefðbundna orkuframleiðslu. Lítil dreifð sólarorkukerfi, eins og sólarplötur á þökum, eru að verða sífellt vinsælli. Sólarorkukerfi á þökum fela í sér bæði riðstraums- og jafnstraumsdreifingu með spennu allt að 1500V. Jafnstraumshliðin, sérstaklega sólarplöturnar, getur orðið beint fyrir eldingum á svæðum með mikla áhættu, sem gerir þær viðkvæmar fyrir eldingaskemmdum.

Eldingarvarnir fyrir byggingar eru skipt í ytri vörn (eldingarvarnarkerfi, LPS) og innri vörn (yfirspennuvörn, SPM), byggt á eldingarhættu. Yfirspennuvörn (SPD), sem hluti af innri vörninni, verndar gegn tímabundinni ofspennu af völdum lofthjúpseldinga eða rofa. Yfirspennuvörn er sett upp utan við vernduðu búnaðinn og virka aðallega á eftirfarandi hátt: þegar engin bylgja er í raforkukerfinu hefur SPD ekki marktæk áhrif á eðlilega virkni kerfisins sem það verndar. Þegar bylgja á sér stað býður SPD upp á lága viðnám, beinir bylgjastraumnum í gegnum sig og takmarkar spennuna á öruggt stig. Eftir að bylgjan er liðin hjá og allur afgangsstraumur hefur dottið út, snýr SPD aftur í háviðnámsástand.

1. Uppsetningarstaður spennuvarna (SPD)

Uppsetningarstaður spennuvarna (SPD) er ákvörðuð út frá umfangi eldingarhættu og byggist á hugmyndafræði eldingarvarnarsvæða (LPZ) í IEC 62305. Skammvinn yfirspenna er smám saman lækkuð niður í öruggt stig, sem verður að vera undir þolspennu verndaða búnaðarins. Eins og sýnt er á myndinni eru spennuvarna (SPD) settir upp við mörk þessara svæða, sem gefur tilefni til hugmyndarinnar um fjölþrepa spennuvörn sem notuð er í lágspennukerfum. Fyrir sólarorkukerfi er áherslan lögð á að koma í veg fyrir að eldingarbylgjur komist inn í gegnum AC og DC hliðarnar og þar með vernda mikilvæga íhluti eins og invertera.

2. Prófunarflokkar fyrir spennuvarnarbúnað (SPD)

Samkvæmt IEC 61643-11 eru spennubreytar (SPD) flokkaðir í þrjá prófunarflokka byggt á þeirri tegund eldingarstraums sem þeir eru hannaðir til að þola. Prófanir af gerð I (merktar sem T1) eru ætlaðar til að herma eftir hluta eldingarstrauma sem geta leitt inn í byggingu. Þessar prófanir nota 10/350 µs bylgjuform, eins og sýnt er á mynd 3, og eru venjulega notaðar á mörkum LPZ0 og LPZ1 - eins og í aðaldreifitöflum eða lágspennuspennubreytum. SPD fyrir þetta stig eru venjulega af spennurofa gerð, með íhlutum eins og gasútblástursrörum eða neistabilum (t.d. hornbilum eða grafítbilum).

Prófanir af gerð II (T2) og gerð III (T3) nota styttri púlsa. SPD-ar af gerð II eru yfirleitt spennutakmarkandi tæki sem nota íhluti eins og málmoxíðbreytur (MOV). Þeir eru prófaðir með nafnspennu með því að nota 8/20 µs straumbylgjuform (sjá mynd) og bera ábyrgð á að takmarka frekar leifar af spennubylgjum sem koma frá verndarbúnaðinum uppstreymis. Prófanir af gerð III nota samsettan bylgjugjafa með 1,2/50 µs spennu og 8/20 µs straumpúlsi (sjá mynd hér að neðan), sem hermir eftir spennubylgjum nærri búnaði.

3. Tengitegund yfirspennuvarna (SPD)

Tvær meginaðferðir eru til að vernda gegn tímabundinni ofspennu. Sú fyrri er sameiginleg stilling (e. common-mode protection, CT1), sem er hönnuð til að vernda gegn spennubylgjum milli spennuleiðara og jarðtengingar (PE). Til dæmis geta eldingar valdið háspennu í kerfi miðað við jörð. Sameiginleg stilling hjálpar til við að draga úr áhrifum slíkra utanaðkomandi truflana, eins og eldinga, eins og sýnt er hér að neðan.

Önnur tegund verndar er mismunahamsvörn (CT2), sem verndar gegn spennubylgjum milli línuleiðarans (L) og núllleiðarans (N). Þessi tegund verndar er sérstaklega mikilvæg til að bregðast við innri truflunum, svo sem rafmagnshávaða eða truflunum sem myndast innan kerfisins sjálfs, eins og sýnt er á myndinni hér að neðan.

Með því að innleiða eina eða báðar þessara verndarstillinga er hægt að verja rafkerfi betur gegn hugsanlegum spennubylgjum, sem að lokum eykur endingu og áreiðanleika tengds búnaðar.

Mikilvægt er að hafa í huga að val á SPD verndarstillingum ætti að vera í samræmi við jarðtengingarkerfið sem er í notkun. Fyrir TN kerfi er hægt að nota bæði CT1 og CT2 verndarstillingar. Hins vegar, í TT kerfum, er CT1 aðeins hægt að nota fyrir aftan RCD. Í upplýsingatæknikerfum - sérstaklega þeim án núllleiðara - á CT2 vörn ekki við. Þetta er mikilvægt atriði í jafnstraumsdreifikerfum sem nota upplýsingatækni jarðtengingar. Nánari upplýsingar er að finna í töflunni hér að neðan.

4. Lykilþættir spennuvarna (SPD)

Samkvæmt alþjóðlega staðlinum IEC 61643-11 eru eiginleikar og prófanir á aflrofum sem tengjast lágspennudreifikerfum skilgreindar, eins og sýnt er á mynd 7.

(1) Spennuverndarstig (upp)

Mikilvægasti þátturinn við val á SPD er spennuverndarstig hans (Up), sem einkennir afköst SPD við að takmarka spennuna milli skautanna. Þetta gildi ætti að vera hærra en hámarksspenna fyrir klemmu. Það næst þegar straumurinn sem fer í gegnum SPD er jafn nafnspennunni In fyrir útblástur. Valið spennuverndarstig verður að vera lægra en höggspennan Uw fyrir álagið. Í tilviki eldingar er spennan yfir SPD skautanna almennt haldin undir Up. Fyrir PV DC kerfi vísar álagið venjulega til PV eininga og invertera.

(2) Hámarks samfelld rekstrarspenna (Uc)

Uc er hámarks jafnspenna sem hægt er að beita stöðugt á SPD verndarhaminn. Hún er valin út frá málspennunni og jarðtengingarstillingu kerfisins og þjónar sem virkjunarþröskuldur SPD. Fyrir jafnspennuhlið sólarorkukerfa ætti Uc að vera meiri en eða jafnt Uoc Max sólarorkugjafarstöðvarinnar. Uoc Max vísar til hæstu opnu hringrásarspennu milli spennuhafa og milli spennuhafa og jarðar á tilgreindum punkti sólarorkugjafarstöðvarinnar.

(3) Nafnútskriftarstraumur (í tommur)

Þetta er hámarksgildi 8/20 μs bylgjuformsstraums sem flæðir í gegnum SPD, notað fyrir prófanir af gerð II og fyrir undirbúningsprófanir í gerð I og Tegund IIIEC krefst þess að SPD geti þolað að minnsta kosti 19 útskriftir með 8/20 μs bylgjuformsstraumi. Því hærra sem In gildið er, því lengur endist SPD, en kostnaðurinn eykst einnig.

(4) Höggstraumur (Iimp)

Þessi straumur er skilgreindur með þremur breytum: hámarksstraumi (Ipeak), hleðslu (Q) og sértækri orku (W/R), og er notaður í Tegund I prófanir. Algeng bylgjuform er 10/350 μs.