Сумесная праца сеткавых фільтраў, выключальнікаў і засцерагальнікаў у фотаэлектрычных сістэмах: функцыянальны аналіз і абмеркаванне неабходнасці
Уводзіны
З хуткім развіццём сусветнай фотаэлектрычнай індустрыі бяспека і стабільнасць сістэм вытворчасці сонечнай энергіі апынуліся ў цэнтры ўвагі галіны. Фотаэлектрычныя сістэмы працяглы час знаходзяцца пад уздзеяннем вонкавага паветра і ўразлівыя да такіх пагроз, як удары маланкі, ваганні напружання ў электрасетцы і паломкі абсталявання, што можа прывесці да пашкоджання абсталявання або нават пажару. Прылады абароны ад перанапружання (SPD), аўтаматычныя выключальнікі і засцерагальнікі з'яўляюцца ключавымі прыладамі абароны, якія выконваюць свае абавязкі і ўзаемадзейнічаюць адзін з адным для забеспячэння бяспечнай працы сістэмы. У гэтым артыкуле падрабязна прааналізаваны іх функцыі, механізмы каардынацыі і неабходнасць забеспячэння даведкі для карыстальнікаў у галіне.
I. «Нябачны забойца», які сутыкаецца з фотаэлектрычнымі сістэмамі
Фотаэлектрычныя электрастанцыі падобныя да «сталёвых воінаў», якія працуюць пад адкрытым небам і пастаянна вытрымліваюць розныя жорсткія выпрабаванні.
1.1 Праблемы з ударам маланкі:
У прыватнасці, на Блізкім Усходзе і ў Паўднёва-Усходняй Азіі адзін сезон навальніц можа паралізаваць сістэмы, якія не маюць належнай абароны.
1.2 Ваганні электрасеткі:
У чылійскім праекце, якім я кіраваў, некалькі адзінак абсталявання згарэлі з-за рэзкага павышэння напружання ў сетцы.
1.3 Рызыка кароткага замыкання:
У мінулым годзе ў Германіі на адным з праектаў адбылося кароткае замыканне з-за састарэлых кабеляў, што ледзь не прывяло да пажару.
Гэтыя рызыкі не перабольшанне. Паводле звестак Міжнароднага альянсу па бяспецы фотаэлектрычных сістэм, больш за 60% няспраўнасцяў фотаэлектрычных сістэм звязаны з недастатковай электрычнай абаронай.
II. Асноўныя функцыі прылад абароны ад перанапружання (SPD)
2.1 Прынцып працы
Прылада зарадкі электраэнергіі адводзіць пераходнае перанапружанне на зямлю праз металаксідныя варыстары (MOV) або газаразрадныя трубкі (GDT), абмяжоўваючы напружанне ў бяспечных межах. У фотаэлектрычных сістэмах прылады зарадкі электраэнергіі звычайна ўсталёўваюцца ў наступных месцах:
Бок пастаяннага току (паміж модулямі і інвертарам): Для абароны ад перанапружання, выкліканага маланкай.
Бок пераменнага току (паміж інвертарам і сеткай): Для падаўлення перанапружання з боку сеткі.
2.2 Асноўныя параметры
Максімальнае бесперапыннае працоўнае напружанне (Uc): павінна адпавядаць узроўню напружання фотаэлектрычнай сістэмы (напрыклад, 1000 В пастаяннага току або 1500 В пастаяннага току).
Ток разраду (In/Iimp): адлюстроўвае здольнасць разраджаць ток маланкі, і фотаэлектрычныя сістэмы звычайна патрабуюць 20 кА або вышэй.
Узровень абароны ад напружання (Up): вызначае памер рэшткавага напружання і павінен быць ніжэйшым за вытрымлівальнае напружанне абараняемага абсталявання.
2.3 Неабходнасць
Засцерагчы дарагое абсталяванне, такое як інвертары і аб'яднальнікі, ад пашкоджанняў перанапружаннямі.
Адпавядаць міжнародным стандартам (такім як IEC 6164331, UL 1449) і патрабаванням да прымальнасці для фотаэлектрычных электрастанцый.
Ⅲ.Прызначэнне і выбар аўтаматычных выключальнікаў і засцерагальнікаў
3.1 Аўтаматычны выключальнік
Функцыя:
• Абарона ад перагрузкі: калі ток перавышае зададзенае значэнне (напрыклад, у 1,3 раза большы за намінальны ток), спрацоўвае механізм цеплавога адключэння.
• Абарона ад кароткага замыкання: электрамагнітны механізм адключэння адключае ток кароткага замыкання (напрыклад, 10 кА) на працягу мілісекунд.
• Характарыстыкі прымянення фотаэлектрычных элементаў:
Неабходна выбраць спецыяльны аўтаматычны выключальнік пастаяннага току (напрыклад, DC 1000 В/1500 В).
Адключальная здольнасць павінна адпавядаць току кароткага замыкання сістэмы (звычайна ≥ 15 кА).
3.2 Засцерагальнік
Функцыя:
Расплаўляючы засцерагальнік, можна хутка ізаляваць няспраўны ланцуг і абараніць паслядоўна злучаную галіну.
Перавагі:
Хуткасць адключэння вышэйшая (на мікрасекундным узроўні), што падыходзіць для сцэнарыяў з высокім токам кароткага замыкання.
Ён мае невялікія памеры і падыходзіць для токаправодных скрынак з абмежаванай прасторай.
3.3 Супрацоўніцтва з SPD
SPD адказвае за абарону ад напружання, а аўтаматычныя выключальнікі/засцерагальнікі — за абарону ад току.
Калі SPD выходзіць з ладу з-за перанапружання, аўтаматычныя выключальнікі або засцерагальнікі могуць неадкладна адключыць няспраўны ланцуг, каб прадухіліць пажар.
Ⅳ. Тэматычнае даследаванне шматузроўневай сістэмы абароны
Возьмем, напрыклад, фотаэлектрычную электрастанцыю магутнасцю 1 МВт:
4.1 Абарона з боку пастаяннага току
Адгалінаванні кампанентных серыяў: усталюйце засцерагальнікі (напрыклад, тыпу gPV на 10 А) для кожнай серыі.
Уваход у размеркавальную скрынку: усталяваць SPD тыпу II (Up ≤ 1,5 кВ) і аўтаматычны выключальнік пастаяннага току (63 А).
4.2 Абарона з боку пераменнага току
Выхадны канец інвертара: наладзьце SPD тыпу 1+2 (Iimp ≥ 12,5 кА) і аўтаматычны выключальнік у літым корпусе (250 А).
4.3 Мадэляванне сцэнарыяў няспраўнасці
Пры ўдары маланкі: SPD вызваляе імпульсны ток і ўтрымлівае напружанне ніжэй за 2 кВ; калі SPD выходзіць з ладу з-за кароткага замыкання, спрацоўвае аўтаматычны выключальнік.
Пры кароткім замыканні ў лініі: засцерагальнік плавіцца на працягу 5 мс, каб прадухіліць распаўсюджванне эфекту цеплавой плямы.
Ⅴ. Меры засцярогі пры выбары і ўсталёўцы
5.1 Выбар SPD
Для пастаяннага току варта выбраць спецыялізаваны прывад SPD для фотаэлектрычных прылад (напрыклад, PVSPD), каб пазбегнуць праблемы зваротнага току, якая ўзнікае ў звычайных прывадах SPD пераменнага току.
Варта ўлічваць тэмпературны запас (Uc павінен пакідаць запас ва ўмовах высокай тэмпературы).
5.2 Падбор аўтаматычнага выключальніка/засцерагальніка
Адключальная здольнасць павінна быць вышэйшай за максімальны ток кароткага замыкання сістэмы (напрыклад, ток кароткага замыкання ланцуга можа дасягаць 1,5 кА).
Намінальны ток засцерагальніка павінен быць больш чым у 1,56 раза большым за ток кароткага замыкання кампанента (Isc) (у адпаведнасці з NEC 690.8).
5.3 Прапановы па інтэграцыі сістэмы
Даўжыня провада паміж SPD і аўтаматычным выключальнікам павінна быць ≤ 0,5 м, каб паменшыць рэшткавае напружанне.
Неабходна рэгулярна праводзіць праверкі індыкатараў стану SPD, а няспраўныя модулі — своечасова замяняць.
Ⅵ. Тэндэнцыі галіны і абнаўленні стандартаў
• Высокая напруга: з шырокім распаўсюджваннем фотаэлектрычных сістэм на 1500 В неабходна сінхранізавана павышаць узровень вытрымліваемага напружання прыбораў хуткадзейнасці і аўтаматычных выключальнікаў.
• Інтэлектуальны маніторынг: інтэлектуальныя SPD, якія аб'ядноўваюць датчыкі тэмпературы і функцыі бесправадной сувязі, паступова ўжываюцца для дасягнення дыстанцыйнага ранняга папярэджання аб няспраўнасцей.
• Стандартнае ўзмацненне: Новая версія IEC 625482023 усталявала больш жорсткія патрабаванні да каардынацыі ахоўных прылад для фотаэлектрычных сістэм.
Выснова
У фотаэлектрычных сістэмах сеткавыя фільтры, аўтаматычныя выключальнікі і засцерагальнікі ўтвараюць поўную сістэму сумеснай абароны «напружанне-ток». Правільны выбар і канфігурацыя гэтых кампанентаў не толькі могуць падоўжыць тэрмін службы абсталявання і знізіць выдаткі на эксплуатацыю і абслугоўванне, але і з'яўляюцца неабходнымі ўмовамі для забеспячэння бяспечнай працы электрастанцый. З развіццём тэхналогій інтэграцыя і інтэлектуальнасць гэтых ахоўных прылад яшчэ больш павысяць надзейнасць фотаэлектрычных сістэм у будучыні.