Samewerkende Werk van Oorspanningsbeskermers, Stroombrekers en Sekerings in Fotovoltaïese Stelsels: Funksionele Analise en Noodsaaklikheidsbespreking

Inleiding

Met die vinnige ontwikkeling van die wêreldwye fotovoltaïese industrie, het die veiligheid en stabiliteit van sonkragopwekkingstelsels die fokus van die bedryf se aandag geword. Fotovoltaïese stelsels word vir 'n lang tyd aan die buitelug blootgestel en is kwesbaar vir bedreigings soos weerligstrale, kragnetwerkfluktuasies en toerustingonderbrekings, wat toerustingskade of selfs brand kan veroorsaak. Oorspanningsbeskermers (SPD's), stroombrekers en sekerings is sleutelbeskermingstoestelle wat elkeen hul pligte verrig en met mekaar saamwerk om die veilige werking van die stelsel te verseker. Hierdie artikel sal hul funksies, koördineringsmeganismes en noodsaaklikheid diepgaande analiseer om verwysing vir bedryfsgebruikers te bied.

I. Die "Onsigbare Moordenaar" wat Fotovoltaïese Stelsels in die Gesig Poort het

Fotovoltaïese kragstasies is soos "staalkrygers" wat in die oop lug werk en voortdurend verskeie strawwe toetse verduur.

1.1 Probleme met weerligstrale:

In die besonder, in die Midde-Ooste en Suidoos-Asië, kan 'n enkele donderstormseisoen stelsels wat nie beskerming het nie, verlam.
1.2 Kragnetwerkfluktuasies:
In die Chileense projek waarvan ek in beheer was, het verskeie stukke toerusting uitgebrand weens 'n skielike toename in die netwerkspanning.

1.3 Kortsluitrisiko:
Verlede jaar het 'n projek in Duitsland 'n kortsluiting ondervind weens verouderende kabels, wat amper 'n brand veroorsaak het.

Hierdie risiko's is geen oordrywing nie. Volgens die Internasionale Fotovoltaïese Veiligheidsalliansie is meer as 60% van fotovoltaïese stelselfoute te wyte aan onvoldoende elektriese beskerming.

II. Kernfunksies van oorspanningsbeskermingstoestelle (SPD)

2.1 Werkbeginsel
SPD lei oorgangsoorspanning na die grond deur metaaloksiedvaristors (MOV) of gasontladingsbuise (GDT), wat die spanning binne 'n veilige reeks beperk. In fotovoltaïese stelsels word SPD's tipies op die volgende plekke geïnstalleer:
GS-kant (tussen die modules en die omsetter): Om te beskerm teen weerlig-geïnduseerde spanningspieke.
WS-kant (tussen die omsetter en die netwerk): Om oorspanning van die netwerkkant te onderdruk.

2.2 Sleutelparameters
Maksimum deurlopende bedryfspanning (Uc): Moet ooreenstem met die spanningsvlak van die fotovoltaïese stelsel (soos 1000V DC of 1500V DC).
Ontladingsstroom (In/Iimp): Weerspieël die vermoë om weerligstroom te ontlaai, en fotovoltaïese stelsels benodig tipies 20kA of hoër.
Spanningsbeskermingsvlak (Op): Bepaal die oorblywende spanningsgrootte en moet laer wees as die weerstaanspanning van die beskermde toerusting.

2.3 Noodsaaklikheid
Voorkom dat duur toerusting soos omsetters en kombineerbokse deur spanningsstuwings beskadig word.
Voldoen aan internasionale standaarde (soos IEC 6164331, UL 1449) en aanvaardingsvereistes vir fotovoltaïese kragstasies.

Ⅲ. Funksie en seleksie van stroombrekers en sekerings

3.1 Stroombreker
Funksie:
• Oorbelastingbeskerming: Wanneer die stroom die ingestelde waarde oorskry (soos 1.3 keer die nominale stroom), tree die termiese uitskakelmeganisme in werking.
• Kortsluitbeskerming: Die elektromagnetiese uitskakelmeganisme sny die kortsluitstroom (soos 10kA) binne millisekondes af.

•Toepassingskenmerke vir Fotovoltaïese:
'n Toegewyde GS-stroombreker (soos GS 1000V/1500V) moet gekies word.
Die breekvermoë moet ooreenstem met die stelsel se kortsluitstroom (tipies ≥ 15kA).

3.2 Sekering
Funksie:
Deur die smelt van die lontelement kan dit die foutiewe stroombaan vinnig isoleer en die seriegekoppelde tak beskerm.

Voordele:
Die ontkoppelingspoed is vinniger (op die mikrosekondevlak), geskik vir hoë kortsluitstroom scenario's.
Dit is klein in formaat en geskik vir stroomdraende bokse met beperkte spasie.

3.3 Samewerking met SPD

SPD is verantwoordelik vir spanningsbeskerming, terwyl stroombrekers/sekeringsbeskermers verantwoordelik is vir stroombeskerming.
Wanneer SPD faal as gevolg van 'n piekstoring, kan stroombrekers of sekeringbeskermers die foutiewe stroombaan onmiddellik afsny om brand te voorkom.

Ⅳ. Gevallestudie van 'n meervlakkige beskermingstelsel

Neem 'n 1 MW fotovoltaïese kragstasie as voorbeeld:
4.1 Beskerming aan die GS-kant
Komponentreekstakke: Installeer sekerings (soos 10A gPV-tipe) vir elke reeks.
Invoer van die kombinatorboks: Installeer Tipe II SPD (Op ≤ 1.5kV) en GS-stroombreker (63A).

4.2 Beskerming aan die WS-kant
Uitsetkant van die omsetter: Konfigureer Tipe 1+2 SPD (Iimp ≥ 12.5kA) en gegoten kasstroombreker (250A).

4.3 Simulasie van foutscenario's
Wanneer 'n weerligslag plaasvind: Die SPD stel stootstroom vry en beperk die spanning tot onder 2 kV; as die SPD weens 'n kortsluiting faal, skakel die stroombreker uit.
Wanneer daar 'n lynkortsluiting is: Die lont smelt binne 5 ms om die verspreiding van die termiese kol-effek te voorkom.

Ⅴ. Voorsorgmaatreëls vir seleksie en installasie

5.1 SPD-keuse
Vir die GS-kant moet 'n fotovoltaïese-spesifieke SPD (soos PVSPD) gekies word om die omgekeerde stroomprobleem van gewone WS SPD te vermy.
Temperatuurmarge moet in ag geneem word (Uc moet 'n marge in hoëtemperatuuromgewings laat).

5.2 Stroombreker/Sekering-ooreenstemming
Die breekvermoë moet hoër wees as die maksimum kortsluitstroom van die stelsel (soos die foutstroom van die tou 1.5kA kan bereik).
Die nominale stroom van die sekering moet meer as 1.56 keer die komponent se kortsluitstroom (Isc) wees (in ooreenstemming met NEC 690.8).

5.3 Voorstelle vir stelselintegrasie
Die lengte van die draad tussen die SPD en die stroombreker moet ≤ 0.5m wees om die oorblywende spanning te verminder.
Gereelde inspeksies van SPD-statusaanwysers moet uitgevoer word, en mislukte modules moet betyds vervang word.

Ⅵ. Bedryfstendense en standaardopdaterings
• Hoëspanningsvraag: Met die wydverspreide aanvaarding van 1500V fotovoltaïese stelsels, moet die weerstaanspanningsvlakke van SPD's en stroombrekers gesinchroniseerd verbeter word.

• Intelligente monitering: Intelligente SPD's wat temperatuursensors en draadlose kommunikasiefunksies integreer, word geleidelik toegepas om vroeë waarskuwing oor afstandsfout te verkry.

•Standaardversterking: Die nuwe weergawe van IEC 625482023 het strenger koördineringsvereistes opgelê vir beskermingstoestelle vir fotovoltaïese stelsels.

Gevolgtrekking
In fotovoltaïese stelsels vorm oorspanningsbeskermers, stroombrekers en sekerings 'n volledige "spanning-stroom" samewerkende beskermingstelsel. Die korrekte keuse en konfigurasie van hierdie komponente kan nie net die lewensduur van toerusting verleng en bedryfs- en onderhoudskoste verminder nie, maar is ook noodsaaklike voorwaardes om die veilige werking van kragstasies te verseker. Met die ontwikkeling van tegnologie sal die integrasie en intelligensie van hierdie beskermingstoestelle die betroubaarheid van fotovoltaïese stelsels in die toekoms verder verbeter.