Seleksie van oorspanningsbeskermingstoestelle vir PV-stelsels – Tipes oorspanningsbeskermingstoestelle
Fotovoltaïese (FV) kragopwekking is 'n sleutelbron van hernubare energie en is ekonomies hoogs mededingend in vergelyking met tradisionele kragopwekking. Klein verspreide FV-stelsels, soos sonpanele op dakte, word toenemend gewild. FV-stelsels op dakte behels beide WS- en GS-verspreiding met spannings tot 1500V. Die GS-kant, veral die FV-panele, kan direk blootgestel word aan weerligstrale in hoërisiko-gebiede, wat hulle kwesbaar maak vir weerligskade.
Weerligbeskerming vir geboue word verdeel in eksterne beskerming (Weerligbeskermingstelsel, LPS) en interne beskerming (Oorspanningsbeskermingsmaatreëls, SPM), gebaseer op weerligrisiko. Oorspanningsbeskermingstoestelle (SPD's), as deel van die interne beskerming, beskerm teen oorgangsoorspannings wat veroorsaak word deur atmosferiese weerlig of skakelbedrywighede. SPD's word buite die beskermde toerusting geïnstalleer en funksioneer hoofsaaklik soos volg: wanneer daar geen oorspanning in die kragstelsel is nie, beïnvloed die SPD nie die normale werking van die stelsel wat dit beskerm, noemenswaardig nie. Wanneer 'n oorspanning plaasvind, bied die SPD lae impedansie, wat die oorspanningstroom deur homself lei en die spanning tot 'n veilige vlak beperk. Nadat die oorspanning verby is en enige oorblywende stroom uitgesterf het, keer die SPD terug na 'n hoë impedansietoestand.
1. Die installasieplek van oorspanningsbeskermingstoestelle (SPD)
Die installasieligging van SPD's word bepaal volgens die graad van weerligbedreiging en gebaseer op die Weerligbeskermingsones (LPZ) konsep in IEC 62305. Oorgangsoorspannings word progressief verminder tot 'n veilige vlak, wat onder die weerligspanning van die beskermde toerusting moet wees. Soos in Figuur geïllustreer, word SPD's aan die grense van hierdie sones geïnstalleer, wat aanleiding gee tot die konsep van meervlakkige oorspanningsbeskerming wat in laespanningstelsels gebruik word. Vir PV-stelsels is die fokus op die voorkoming van weerligstuwings om deur die WS- en GS-kante binne te gaan, waardeur kritieke komponente soos omsetters beskerm word.
2. Toetsklasse vir oorspanningsbeskermingstoestelle (SPD)
Volgens IEC 61643-11 word SPD's in drie toetskategorieë geklassifiseer gebaseer op die tipe weerligstroomimpuls wat hulle ontwerp is om te weerstaan. Tipe I-toetse (gemerk as T1) is bedoel om gedeeltelike weerligstrome te simuleer wat in 'n gebou gelei kan word. Hierdie gebruik 'n 10/350 µs-golfvorm, soos getoon in Figuur 1, en word tipies toegepas op die grens tussen LPZ0 en LPZ1 - soos by hoofverdeelborde of laespanningstransformator-inkomende eenhede. SPD's vir hierdie vlak is gewoonlik van die spanningskakeltipe, met komponente soos gasontladingsbuise of vonkgapings (bv. horinggapings of grafietgapings).
Tipe II (T2) en Tipe III (T3) toetse gebruik impulse van korter duur. Tipe II SPD's is gewoonlik spanningsbeperkende toestelle wat komponente soos metaaloksiedvaristors (MOV's) gebruik. Hulle word getoets met 'n nominale ontladingsstroom met behulp van 'n 8/20 µs stroomgolfvorm (sien Figuur b), en is verantwoordelik vir die verdere beperking van die oorblywende stootspanning wat van die stroomop-beskermingstoestel afkomstig is. Tipe III-toetse gebruik 'n kombinasiegolfgenerator met 'n 1.2/50 µs spanning en 8/20 µs stroomimpuls (sien Figuur hieronder), wat stootstuwings nader aan eindgebruikstoerusting simuleer.
3. Verbindingstipe van oorspanningsbeskermingstoestel (SPD's)
Daar is twee hoofmodusse van beskerming teen oorgangsoorspannings. Die eerste is gemeenskaplike modusbeskerming (CT1), wat ontwerp is om te beskerm teen stootspanning tussen lewendige geleiers en PE (beskermende aarde). Weerligslae kan byvoorbeeld hoë spannings relatief tot grond in 'n stelsel inbring. Gemeenskaplike modusbeskerming help om die impak van sulke eksterne steurnisse, soos weerlig, te verminder, soos hieronder geïllustreer.
Die tweede is differensiële modusbeskerming (CT2), wat beskerm teen stroompies tussen die lyngeleier (L) en die neutrale geleier (N). Hierdie tipe beskerming is veral belangrik vir die aanspreek van interne steurnisse, soos elektriese geraas of interferensie wat binne die stelsel self gegenereer word, soos in die diagram hieronder getoon.
Deur een of albei van hierdie beskermingsmodusse te implementeer, kan elektriese stelsels beter beskerm word teen potensiële stroomstootbronne, wat uiteindelik die lewensduur en betroubaarheid van gekoppelde toerusting verbeter.
Dit is belangrik om daarop te let dat die keuse van SPD-beskermingsmodusse moet ooreenstem met die aardingstelsel wat in plek is. Vir TN-stelsels kan beide CT1- en CT2-beskermingsmodusse gebruik word. In TT-stelsels kan CT1 egter slegs stroomaf van 'n RCD toegepas word. In IT-stelsels – veral dié sonder 'n neutrale geleier – is CT2-beskerming nie van toepassing nie. Dit is 'n kritieke oorweging in GS-verspreidingstelsels wat IT-aardingskonfigurasies gebruik. Besonderhede kan in die tabel hieronder gevind word.
4. Sleutelparameters van oorspanningsbeskermingstoestelle (SPD)
Volgens die internasionale standaard IEC 61643-11 word die eienskappe en toetse van SPD's wat aan laespanning-kragverspreidingstelsels gekoppel is, gedefinieer, soos getoon in Figuur 7.
(1) Spanningsbeskermingsvlak (op)
Die belangrikste aspek in die keuse van 'n SPD is die spanningsbeskermingsvlak (Up), wat die SPD se werkverrigting in die beperking van die spanning tussen terminale kenmerk. Hierdie waarde moet hoër wees as die maksimum klemspanning. Dit word bereik wanneer die stroom wat deur die SPD vloei gelyk is aan die nominale ontladingsstroom In. Die gekose spanningsbeskermingsvlak moet laer wees as die impulsweerstandspanning Uw van die las. In die geval van weerligstrale word die spanning oor die SPD-terminale gewoonlik onder Up gehou. Vir PV-GS-stelsels verwys die las gewoonlik na PV-modules en omsetters.
(2) Maksimum Deurlopende Bedryfspanning (Uc)
Uc is die maksimum GS-spanning wat voortdurend op die SPD-beskermingsmodus toegepas kan word. Dit word gekies op grond van die nominale spanning en die stelsel se aardkonfigurasie en dien as die aktiveringsdrempel van die SPD. Vir die GS-kant van PV-stelsels moet Uc groter as of gelyk wees aan die PV-skikking se Uoc Maks. Uoc Maks verwys na die hoogste oopkringspanning tussen die lewendige terminale en tussen die lewendige terminaal en grond by die aangewese punt van die PV-skikking.
(3) Nominale ontladingsstroom (In)
Dit is die piekwaarde van 'n 8/20 μs golfvormstroom wat deur die SPD vloei, wat gebruik word vir Tipe II-toetse en vir voorkondisioneringstoetse in Tipe I en Tipe IIDie IEC vereis dat die SPD ten minste 19 ontladings van 8/20 μs golfvormstroom kan weerstaan. Hoe hoër die In-waarde, hoe langer die SPD se lewensduur, maar die koste neem ook toe.
(4) Impulsstroom (Iimp)
Gedefinieer deur drie parameters: stroompiek (Ipeak), lading (Q), en spesifieke energie (W/R), word hierdie stroom gebruik in Tipe I toetse. Die tipiese golfvorm is 10/350 μs.