Odabir uređaja za zaštitu od prenapona za fotonaponske sustave – Vrste SPD-ova

Fotonaponski (FN) sustavi za proizvodnju energije ključni su izvor obnovljive energije i ekonomski su vrlo konkurentni u usporedbi s tradicionalnom proizvodnjom energije. Mali distribuirani FN sustavi, poput krovnih solarnih panela, postaju sve popularniji. Krovni FN sustavi uključuju distribuciju i izmjenične i istosmjerne struje s naponima do 1500 V. Istosmjerna strana, posebno FN paneli, mogu biti izravno izloženi udarima groma u područjima visokog rizika, što ih čini ranjivima na oštećenja od groma.

Zaštita od munje za zgrade dijeli se na vanjsku zaštitu (Sustav zaštite od munje, LPS) i unutarnju zaštitu (Mjere zaštite od prenapona, SPM), na temelju rizika od munje. Uređaji za zaštitu od prenapona (SPD), kao dio unutarnje zaštite, štite od prolaznih prenapona uzrokovanih atmosferskim udarima munje ili preklopnim radnjama. SPD-ovi se ugrađuju izvan zaštićene opreme i uglavnom funkcioniraju na sljedeći način: kada nema prenapona u elektroenergetskom sustavu, SPD ne utječe značajno na normalan rad sustava koji štiti. Kada dođe do prenapona, SPD nudi nisku impedanciju, preusmjeravajući prenaponsku struju kroz sebe i ograničavajući napon na sigurnu razinu. Nakon što prenapon prođe i svaka preostala struja se ugasi, SPD se vraća u stanje visoke impedancije.

1. Mjesto ugradnje uređaja za zaštitu od prenapona (SPD)

Mjesto ugradnje SPD-ova određuje se prema stupnju prijetnje od udara groma i na temelju koncepta Zona zaštite od udara groma (LPZ) u IEC 62305. Prijelazni prenaponi se postupno smanjuju na sigurnu razinu, koja mora biti ispod podnošljivog napona zaštićene opreme. Kao što je prikazano na slici, SPD-ovi se ugrađuju na granicama tih zona, što dovodi do koncepta višerazinske prenaponske zaštite koja se koristi u niskonaponskim sustavima. Kod fotonaponskih sustava fokus je na sprječavanju ulaska prenapona groma kroz AC i DC stranu, čime se štite kritične komponente poput pretvarača.

2. Klase ispitivanja uređaja za zaštitu od prenapona (SPD)

Prema IEC 61643-11, SPD-ovi se klasificiraju u tri ispitne kategorije na temelju vrste impulsa struje munje koju su projektirani da izdrže. Ispitivanja tipa I (označena kao T1) namijenjena su simuliranju djelomičnih struja munje koje se mogu provoditi u zgradu. Ova ispitivanja koriste valni oblik od 10/350 µs, kao što je prikazano na slici blow, i obično se primjenjuju na granici između LPZ0 i LPZ1 - kao što su glavne razvodne ploče ili dovodni otvori niskonaponskih transformatora. SPD-ovi za ovu razinu obično su tipa s preklopnim naponom, s komponentama poput plinskih cijevi za pražnjenje ili iskrišta (npr. iskrišta u obliku trublji ili grafitna iskrišta).

Ispitivanja tipa II (T2) i tipa III (T3) koriste impulse kraćeg trajanja. SPD-ovi tipa II obično su uređaji za ograničavanje napona koji koriste komponente poput metal-oksidnih varistora (MOV). Ispituju se nominalnom strujom pražnjenja pomoću valnog oblika struje od 8/20 µs (vidi sliku dolje) i odgovorni su za daljnje ograničavanje preostalog prenapona koji dolazi iz uzvodnog zaštitnog uređaja. Ispitivanja tipa III koriste kombinirani generator valova s ​​naponskim impulsom od 1,2/50 µs i strujnim impulsom od 8/20 µs (vidi sliku dolje), simulirajući prenapone bliže opremi krajnje upotrebe.

3. Vrsta priključka uređaja za zaštitu od prenapona (SPD)

Postoje dva glavna načina zaštite od prolaznih prenapona. Prvi je zaštita od uobičajenog napona (CT1), koja je dizajnirana za zaštitu od prenapona između vodiča pod naponom i PE (zaštitnog uzemljenja). Udari groma, na primjer, mogu u sustav unijeti visoke napone u odnosu na uzemljenje. Zaštita od uobičajenog napona pomaže u ublažavanju utjecaja takvih vanjskih poremećaja, poput munje, kao što je prikazano u nastavku.

Druga je diferencijalna zaštita (CT2), koja štiti od prenapona između linijskog vodiča (L) i neutralnog vodiča (N). Ova vrsta zaštite posebno je važna za rješavanje unutarnjih poremećaja, poput električnog šuma ili smetnji generiranih unutar samog sustava, kao što je prikazano na donjem dijagramu.

Implementacijom jednog ili oba ova načina zaštite, električni sustavi mogu biti bolje zaštićeni od potencijalnih izvora prenapona, što u konačnici povećava dugovječnost i pouzdanost priključene opreme.

Važno je napomenuti da odabir SPD načina zaštite treba biti usklađen s postojećim sustavom uzemljenja. Za TN sustave mogu se koristiti i CT1 i CT2 načini zaštite. Međutim, u TT sustavima, CT1 se može primijeniti samo nizvodno od RCD-a. U IT sustavima - posebno onima bez neutralnog vodiča - CT2 zaštita nije primjenjiva. Ovo je ključno razmatranje u DC distribucijskim sustavima koji koriste IT konfiguracije uzemljenja. Pojedinosti se mogu pronaći u donjoj tablici.

4. Ključni parametri uređaja za zaštitu od prenapona (SPD)

Prema međunarodnoj normi IEC 61643-11, definirane su karakteristike i ispitivanja SPD-ova spojenih na niskonaponske sustave distribucije električne energije, kao što je prikazano na slici 7.

(1) Razina naponske zaštite (gore)

Najvažniji aspekt pri odabiru SPD-a je njegova razina naponske zaštite (Up), koja karakterizira performanse SPD-a u ograničavanju napona između terminala. Ova vrijednost treba biti viša od maksimalnog napona stezanja. Postiže se kada struja koja teče kroz SPD postane jednaka nazivnoj struji pražnjenja In. Odabrana razina naponske zaštite mora biti niža od impulsnog napona Uw opterećenja. U slučaju udara groma, napon na terminalima SPD-a općenito se održava ispod Up. Kod PV DC sustava, opterećenje se obično odnosi na PV module i pretvarače.

(2) Maksimalni kontinuirani radni napon (Uc)

Uc je maksimalni istosmjerni napon koji se može kontinuirano primjenjivati ​​na SPD zaštitni način rada. Odabire se na temelju nazivnog napona i konfiguracije uzemljenja sustava te služi kao prag aktivacije SPD-a. Za istosmjernu stranu fotonaponskih sustava, Uc treba biti veći ili jednak Uoc Max fotonaponskog niza. Uoc Max odnosi se na najviši napon otvorenog kruga između faznih terminala i između faznog terminala i uzemljenja na određenoj točki fotonaponskog niza.

(3) Nazivna struja pražnjenja (In)

Ovo je vršna vrijednost struje valnog oblika od 8/20 μs koja teče kroz SPD, a koristi se za ispitivanja tipa II i za ispitivanja predkondicioniranja u tipu I i Tip IIIEC zahtijeva da SPD može izdržati najmanje 19 pražnjenja struje valnog oblika 8/20 μs. Što je veća vrijednost In, to je dulji vijek trajanja SPD-a, ali se povećava i trošak.

(4) Impulsna struja (Iimp)

Definirana s tri parametra: vršnom vrijednošću struje (Ipeak), nabojem (Q) i specifičnom energijom (W/R), ova se struja koristi u Tip I testovi. Tipični valni oblik je 10/350 μs.