Uvod

U modernim elektroenergetskim sustavima i primjenama elektroničke opreme, prenaponski zaštitnici (SPD) i pretvarači, kao dvije ključne komponente, imaju zajednički rad ključan za osiguranje sigurnog i stabilnog rada cijelog sustava. S brzim razvojem obnovljivih izvora energije i širokom primjenom energetskih elektroničkih uređaja, njihova kombinirana upotreba postala je sve češća. Ovaj članak će se pozabaviti principima rada, kriterijima odabira, metodama instalacije SPD-ova i pretvarača, kao i time kako se oni mogu optimalno upariti kako bi pružili sveobuhvatnu zaštitu elektroenergetskih sustava.

 

 

Poglavlje 1: Sveobuhvatna analiza prenaponskih zaštita

 

1.1 Što je prenaponska zaštita?

 

Uređaj za zaštitu od prenapona (skraćeno SPD), također poznat kao odvodnik prenapona ili prenaponska zaštita, elektronički je uređaj koji pruža sigurnosnu zaštitu za različitu elektroničku opremu, instrumente i komunikacijske vodove. Može spojiti zaštićeni krug na ekvipotencijalni sustav u izuzetno kratkom vremenu, izjednačavajući potencijal na svakom priključku opreme, i istovremeno ispuštajući udarnu struju generiranu u krugu zbog udara groma ili preklapanja sklopke u zemlju, čime se štiti elektronička oprema od oštećenja.

 

Prenaponski zaštitnici se široko koriste u područjima kao što su komunikacija, energetika, rasvjeta, nadzor i industrijsko upravljanje, te su neizostavna i važna komponenta modernog inženjerstva zaštite od udara groma. Prema standardima Međunarodne elektrotehničke komisije (IEC), prenaponski zaštitnici mogu se klasificirati u tri kategorije: Tip I (za izravnu zaštitu od udara groma), Tip II (za zaštitu distribucijskog sustava) i Tip III (za zaštitu terminalne opreme).

 

1.2 Princip rada prenaponske zaštite

 

Osnovni princip rada prenaponske zaštite temelji se na karakteristikama nelinearnih komponenti (kao što su varistori, plinske cijevi za pražnjenje, diode za suzbijanje prijelaznog napona itd.). Pod normalnim naponom, one predstavljaju stanje visoke impedancije i gotovo nemaju utjecaja na rad kruga. Kada se pojavi prenapon, ove komponente mogu se prebaciti u stanje niske impedancije unutar nanosekundi, preusmjeravajući energiju prenapona prema uzemljenju i time ograničavajući napon na zaštićenoj opremi na siguran raspon.

Specifičan radni proces može se podijeliti u četiri faze:

 

1.2.1 Faza praćenja

 

SPD protivkontinuirano prati fluktuacije napona u krugu. Ostaje u stanju visoke impedancije unutar normalnog raspona napona, bez utjecaja na normalan rad sustava.

 

1.2.2 Faza odgovora

 

Kada se otkrije da napon prelazi postavljeni prag (kao što je 385 V za 220 V sustav), zaštitni element reagira brzo unutar nanosekundi.

 

1.2.3 Ispuštanje pozornica

Zaštitni element prelazi u stanje niske impedancije, stvarajući put pražnjenja za usmjeravanje prekomjerne struje prema uzemljenju, dok istovremeno ograničava napon na zaštićenoj opremi na sigurnu razinu.

 

1.2.4 Faza oporavka:

Nakon prenapona, zaštitna komponenta se automatski vraća u stanje visoke impedancije i sustav nastavlja normalan rad. Za tipove koji se ne oporavljaju sami, zamjena modula može biti potrebna.

 

1.3 Kako do odaberite zaštitu od prenapona

 

Odabir odgovarajuće prenaponske zaštite zahtijeva razmatranje različitih čimbenika kako bi se osigurao najbolji zaštitni učinak i ekonomske koristi.

 

1.3.1 Odaberite vrstu na temelju karakteristika sustava

 

- TT, TN ili IT sustavi distribucije električne energije zahtijevaju različite vrste SPD-a

- SPD-ovi za AC sustave i DC sustave (kao što su fotonaponski sustavi) ne mogu se miješati

- Razlika između jednofaznih i trofaznih sustava

 

1.3.2 Ključ Podudaranje parametara

 

- Maksimalni kontinuirani radni napon (Uc) trebao bi biti veći od najvećeg mogućeg kontinuiranog napona s kojim se sustav može susresti (obično 1,15-1,5 puta nazivni napon sustava)

- Razina naponske zaštite (Up) treba biti niža od podnošljivog napona štićene opreme

- Nazivnu struju pražnjenja (In) i maksimalnu struju pražnjenja (Imax) treba odabrati na temelju mjesta ugradnje i očekivanog intenziteta prenapona

- Vrijeme odziva treba biti dovoljno brzo (obično

 

1.3.3 Montaža razmatranja lokacije

 

- Ulaz za napajanje treba biti opremljen SPD-om klase I ili klase II

- Razvodna ploča može biti opremljena SPD-om klase II

- Prednji kraj opreme treba biti zaštićen SPD-om fine zaštite klase III

 

1.3.4 Posebno Zahtjevi zaštite okoliša

 

- Za vanjsku ugradnju, uzmite u obzir vodootpornost i otpornost na prašinu (IP65 ili više)

- U okruženjima s visokim temperaturama odaberite SPD-ove koji su prikladni za visoke temperature

- U korozivnim okruženjima odaberite kućišta s antikorozivnim svojstvima

 

1.3.5 Certifikacija Standardi

 

- U skladu s međunarodnim standardima kao što su IEC 61643 i UL 1449

- Certificirano s CE, TUV itd.

- Za fotonaponske sustave, mora biti u skladu s normom IEC 61643-31

 

1.4 Kako instalirati zaštita od prenapona

 

Ispravna instalacija ključna je za osiguranje učinkovitosti prenaponskih zaštita. Evo profesionalnog vodiča za instalaciju

 

1.4.1 Instalacija Mjesto Izbor

 

- SPD za ulaz napajanja treba biti instaliran u glavnoj razvodnoj kutiji, što bliže kraju dovodne linije.

- Sekundarnu razvodnu kutiju SPD treba instalirati nakon prekidača.

- Prednji SPD za opremu treba postaviti što bliže štićenoj opremi (preporučuje se da udaljenost bude manja od 5 metara).

 

1.4.2 Ožičenje Tehnički podaci

 

- Metoda spajanja "V" (Kelvinov spoj) može smanjiti utjecaj induktiviteta vodiča.

- Spojne žice trebaju biti što kraće i ravnije (

- Presjek žica mora biti u skladu sa standardima (obično ne manji od 4 mm² bakrene žice).

- Za uzemljenje treba odabrati žuto-zelenu dvobojnu žicu, s poprečnim presjekom ne manjim od fazne žice.

 

1.4.3 Uzemljenje Zahtjevi

 

- Priključci za uzemljenje SPD-a moraju biti sigurno spojeni na sabirnicu za uzemljenje sustava.

- Otpor uzemljenja treba biti u skladu sa zahtjevima sustava (obično

- Izbjegavajte preduge žice za uzemljenje jer će to povećati impedanciju uzemljenja.

 

1.4.4 Instalacija Koraci

 

1) Isključite napajanje i provjerite da nema napona

2) Rezervirajte mjesto ugradnje u razvodnoj kutiji prema veličini SPD-a

3) Pričvrstite SPD bazu ili vodilicu

4) Spojite faznu žicu, neutralnu žicu i žicu za uzemljenje prema dijagramu ožičenja

5) Provjerite jesu li svi priključci sigurni

6) Uključite napajanje za testiranje, promatrajte lampice indikatora statusa

 

1.4.5 Instalacija Mjere predostrožnosti

 

- Ne postavljajte SPD prije osigurača ili prekidača strujnog kruga.

- Između više SPD-ova treba održavati odgovarajuću udaljenost (duljina kabela > 10 metara) ili treba dodati uređaj za razdvajanje.

- Nakon instalacije, na prednji kraj SPD-a treba ugraditi uređaj za zaštitu od prekomjerne struje (kao što je osigurač ili prekidač).

- Treba provoditi redovite preglede (barem jednom godišnje) i održavanje. Pojačane preglede treba provoditi prije i nakon sezone grmljavine.

 

Poglavlje 2: U-dubinska analiza invertera

 

2.1 Što je inverter?

 

Inverter je elektronički uređaj koji pretvara istosmjernu struju (DC) u izmjeničnu struju (AC). Neizostavna je ključna komponenta u modernim energetskim sustavima. S brzim razvojem obnovljivih izvora energije, primjena invertera postala je sve raširena, posebno u fotonaponskim sustavima za proizvodnju energije, sustavima za proizvodnju energije vjetra, sustavima za pohranu energije i sustavima neprekidnog napajanja (UPS).

 

 

Inverteri se mogu klasificirati u pravokutne invertere, modificirane sinusne invertere i čiste sinusne invertere na temelju njihovih izlaznih valnih oblika; također se mogu kategorizirati u mrežno spojene invertere, neovisne o mreži i hibridne invertere prema scenarijima primjene; ​​a mogu se podijeliti u mikro invertere, nizove invertera i centralizirane invertere na temelju njihove snage.

 

2.2 Radno Princip rada invertera

 

Osnovni princip rada invertera je pretvaranje istosmjerne struje u izmjeničnu struju brzim preklopnim radnjama poluvodičkih sklopnih uređaja (kao što su IGBT i MOSFET). Osnovni proces rada je sljedeći:

 

2.2.1 Istosmjerni ulaz Pozornica

 

Istosmjerni izvor napajanja (kao što su fotonaponski paneli, baterije) dovodi istosmjernu električnu energiju u pretvarač.

 

2.2.2 Poticanje Pozornica (Neobavezno)

 

Ulazni napon se pojačava na razinu prikladnu za rad pretvarača putem DC-DC pojačavajućeg kruga.

 

2.2.3 Inverzija Pozornica

 

Kontrolne sklopke se uključuju i isključuju u određenom slijedu, pretvarajući istosmjernu struju u pulsirajuću istosmjernu struju. To se zatim filtrira pomoću filtarskog kruga kako bi se formirao izmjenični valni oblik.

 

2.2.4 Izlaz Pozornica

 

Nakon prolaska kroz LC filtriranje, izlaz će biti kvalificirana izmjenična struja (kao što je 220V/50Hz ili 110V/60Hz).

 

Za pretvarače spojene na mrežu, uključuje i napredne funkcije kao što su sinkrona kontrola mrežnog priključka, praćenje točke maksimalne snage (MPPT) i zaštita od efekta otočnog rada. Moderni pretvarači obično koriste PWM (modulaciju širine impulsa) tehnologiju za poboljšanje kvalitete i učinkovitosti valnog oblika.

 

2.3 Kako odabrati inverter

 

Odabir odgovarajućeg invertera zahtijeva razmatranje više faktora:

 

2.3.1 Odaberite vrstu na temelju na scenariju primjene

 

- Za mrežno povezane sustave odaberite mrežno povezane pretvarače

- Za sustave izvan mreže odaberite invertere izvan mreže

- Za hibridne sustave odaberite hibridne invertere

 

2.3.2 Vlast Podudaranje

 

- Nazivna snaga treba biti nešto veća od ukupne snage opterećenja (preporučena margina od 1,2 - 1,5 puta)

- Uzmite u obzir trenutni kapacitet preopterećenja (kao što je startna struja motora)

 

2.3.3 Ulaz karakteristika podudaranje

 

- Raspon ulaznog napona trebao bi pokrivati ​​raspon izlaznog napona napajanja.

- Za fotonaponske sustave, broj MPPT putova i ulazna struja moraju odgovarati parametrima komponenti.

 

2.3.4 Izlaz Karakteristike Zahtjevi

 

- Izlazni napon i frekvencija u skladu su s lokalnim standardima (npr. 220 V/50 Hz)

- Kvaliteta valnog oblika (po mogućnosti inverter s čistim sinusnim valom)

- Učinkovitost (visokokvalitetni inverteri imaju učinkovitost > 95%)

 

2.3.5 Zaštita Funkcije

 

- Osnovne zaštite kao što su prenapon, podnapon, preopterećenje, kratki spoj i pregrijavanje

- Za pretvarače spojene na mrežu potrebna je zaštita od efekta otočnog rada.

- Zaštita od povratnog ubrizgavanja (za hibridne sustave)

 

2.3.6 Okoliš Prilagodljivost

 

- Raspon radne temperature

- Stupanj zaštite (za vanjsku ugradnju potreban je IP65 ili viši)

- Prilagodljivost nadmorskoj visini

 

2.3.7 Certifikacija Zahtjevi

 

- Inverteri spojeni na mrežu moraju imati lokalne certifikate za priključak na mrežu (kao što su CQC u Kini, VDE-AR-N 4105 u EU itd.)

- Sigurnosni certifikati (kao što su UL, IEC, itd.)

 

2.4 Kako instalirati pretvarač

 

Ispravna instalacija pretvarača je od vitalne važnosti za njegove performanse i vijek trajanja:

 

2.4.1 Instalacija Mjesto Izbor

 

- Dobro prozračeno, izbjegavajući izravnu sunčevu svjetlost

- Temperatura okoline u rasponu od -25℃ do +60℃ (za detalje pogledajte specifikacije proizvoda)

- Suho i čisto, izbjegavajući prašinu i korozivne plinove

- Lokacija pogodna za rad i održavanje

- Što bliže baterijskom paketu (kako bi se smanjili gubici u liniji)

 

2.4.2 Mehanički Montaža

 

- Postavite pomoću zidnog nosača ili nosača kako biste osigurali stabilnost

- Držite vertikalno postavljeno za bolje odvođenje topline

- Ostavite dovoljno prostora okolo (obično više od 50 cm gore i dolje, te više od 30 cm s lijeve i desne strane)

 

2.4.3 Električni Veze

 

- Priključak na istosmjernu stranu:

- Provjerite ispravan polaritet (pozitivni i negativni terminali ne smiju biti obrnuti)

- Koristite kablove odgovarajućih specifikacija (obično 4-35 mm²)

- Preporučuje se ugradnja DC prekidača na pozitivni pol

 

- Priključak na strani izmjenične struje:

- Spojite prema L/N/PE

- Specifikacije kabela moraju ispunjavati trenutne zahtjeve

- Mora se ugraditi AC prekidač

 

- Uzemljenje:

- Osigurajte pouzdano uzemljenje (otpor uzemljenja

- Promjer uzemljujuće žice ne smije biti manji od promjera fazne žice

 

2.4.4 Sustav Konfiguracija

 

- Pretvarači spojeni na mrežu moraju biti opremljeni sukladnim uređajima za zaštitu mreže.

- Inverteri izvan mreže moraju biti konfigurirani s odgovarajućim baterijskim sklopovima.

- Postavite ispravne parametre sustava (napon, frekvenciju itd.)

 

2.4.5 Instalacija Mjere predostrožnosti

 

- Prije instalacije provjerite jesu li svi izvori napajanja isključeni

- Izbjegavajte polaganje istosmjernih i izmjeničnih vodova jedan pored drugog

- Odvojite komunikacijske vodove od električnih vodova

- Nakon instalacije provedite temeljit pregled prije uključivanja radi testiranja

 

2.4.6 Otklanjanje pogrešaka i Testiranje

 

- Izmjerite otpor izolacije prije uključivanja

- Postupno uključite napajanje i promatrajte proces pokretanja

- Provjerite funkcioniraju li različite zaštitne funkcije ispravno

- Mjerenje izlaznog napona, frekvencije i ostalih parametara

 

Poglavlje 3: Suradnja između SPD-a i invertera

 

3.1 Zašto the Treba li inverteru prenaponska zaštita?

 

Kao energetski elektronički uređaj, pretvarač je vrlo osjetljiv na fluktuacije napona i zahtijeva suradničku zaštitu prenaponske zaštite. Glavni razlozi za to uključuju:

 

3.1.1 Visoko Osjetljivost invertera

 

Inverter sadrži veliki broj preciznih poluvodičkih uređaja i upravljačkih krugova. Ove komponente imaju ograničenu toleranciju na prenapon i vrlo su osjetljive na oštećenja od prenapona.

 

3.1.2 Sustav Otvorenost

Istosmjerni i izmjenični vodovi u fotonaponskom sustavu obično su prilično dugi i djelomično izloženi vanjskom prostoru, što ih čini sklonijima udarima groma.

 

3.1.3 Dvostruki Rizici

Inverter nije izložen samo prijetnjama prenapona sa strane električne mreže, već može biti izložen i utjecajima prenapona sa strane fotonaponskog panela.

 

3.1.4 Ekonomski Gubitak

Inverteri su obično jedna od najskupljih komponenti u fotonaponskom sustavu. Njihovo oštećenje može dovesti do paralize sustava i visokih troškova popravka.

 

3.1.5 Sigurnost Rizik

Oštećenje pretvarača može dovesti do sekundarnih nezgoda poput strujnog udara i požara.

 

Prema statistikama, u fotonaponskim sustavima otprilike 35% kvarova pretvarača povezano je s električnim preopterećenjem, a većina njih može se izbjeći razumnim mjerama zaštite od prenapona.

 

3.2 Rješenje za integraciju sustava prenaponske zaštite i pretvarača

 

Kompletna shema zaštite od prenapona za fotonaponski sustav trebala bi uključivati ​​više razina zaštite:

 

3.2.1 Istosmjerna struja Strana Zaštita

 

- Ugradite namjenski DC SPD posebno za fotonaponske sustave unutar DC kombinirajuće kutije fotonaponskog niza.

- Ugradite DC SPD druge razine na DC ulazni kraj pretvarača.

- Zaštitite fotonaponske module i DC/DC dio pretvarača.

 

3.2.2 Komunikacijabočna zaštita

 

- Instalirajte AC SPD prve razine na AC izlazni kraj pretvarača

- Ugradite AC SPD druge razine na točki priključka na mrežu ili u razvodni ormar

- Zaštitite DC/AC dio pretvarača i sučelje s električnom mrežom

 

3.2.3 Signal Petlja Zaštita

 

- Instalirajte signalne SPD-ove za komunikacijske linije kao što su RS485 i Ethernet

- Zaštitite upravljačke krugove i nadzorne sustave

 

3.2.4 Jednako Potencijal Veza

 

- Provjerite jesu li svi SPD terminali za uzemljenje sigurno spojeni na uzemljenje sustava

- Smanjite razliku potencijala između sustava uzemljenja

 

3.3 Koordinirano obzir odabira i instalacije

 

Prilikom zajedničke primjene prenaponskih zaštita i pretvarača, pri odabiru i instalaciji potrebno je posebno uzeti u obzir sljedeće čimbenike:

 

3.3.1 Usklađivanje napona

 

- Vrijednost Uc DC SPD-a mora biti veća od maksimalnog napona otvorenog kruga fotonaponskog niza (uzimajući u obzir temperaturni koeficijent)

- Vrijednost Uc SPD-a na AC strani treba biti veća od maksimalnog kontinuiranog radnog napona električne mreže

- Vrijednost Up SPD-a treba biti niža od vrijednosti podnošljivog napona svakog priključka pretvarača.

 

3.3.2 Trenutni kapacitet

 

- Odaberite In i Imax SPD-a na temelju očekivane udarne struje na mjestu instalacije.

- Za istosmjernu stranu fotonaponskog sustava preporučuje se korištenje SPD-a s najmanje 20 kA (8/20 μs).

- Za AC stranu, odaberite SPD s 20-50kA, ovisno o lokaciji.

 

3.3.3 Koordinacija i suradnja

 

- Treba postojati odgovarajuće energetsko usklađivanje (udaljenost ili razdvajanje) između više SPD-ova.

- Osigurajte da SPD-ovi blizu pretvarača ne podnose sami svu energiju udarnog prenapona.

- Vrijednosti "Up" svake razine SPD-a trebaju formirati gradijent (obično je gornja razina 20% ili više viša od donje razine).

 

3.3.4 Posebno Zahtjevi

 

- Fotonaponski DC SPD mora imati zaštitu od obrnutog spoja.

- Razmotrite dvosmjernu prenaponsku zaštitu (prenaponi se mogu pojaviti i sa strane mreže i sa strane fotonaponskog sustava).

- Odaberite SPD-ove s visokotemperaturnim mogućnostima za upotrebu u okruženjima s visokim temperaturama.

 

3.3.5 Instalacija Savjeti

 

- SPD treba postaviti što bliže zaštićenom priključku (DC/AC terminali pretvarača)

- Priključni kabeli trebaju biti što kraći i ravniji kako bi se smanjila induktivnost vodova

- Osigurajte da sustav uzemljenja ima nisku impedanciju

- Izbjegavajte stvaranje petlje u vodovima između SPD-a i pretvarača

 

3.4 Održavanje i rješavanje problema

 

Točke održavanja za koordinirani sustav prenaponskih zaštita i pretvarača:

 

3.4.1 Redovno inspekcija

 

- Mjesečno vizualno pregledavajte indikator statusa SPD-a.

- Provjeravajte nepropusnost spoja svaka tri mjeseca.

- Otpor uzemljenja mjerite jednom godišnje.

- Odmah pregledajte nakon udara groma.

 

3.4.2 Uobičajeno rješavanje problema

 

- Česti rad SPD-a: Provjerite je li napon sustava stabilan i je li model SPD-a odgovarajući.

- Kvar SPD-a: Provjerite je li prednji zaštitni uređaj kompatibilan i prelazi li prenapon kapacitet SPD-a.

- Inverter je i dalje oštećen: Provjerite je li položaj ugradnje SPD-a odgovarajući i je li priključak ispravan.

- Lažni alarm: Provjerite kompatibilnost između SPD-a i pretvarača te je li uzemljenje ispravno.

 

3.4.3 Zamjena Standardi

 

- Indikator statusa pokazuje kvar

- Izgled pokazuje očita oštećenja (kao što su paljenje, pucanje itd.)

- Doživljavanje prenapona koji prelazi nazivnu vrijednost

- Dosezanje preporučenog vijeka trajanja od strane proizvođača (obično 8-10 godina)

 

3.4.4 Sustav Optimizacija

 

- Prilagodite konfiguraciju SPD-a na temelju operativnog iskustva

- Primjena novih tehnologija (kao što je inteligentni SPD nadzor)

- Povećajte zaštitu u skladu s tim tijekom proširenja sustava

 

Poglavlje 4: Budućnost Trendovi razvoja

 

Razvojem tehnologije Interneta stvari, inteligentni SPD-ovi postat će trend:

 

4.1 Inteligentni prenapon zaštita tehnologija

Razvojem tehnologije Interneta stvari, inteligentni SPD-ovi postat će trend:

- Praćenje statusa SPD-a i preostalog vijeka trajanja u stvarnom vremenu

- Bilježenje broja i energije prenaponskih događaja

- Daljinski alarm i dijagnoza

- Integracija sa sustavima za nadzor invertera

 

4.2 Viša performanse zaštitni uređaji

 

Nove vrste zaštitnih uređaja su u razvoju:

- Uređaji za zaštitu u čvrstom stanju s bržim vremenom odziva

- Kompozitni materijali s većim kapacitetom apsorpcije energije

- Samopopravljajući zaštitni uređaji

- Moduli koji integriraju više zaštita kao što su zaštita od prenapona, prekomjerne struje i pregrijavanja

 

4.3 Sustav-razina rješenje za kolaborativnu zaštitu

 

Budući smjer razvoja je evolucija od zaštite jednog uređaja do kolaborativne zaštite na razini sustava:

- Koordinirana suradnja između SPD-a i ugrađene zaštite pretvarača

- Prilagođene sheme zaštite temeljene na karakteristikama sustava

- Strategije dinamičke zaštite uzimajući u obzir utjecaj interakcije mreže

- Prediktivna zaštita u kombinaciji s AI algoritmima

 

Zaključak

 

Koordinirani rad prenaponskih zaštita i pretvarača ključno je jamstvo sigurnog rada modernih elektroenergetskih sustava. Znanstvenim odabirom, standardiziranom instalacijom i sveobuhvatnom integracijom sustava, rizik od prenapona može se svesti na najmanju moguću mjeru, produžiti vijek trajanja opreme i poboljšati pouzdanost sustava. S napretkom tehnologije, suradnja između njih dvoje postat će inteligentnija i učinkovitija, pružajući jaču zaštitnu podršku za razvoj čiste energije i primjenu energetske elektroničke opreme.

 

Za projektante sustava i osoblje za instalaciju/održavanje, temeljito razumijevanje principa rada prenaponskih zaštita i pretvarača, kao i ključnih točaka njihove koordinacije, pomoći će u dizajniranju optimiziranijih rješenja i stvaranju veće vrijednosti za korisnike. U današnjem dobu energetske tranzicije i ubrzane elektrifikacije, ovo zajedničko razmišljanje o zaštiti na više uređaja posebno je važno.