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

Fotonaponski (PV) sistemi za proizvodnju energije ključni su izvor obnovljive energije i ekonomski su vrlo konkurentni u usporedbi s tradicionalnom proizvodnjom energije. Mali distribuirani PV sistemi, poput krovnih solarnih panela, postaju sve popularniji. Krovni PV sistemi uključuju distribuciju i AC i DC struje s naponima koji dosežu i do 1500 V. DC strana, posebno PV paneli, mogu biti direktno izloženi udarima groma u područjima visokog rizika, što ih čini osjetljivima na oštećenja od groma.

Zaštita od groma za zgrade dijeli se na vanjsku zaštitu (Sistem zaštite od groma, LPS) i unutrašnju zaštitu (Mjere zaštite od prenapona, SPM), na osnovu rizika od groma. Uređaji za zaštitu od prenapona (SPD), kao dio unutrašnje zaštite, štite od prolaznih prenapona uzrokovanih atmosferskim gromovima ili preklopnim operacijama. SPD-ovi se instaliraju izvan zaštićene opreme i uglavnom funkcioniraju na sljedeći način: kada nema prenapona u elektroenergetskom sistemu, SPD ne utječe značajno na normalan rad sistema koji štiti. Kada dođe do prenapona, SPD nudi nisku impedansu, preusmjeravajući prenaponsku struju kroz sebe i ograničavajući napon na siguran nivo. Nakon što prenapon prođe i svaka preostala struja se ugasi, SPD se vraća u stanje visoke impedanse.

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

Lokacija instalacije SPD-ova određuje se prema stepenu prijetnje od udara groma i na osnovu koncepta Zona zaštite od udara groma (LPZ) u IEC 62305. Tranzijentni prenaponi se progresivno smanjuju na siguran nivo, koji mora biti ispod podnošljivog napona zaštićene opreme. Kao što je prikazano na slici, SPD-ovi se instaliraju na granicama ovih zona, što dovodi do koncepta višeslojne prenaponske zaštite koja se koristi u niskonaponskim sistemima. Kod PV sistema, fokus je na sprečavanju ulaska prenapona groma kroz AC i DC stranu, čime se štite kritične komponente kao što su pretvarači.

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

Prema IEC 61643-11, SPD-ovi se klasificiraju u tri ispitne kategorije na osnovu vrste impulsa struje groma koji su dizajnirani da izdrže. Ispitivanja tipa I (označena kao T1) namijenjena su simuliranju djelimičnih struja groma koje se mogu provesti u zgradu. Ova ispitivanja koriste talasni 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 ovaj nivo su obično tipa sa prebacivanjem napona, sa komponentama poput plinskih cijevi za pražnjenje ili iskrišta (npr. iskrišta u obliku trubki ili grafitna iskrišta).

Testovi tipa II (T2) i tipa III (T3) koriste impulse kraćeg trajanja. SPD-ovi tipa II su obično uređaji za ograničavanje napona koji koriste komponente kao što su metal-oksidni varistori (MOV). Testiraju se nominalnom strujom pražnjenja koristeći strujni talasni oblik od 8/20 µs (vidi sliku ispod) i odgovorni su za daljnje ograničavanje preostalog prenapona koji dolazi iz uzvodnog zaštitnog uređaja. Testovi tipa III koriste generator kombinovanih talasa sa naponskim impulsom od 1,2/50 µs i strujnim impulsom od 8/20 µs (vidi sliku ispod), simulirajući prenapone bliže opremi krajnje upotrebe.

3. Vrsta povezivanja 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 provodnika pod naponom i PE (zaštitnog uzemljenja). Udari groma, na primjer, mogu u sistem unijeti visoke napone u odnosu na uzemljenje. Zaštita od uobičajenog napona pomaže u ublažavanju utjecaja takvih vanjskih poremećaja, poput munje, kao što je ilustrovano u nastavku.

Druga je diferencijalna zaštita (CT2), koja štiti od prenapona između linijskog provodnika (L) i neutralnog provodnika (N). Ova vrsta zaštite je posebno važna za rješavanje unutrašnjih poremećaja, kao što su električni šum ili smetnje generirane unutar samog sistema, kao što je prikazano na dijagramu ispod.

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

Važno je napomenuti da odabir SPD načina zaštite treba biti usklađen s postojećim sistemom uzemljenja. Za TN sisteme mogu se koristiti i CT1 i CT2 načini zaštite. Međutim, u TT sistemima, CT1 se može primijeniti samo nizvodno od RCD-a. U IT sistemima - posebno onima bez neutralnog provodnika - CT2 zaštita nije primjenjiva. Ovo je ključno razmatranje u DC distribucijskim sistemima koji koriste IT konfiguracije uzemljenja. Detalji se mogu pronaći u tabeli ispod.

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

Prema međunarodnom standardu IEC 61643-11, definirane su karakteristike i ispitivanja SPD-ova spojenih na niskonaponske distribucijske sisteme, kao što je prikazano na slici 7.

(1) Nivo naponske zaštite (gore)

Najvažniji aspekt pri odabiru SPD-a je njegov nivo naponske zaštite (Up), koji karakterizira performanse SPD-a u ograničavanju napona između terminala. Ova vrijednost treba biti veća od maksimalnog napona stezanja. Dostiže se kada struja koja teče kroz SPD postane jednaka nominalnoj struji pražnjenja In. Odabrani nivo naponske zaštite mora biti niži od impulsnog napona otpornosti opterećenja Uw. U slučaju udara groma, napon na terminalima SPD-a se uglavnom održava ispod Up. Kod PV DC sistema, opterećenje se obično odnosi na PV module i invertere.

(2) Maksimalni kontinuirani radni napon (Uc)

Uc je maksimalni DC napon koji se može kontinuirano primjenjivati ​​na SPD zaštitni režim. Odabire se na osnovu nazivnog napona i konfiguracije uzemljenja sistema i služi kao prag aktivacije SPD-a. Za DC stranu PV sistema, Uc treba biti veći ili jednak Uoc Max PV niza. Uoc Max se odnosi na najviši napon otvorenog kola između faznih terminala i između faznog terminala i uzemljenja na određenoj tački PV niza.

(3) Nominalna struja pražnjenja (In)

Ovo je vršna vrijednost struje valnog oblika od 8/20 μs koja teče kroz SPD, a koristi se za testove tipa II i za testove 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 duži vijek trajanja SPD-a, ali se povećava i cijena.

(4) Impulsna struja (Iimp)

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