Επιλογή και Σχεδιασμός Διατάξεων Ασφαλείας σε Φωτοβολταϊκά Συστήματα

Οι σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής εγκαθίστανται γενικά στην έρημο ή στην οροφή και τα εξαρτήματα πρέπει να εγκατασταθούν στην ύπαιθρο. Το φυσικό περιβάλλον είναι σκληρό και οι φυσικές και ανθρωπογενείς καταστροφές είναι αναπόφευκτες. Φυσικές καταστροφές όπως τυφώνες, χιονοθύελλες και άμμος και σκόνη θα καταστρέψουν τον εξοπλισμό. Η ασφάλεια του ηλεκτρικού σταθμού είναι πολύ σημαντική. Είτε πρόκειται για ένα κατανεμημένο μικρό σταθμό ηλεκτροπαραγωγής είτε για έναν κεντρικό επίγειο σταθμό ηλεκτροπαραγωγής μεγάλης κλίμακας, υπάρχουν ορισμένοι κίνδυνοι. Επομένως, ο εξοπλισμός πρέπει να είναι εξοπλισμένος με ειδικές διατάξεις ασφαλείας, όπως ασφάλειες και συσκευές αντικεραυνικής προστασίας. , Να προστατεύετε πάντα την ασφάλεια του σταθμού παραγωγής ενέργειας.

1. Ασφάλεια
Η ασφάλεια CHYT είναι ένα προστατευτικό ρεύματος κατασκευασμένο σύμφωνα με την αρχή της διακοπής του κυκλώματος με τήξη του τήγματος με τη θερμότητα που παράγεται από μόνο του αφού το ρεύμα υπερβεί την καθορισμένη τιμή για ένα ορισμένο χρονικό διάστημα. Οι ασφάλειες χρησιμοποιούνται ευρέως σε συστήματα διανομής ισχύος χαμηλής τάσης, συστήματα ελέγχου και ηλεκτρικό εξοπλισμό. Ως προστασία από βραχυκύκλωμα και υπερβολικό ρεύμα, οι ασφάλειες είναι μία από τις πιο συχνά χρησιμοποιούμενες συσκευές προστασίας. Οι ασφάλειες των φωτοβολταϊκών σταθμών χωρίζονται σε ασφάλειες συνεχούς ρεύματος και ασφάλειες εναλλασσόμενου ρεύματος.
Η πλευρά DC του φωτοβολταϊκού σταθμού συνδέει πολλαπλές στοιχειοσειρές παράλληλα με τη γραμμή διαύλου DC του κιβωτίου συνδυασμού DC (κεντρικό σχήμα) ή τον μετατροπέα στοιχειοσειρών (σχήμα μετατροπέα στοιχειοσειράς) σύμφωνα με τη διαμόρφωση του σχήματος. Όταν πολλές φωτοβολταϊκές σειρές συνδέονται παράλληλα, εάν παρουσιαστεί σφάλμα βραχυκυκλώματος σε μια συγκεκριμένη στοιχειοσειρά, οι άλλες στοιχειοσειρές στο δίαυλο DC και στο δίκτυο θα παρέχουν ρεύμα βραχυκυκλώματος στο σημείο βραχυκυκλώματος. Εάν λείπουν τα αντίστοιχα προστατευτικά μέτρα, θα οδηγήσει σε καύση εξοπλισμού όπως καλώδια που συνδέονται με αυτόν. Ταυτόχρονα, μπορεί να προκαλέσει κάψιμο εξαρτημάτων κοντά στον εξοπλισμό. Επί του παρόντος, υπάρχουν πολλά παρόμοια ατυχήματα πυρκαγιάς από φωτοβολταϊκά στέγη στην Κίνα, επομένως είναι απαραίτητο να εγκατασταθούν προστατευτικές διατάξεις στα παράλληλα κυκλώματα κάθε στοιχειοσειράς για την ενίσχυση της ασφάλειας των φωτοβολταϊκών σταθμών παραγωγής ενέργειας.

Επί του παρόντος, οι ασφάλειες DC χρησιμοποιούνται σε κιβώτια συνδυασμού και μετατροπείς για προστασία από υπερένταση. Οι κύριοι κατασκευαστές μετατροπέων θεωρούν επίσης τις ασφάλειες ως τα βασικά στοιχεία της προστασίας DC. Ταυτόχρονα, κατασκευαστές ασφαλειών όπως η Bussman και η Littelfuse έχουν επίσης λανσάρει ασφάλειες DC ειδικά για φωτοβολταϊκά.
Με την αυξανόμενη ζήτηση για ασφάλειες συνεχούς ρεύματος στη βιομηχανία φωτοβολταϊκών, ο τρόπος σωστής επιλογής των ασφαλειών DC για αποτελεσματική προστασία είναι ένα πρόβλημα που τόσο οι χρήστες όσο και οι κατασκευαστές πρέπει να δώσουν ιδιαίτερη προσοχή. Όταν επιλέγετε ασφάλειες DC, δεν μπορείτε απλώς να αντιγράψετε ασφάλειες AC. Οι ηλεκτρικές προδιαγραφές και οι δομικές διαστάσεις, επειδή υπάρχουν πολλές διαφορετικές τεχνικές προδιαγραφές και σχεδιαστικές έννοιες μεταξύ των δύο, σχετίζονται με τη συνολική εξέταση του κατά πόσον το ρεύμα σφάλματος μπορεί να σπάσει με ασφάλεια και αξιοπιστία χωρίς ατυχήματα.
1) Δεδομένου ότι το ρεύμα συνεχούς ρεύματος δεν έχει σημείο διέλευσης ρεύματος μηδέν, όταν σπάσει το ρεύμα σφάλματος, το τόξο μπορεί να σβήσει γρήγορα μόνο του υπό την επίδραση της εξαναγκασμένης ψύξης του πληρωτικού χαλαζιακής άμμου, που είναι πολύ πιο δύσκολο από το σπάσιμο του AC τόξο. Ο λογικός σχεδιασμός και η μέθοδος συγκόλλησης του τσιπ, η καθαρότητα και η αναλογία μεγέθους σωματιδίων της χαλαζιακής άμμου, το σημείο τήξης, η μέθοδος σκλήρυνσης και άλλοι παράγοντες καθορίζουν την αποτελεσματικότητα και την επίδραση στην αναγκαστική κατάσβεση του τόξου συνεχούς ρεύματος.
2) Κάτω από την ίδια ονομαστική τάση, η ενέργεια τόξου που παράγεται από το τόξο συνεχούς ρεύματος είναι μεγαλύτερη από τη διπλάσια από την ενέργεια τόξου AC. Προκειμένου να διασφαλιστεί ότι κάθε τμήμα του τόξου μπορεί να περιοριστεί σε ελεγχόμενη απόσταση και να σβήσει γρήγορα ταυτόχρονα, δεν θα εμφανιστεί κανένα τμήμα Το τόξο συνδέεται απευθείας σε σειρά για να προκαλέσει μια τεράστια δεξαμενή ενέργειας, με αποτέλεσμα ένα ατύχημα στην ασφάλεια εκρήξεις λόγω του συνεχούς τόξου ο χρόνος είναι πολύ μεγάλος. Το σώμα του σωλήνα της ασφάλειας DC είναι γενικά μακρύτερο από την ασφάλεια AC, διαφορετικά το μέγεθος δεν μπορεί να φανεί σε κανονική χρήση. Η διαφορά, όταν συμβεί το ρεύμα σφάλματος, θα έχει σοβαρές συνέπειες.
3) Σύμφωνα με τα συνιστώμενα δεδομένα του Διεθνούς Οργανισμού Τεχνολογίας Ασφαλειών, το μήκος του σώματος της ασφάλειας θα πρέπει να αυξάνεται κατά 10mm για κάθε αύξηση τάσης 150V DC κ.ο.κ. Όταν η τάση DC είναι 1000 V, το μήκος του σώματος πρέπει να είναι 70 mm.
4) Όταν η ασφάλεια χρησιμοποιείται στο κύκλωμα συνεχούς ρεύματος, πρέπει να ληφθεί υπόψη η σύνθετη επίδραση της επαγωγής και της ενέργειας χωρητικότητας. Επομένως, η χρονική σταθερά L/R είναι μια σημαντική παράμετρος που δεν μπορεί να αγνοηθεί. Θα πρέπει να προσδιορίζεται ανάλογα με την εμφάνιση και το ρυθμό αποσύνθεσης του ρεύματος σφάλματος βραχυκυκλώματος του συγκεκριμένου συστήματος γραμμής. Η ακριβής αξιολόγηση δεν σημαίνει ότι μπορείτε να επιλέξετε μια κύρια ή μια δευτερεύουσα κατά βούληση. Δεδομένου ότι η σταθερά χρόνου L/R της ασφάλειας DC καθορίζει την ενέργεια του τόξου θραύσης, το χρόνο θραύσης και την τάση διέλευσης, το πάχος και το μήκος του σώματος του σωλήνα πρέπει να επιλέγονται εύλογα και με ασφάλεια.
Ασφάλεια εναλλασσόμενου ρεύματος: Στο άκρο εξόδου του μετατροπέα εκτός δικτύου ή στο άκρο εισόδου του εσωτερικού τροφοδοτικού του κεντρικού μετατροπέα, θα πρέπει να σχεδιαστεί και να εγκατασταθεί μια ασφάλεια εναλλασσόμενου ρεύματος για να αποτρέψει το φορτίο από υπερένταση ή βραχυκύκλωμα.

2. Αλεξικέραυνο
Το κύριο μέρος του φωτοβολταϊκού συστήματος είναι εγκατεστημένο στην ύπαιθρο και ο χώρος διανομής είναι σχετικά μεγάλος. Τα εξαρτήματα και τα στηρίγματα είναι αγωγοί, οι οποίοι είναι αρκετά ελκυστικοί στον κεραυνό, επομένως υπάρχει κίνδυνος άμεσου και έμμεσου κεραυνού. Ταυτόχρονα, το σύστημα συνδέεται απευθείας με σχετικό ηλεκτρικό εξοπλισμό και κτίρια, επομένως οι κεραυνοί στο φωτοβολταϊκό σύστημα θα περιλαμβάνουν επίσης σχετικό εξοπλισμό, κτίρια και ηλεκτρικά φορτία. Προκειμένου να αποφευχθεί η ζημιά από κεραυνούς στο σύστημα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας από φωτοβολταϊκά, είναι απαραίτητο να δημιουργηθεί ένα σύστημα αντικεραυνικής προστασίας και γείωσης για προστασία.
Ο κεραυνός είναι ένα φαινόμενο ηλεκτρικής εκκένωσης στην ατμόσφαιρα. Κατά το σχηματισμό του σύννεφου και της βροχής, ορισμένα μέρη του συσσωρεύουν θετικά φορτία και το άλλο μέρος συσσωρεύει αρνητικά φορτία. Όταν αυτά τα φορτία συσσωρεύονται σε κάποιο βαθμό, θα συμβεί ένα φαινόμενο εκφόρτισης, σχηματίζοντας κεραυνό. Οι κεραυνοί χωρίζονται σε άμεσους κεραυνούς και επαγωγικούς κεραυνούς. Οι άμεσοι κεραυνοί αναφέρονται σε κεραυνούς που πέφτουν απευθείας σε φωτοβολταϊκές συστοιχίες, συστήματα διανομής ρεύματος συνεχούς ρεύματος, ηλεκτρικό εξοπλισμό και την καλωδίωση τους, καθώς και σε κοντινές περιοχές. Υπάρχουν δύο τρόποι εισβολής απευθείας κεραυνών: ο ένας είναι η προαναφερθείσα άμεση εκφόρτιση φωτοβολταϊκών συστοιχιών κ.λπ., έτσι ώστε το μεγαλύτερο μέρος του ρεύματος κεραυνού υψηλής ενέργειας να εισάγεται σε κτίρια ή εξοπλισμό, γραμμές. το άλλο είναι ότι ο κεραυνός μπορεί να περάσει απευθείας μέσα από αλεξικέραυνα κ.λπ. Η συσκευή που μεταδίδει το ρεύμα αστραπής στο έδαφος εκκενώνεται, προκαλώντας τη στιγμιαία άνοδο του δυναμικού γείωσης και ένα μεγάλο μέρος του ρεύματος κεραυνού συνδέεται αντίστροφα με τον εξοπλισμό και τις γραμμές μέσω του προστατευτικού καλωδίου γείωσης.

Ο επαγωγικός κεραυνός αναφέρεται σε κεραυνούς που δημιουργούνται κοντά και πιο μακριά από σχετικά κτίρια, εξοπλισμό και γραμμές, προκαλώντας υπέρταση των σχετικών κτιρίων, εξοπλισμού και γραμμών. Αυτή η υπέρταση υπερτάσεως συνδέεται σε σειρά μέσω ηλεκτροστατικής επαγωγής ή ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής. σε σχετικό ηλεκτρονικό εξοπλισμό και γραμμές, προκαλώντας βλάβη σε εξοπλισμό και γραμμές.
Για μεγάλης κλίμακας ή φωτοβολταϊκά συστήματα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας που είναι εγκατεστημένα σε ανοιχτά πεδία και ψηλά βουνά, ειδικά σε περιοχές επιρρεπείς σε κεραυνούς, πρέπει να είναι εξοπλισμένες συσκευές γείωσης αντικεραυνικής προστασίας.
Η συσκευή προστασίας από υπερτάσεις (Surge protection Device) είναι μια απαραίτητη συσκευή στην αντικεραυνική προστασία ηλεκτρονικού εξοπλισμού. Παλαιότερα ονομαζόταν «αλεξικέραυνος» ή «προστάτης υπέρτασης». Η αγγλική συντομογραφία είναι SPD. Η λειτουργία του προστατευτικού υπέρτασης είναι να περιορίζει τη στιγμιαία υπέρταση που εισέρχεται στη γραμμή ισχύος και στη γραμμή μετάδοσης σήματος εντός του εύρους τάσης που μπορεί να αντέξει ο εξοπλισμός ή το σύστημα ή να διαρρέει το ισχυρό ρεύμα κεραυνού στο έδαφος, έτσι ώστε να προστατεύεται το προστατευμένο εξοπλισμό ή σύστημα από ζημιά. Ζημιά από κρούση. Ακολουθεί μια περιγραφή των κύριων τεχνικών παραμέτρων των απαγωγέων που χρησιμοποιούνται συνήθως στα φωτοβολταϊκά συστήματα παραγωγής ενέργειας.

(1) Μέγιστη συνεχής τάση λειτουργίας Ucpv: Αυτή η τιμή τάσης υποδεικνύει τη μέγιστη τάση που μπορεί να εφαρμοστεί στον απαγωγέα. Κάτω από αυτήν την τάση, ο απαγωγέας πρέπει να μπορεί να λειτουργεί κανονικά χωρίς βλάβη. Ταυτόχρονα, η τάση φορτώνεται συνεχώς στον απαγωγέα χωρίς να αλλάζει τα χαρακτηριστικά λειτουργίας του απαγωγέα.
(2) Ονομαστικό ρεύμα εκφόρτισης (In): Ονομάζεται επίσης ονομαστικό ρεύμα εκφόρτισης, το οποίο αναφέρεται στην τρέχουσα τιμή κορυφής της κυματομορφής του ρεύματος κεραυνού 8/20μs που μπορεί να αντέξει ο απαγωγέας.
(3) Μέγιστο ρεύμα εκφόρτισης Imax: Όταν ένα τυπικό κύμα κεραυνού με κυματομορφή 8/20ms εφαρμόζεται στο προστατευτικό μία φορά, η μέγιστη τιμή κορυφής του ρεύματος κρούσης που μπορεί να αντέξει το προστατευτικό.
(4) Επίπεδο προστασίας τάσης Up(In): Η μέγιστη τιμή του προστατευτικού στις ακόλουθες δοκιμές: η τάση αναστροφής με κλίση 1KV/ms. την υπολειπόμενη τάση του ονομαστικού ρεύματος εκφόρτισης.
Το προστατευτικό υπέρτασης χρησιμοποιεί ένα βαρίστορ με εξαιρετικά μη γραμμικά χαρακτηριστικά. Υπό κανονικές συνθήκες, το προστατευτικό υπερτάσεων βρίσκεται σε κατάσταση εξαιρετικά υψηλής αντίστασης και το ρεύμα διαρροής είναι σχεδόν μηδενικό, διασφαλίζοντας την κανονική τροφοδοσία του συστήματος ισχύος. Όταν συμβεί υπέρταση στο σύστημα ισχύος, το προστατευτικό υπέρτασης θα ενεργοποιηθεί αμέσως μέσα σε νανοδευτερόλεπτα για να περιοριστεί το μέγεθος της υπέρτασης εντός του ασφαλούς εύρους εργασίας του εξοπλισμού. Ταυτόχρονα απελευθερώνεται η ενέργεια της υπέρτασης. Στη συνέχεια, το προστατευτικό αλλάζει γρήγορα σε κατάσταση υψηλής σύνθετης αντίστασης, με αποτέλεσμα να μην επηρεάζεται η κανονική παροχή ρεύματος του συστήματος ισχύος.

Εκτός από το ότι ο κεραυνός μπορεί να δημιουργήσει υπερτάση και ρεύμα, θα συμβεί επίσης τη στιγμή του κλεισίματος και της αποσύνδεσης του κυκλώματος υψηλής ισχύος, τη στιγμή της ενεργοποίησης ή απενεργοποίησης του επαγωγικού φορτίου και του χωρητικού φορτίου και την αποσύνδεση μεγάλου συστήματος ισχύος ή μετασχηματιστής. Η μεγάλη υπερτάση και το ρεύμα μεταγωγής θα προκαλέσουν επίσης βλάβη στον σχετικό εξοπλισμό και τις γραμμές. Προκειμένου να αποφευχθεί η επαγωγή κεραυνού, προστίθεται ένα βαρίστορ στο άκρο εισόδου DC του μετατροπέα χαμηλής ισχύος. Το μέγιστο ρεύμα εκφόρτισης μπορεί να φτάσει τα 10kVA, το οποίο μπορεί βασικά να καλύψει τις ανάγκες των οικιακών φωτοβολταϊκών συστημάτων αντικεραυνικής προστασίας.