Fotovoltaik Sistemlerde Güvenlik Cihazlarının Seçimi ve Tasarımı

Elektrik santralleri genellikle vahşi doğada veya çatıda kurulur ve bileşenlerin açık havada kurulması gerekir. Doğal ortam zorludur ve doğal ve insan kaynaklı felaketler kaçınılmazdır. Tayfun, kar fırtınası, kum ve toz gibi doğal afetler ekipmana zarar verecektir. Santralin güvenliği çok önemlidir. İster dağıtılmış küçük bir elektrik santrali ister merkezi büyük ölçekli bir yer elektrik santrali olsun, belirli riskler vardır. Bu nedenle ekipmanın sigortalar ve yıldırımdan korunma cihazları gibi özel güvenlik cihazlarıyla donatılması gerekir. , Elektrik santralinin güvenliğini her zaman koruyun.

1. Sigorta
CHYT sigorta, akımın belirli bir süre belirlenen değeri aşması sonrasında eriyiği kendi ürettiği ısı ile eriterek devreyi kesme prensibine göre yapılmış bir akım koruyucudur. Sigortalar alçak gerilim güç dağıtım sistemlerinde, kontrol sistemlerinde ve elektrikli ekipmanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Kısa devre ve aşırı akım koruması olarak sigortalar en sık kullanılan koruma cihazlarından biridir. Fotovoltaik enerji santrallerinin sigortaları DC sigortalar ve AC sigortalar olarak ikiye ayrılır.
Fotovoltaik güç istasyonunun DC tarafı, şemanın konfigürasyonuna göre birden fazla diziyi DC birleştirici kutusunun (merkezi şema) veya dizi invertörünün (dizi invertör şeması) DC barasına paralel olarak bağlar. Birkaç fotovoltaik dizi paralel olarak bağlandığında, belirli bir dizide kısa devre arızası meydana gelirse, DC baradaki ve şebekedeki diğer diziler kısa devre noktasına kısa devre akımı sağlayacaktır. İlgili koruyucu önlemlerin alınmaması, kendisine bağlı kablolar gibi ekipmanların yanmasına yol açacaktır. Aynı zamanda ekipmanın yakınındaki ataşmanların yanmasına da neden olabilir. Şu anda Çin'de birçok benzer çatı fotovoltaik yangın kazası mevcut, bu nedenle fotovoltaik enerji santrallerinin güvenliğini artırmak için her dizinin paralel devrelerine koruyucu cihazlar kurmak gerekiyor.

Günümüzde aşırı akım koruması için birleştirici kutularda ve invertörlerde DC sigortalar kullanılmaktadır. Ana akım invertör üreticileri ayrıca sigortaları DC korumasının temel bileşenleri olarak kabul eder. Aynı zamanda Bussman ve Littelfuse gibi sigorta üreticileri de fotovoltaiğe özel DC sigortaları piyasaya sürdü.
Fotovoltaik endüstrisinde DC sigortalara olan talebin artmasıyla birlikte, etkili koruma için DC sigortaların doğru şekilde nasıl seçileceği, hem kullanıcıların hem de üreticilerin çok dikkat etmesi gereken bir sorundur. DC sigortaları seçerken AC sigortalarını kolayca kopyalayamazsınız. Elektriksel özellikler ve yapısal boyutlar, ikisi arasında birçok farklı teknik özellik ve tasarım konsepti bulunduğundan, arıza akımının güvenli ve güvenilir bir şekilde kaza olmadan kesilip kesilemeyeceğinin kapsamlı olarak değerlendirilmesiyle ilgilidir.
1) DC akımının sıfır geçiş noktası olmadığından, arıza akımını keserken ark yalnızca kuvars kumu dolgusunun zorla soğutulması etkisi altında kendiliğinden hızlı bir şekilde söndürülebilir; bu, arkın kırılmasından çok daha zordur. AC ark. Çipin makul tasarımı ve kaynak yöntemi, kuvars kumunun saflığı ve parçacık boyutu oranı, erime noktası, kürleme yöntemi ve diğer faktörlerin tümü, DC arkının zorla söndürülmesindeki verimliliği ve etkiyi belirler.
2) Aynı nominal gerilim altında, DC ark tarafından üretilen ark enerjisi, AC ark enerjisinin iki katından fazladır. Arkın her bölümünün kontrol edilebilir bir mesafeyle sınırlanabilmesini ve aynı anda hızlı bir şekilde söndürülebilmesini sağlamak için hiçbir bölüm görünmeyecek Ark, büyük bir enerji havuzuna neden olacak şekilde doğrudan seri olarak bağlanır, bu da sigortanın atması ile sonuçlanan bir kazaya neden olur. Sürekli ark süresi nedeniyle patlamalar çok uzun. DC sigortanın tüp gövdesi genellikle AC sigortadan daha uzundur, aksi takdirde normal kullanımda boyutu görülemez. Arıza akımı oluştuğunda fark ciddi sonuçlar doğuracaktır.
3) Uluslararası Sigorta Teknolojisi Organizasyonu'nun tavsiye ettiği verilere göre sigorta gövdesinin uzunluğu her 150V DC gerilim artışında 10mm artırılmalı vb. DC voltajı 1000V olduğunda gövde uzunluğu 70mm olmalıdır.
4) Sigorta DC devresinde kullanıldığında, endüktans ve kapasitans enerjisinin karmaşık etkisi dikkate alınmalıdır. Bu nedenle zaman sabiti L/R göz ardı edilemeyecek önemli bir parametredir. Belirli hat sistemine ait kısa devre arıza akımının oluşma ve azalma oranına göre belirlenmelidir. Doğru değerlendirme, kendi isteğinize göre ana dal veya yan dal seçebileceğiniz anlamına gelmez. DC sigortasının sol/sağ zaman sabiti ark kesme enerjisini, kesme süresini ve geçiş voltajını belirlediğinden, tüp gövdesinin kalınlığı ve uzunluğu makul ve güvenli bir şekilde seçilmelidir.
AC sigortası: Şebekeden bağımsız invertörün çıkış ucunda veya merkezi invertörün dahili güç kaynağının giriş ucunda, yükün aşırı akım veya kısa devre yapmasını önlemek için bir AC sigortası tasarlanmalı ve takılmalıdır.

2. Yıldırımdan koruyucu
Fotovoltaik sistemin ana kısmı açık havaya kuruludur ve dağıtım alanı nispeten büyüktür. Bileşenler ve destekler, yıldırıma karşı oldukça çekici olan iletkenlerdir, dolayısıyla doğrudan ve dolaylı yıldırım çarpması tehlikesi vardır. Aynı zamanda sistem ilgili elektrikli ekipman ve binalara doğrudan bağlı olduğundan fotovoltaik sisteme düşen yıldırımlar ilgili ekipmanı, binaları ve elektrik yüklerini de etkileyecektir. Fotovoltaik enerji üretim sisteminin yıldırımdan zarar görmemesi için yıldırımdan korunma ve koruma amaçlı topraklama sisteminin kurulması gerekmektedir.
Yıldırım, atmosferdeki elektriksel boşalma olayıdır. Bulut ve yağmur oluşumu sırasında bir kısmı pozitif yük biriktirirken diğer kısmı negatif yük biriktirir. Bu yükler belirli bir seviyeye kadar biriktiğinde, yıldırım oluşturan bir deşarj olgusu meydana gelecektir. Yıldırım, doğrudan yıldırım ve indüksiyonlu yıldırım olarak ikiye ayrılır. Doğrudan yıldırım çarpması, fotovoltaik dizilere, DC güç dağıtım sistemlerine, elektrikli ekipmanlara ve bunların kablolarına ve ayrıca yakındaki alanlara doğrudan düşen yıldırım çarpmalarını ifade eder. Doğrudan yıldırım çarpmasının iki yolu vardır: birincisi yukarıda bahsedilen fotovoltaik dizilerin vb. doğrudan deşarjıdır, böylece yüksek enerjili yıldırım akımının çoğu binalara veya ekipmana, hatlara verilir; diğeri ise yıldırımın doğrudan paratoner vb. içinden geçebilmesidir. Yıldırım akımını toprağa ileten cihaz boşalarak toprak potansiyelinin anlık olarak yükselmesine neden olur ve yıldırım akımının büyük bir kısmı ekipman ve hatlara ters olarak bağlanır. koruyucu topraklama kablosu aracılığıyla.

Endüktif yıldırım, ilgili binaların, ekipmanların ve hatların yakınında ve uzağında oluşan ve ilgili bina, ekipman ve hatlarda aşırı gerilime neden olan yıldırım çarpmalarını ifade eder. Bu aşırı gerilim, elektrostatik indüksiyon veya elektromanyetik indüksiyon yoluyla seri olarak bağlanır. İlgili elektronik ekipman ve hatlara zarar vererek ekipman ve hatlara zarar vermek.
Açık alanlarda ve yüksek dağlarda, özellikle yıldırıma maruz kalan bölgelerde kurulan büyük ölçekli veya fotovoltaik enerji üretim sistemleri için yıldırımdan korunma topraklama cihazlarının mutlaka bulunması gerekmektedir.
Aşırı gerilim koruma cihazı (Aşırı gerilim koruma cihazı), elektronik ekipmanların yıldırımdan korunmasında vazgeçilmez bir cihazdır. Eskiden "yıldırım önleyici" veya "aşırı gerilim koruyucu" olarak anılırdı. İngilizce kısaltması SPD'dir. Aşırı gerilim koruyucunun işlevi, güç hattına ve sinyal iletim hattına giren anlık aşırı voltajı, ekipmanın veya sistemin dayanabileceği voltaj aralığı içinde sınırlamak veya güçlü yıldırım akımını toprağa sızdırarak korunan alanı korumaktır. ekipman veya sistemin hasar görmesini önler. Çarpma sonucu hasar görmüş. Aşağıda fotovoltaik enerji üretim sistemlerinde yaygın olarak kullanılan tutucuların ana teknik parametrelerinin bir açıklaması bulunmaktadır.

(1) Maksimum sürekli çalışma gerilimi Ucpv: Bu gerilim değeri arestöre uygulanabilecek maksimum gerilimi gösterir. Bu gerilim altında arestör arızalanmadan normal şekilde çalışabilmelidir. Aynı zamanda arestöre çalışma karakteristiği değişmeden sürekli olarak gerilim yüklenir.
(2) Nominal deşarj akımı (In): Parafudrun dayanabileceği 8/20μs yıldırım akımı dalga formunun mevcut tepe değerini ifade eden nominal deşarj akımı olarak da adlandırılır.
(3) Maksimum deşarj akımı Imax: 8/20ms dalga formuna sahip standart bir yıldırım dalgası koruyucuya bir kez uygulandığında koruyucunun dayanabileceği şok akımının maksimum tepe değeridir.
(4) Gerilim koruma seviyesi Yukarı(In): Aşağıdaki testlerde koruyucunun maksimum değeri: 1KV/ms eğimle atlama gerilimi; Nominal deşarj akımının artık voltajı.
Dalgalanma koruyucusu mükemmel doğrusal olmayan özelliklere sahip bir varistör kullanır. Normal koşullar altında, aşırı gerilim koruyucu son derece yüksek direnç durumundadır ve kaçak akım neredeyse sıfırdır, bu da güç sisteminin normal güç beslemesini sağlar. Güç sisteminde bir aşırı voltaj meydana geldiğinde, aşırı voltajın büyüklüğünü ekipmanın güvenli çalışma aralığı içinde sınırlamak için dalgalanma koruyucusu nanosaniyeler içinde hemen açılacaktır. Aynı zamanda aşırı gerilimin enerjisi açığa çıkar. Daha sonra koruyucu hızla yüksek empedans durumuna geçer, böylece güç sisteminin normal güç beslemesini etkilemez.

Yıldırım, aşırı gerilim ve akım oluşturabileceği gibi, yüksek güç devresinin kapanması ve bağlantısının kesilmesi, endüktif yükün ve kapasitif yükün açılıp kapanması anında ve büyük güç sisteminin bağlantısının kesilmesi anında da meydana gelecektir. transformatör. Büyük anahtarlama dalgalanma voltajı ve akımı da ilgili ekipman ve hatlara zarar verecektir. Yıldırım indüksiyonunu önlemek için düşük güçlü invertörün DC giriş ucuna bir varistör eklenir. Maksimum deşarj akımı, temel olarak ev tipi fotovoltaik yıldırımdan korunma sistemlerinin ihtiyaçlarını karşılayabilecek 10kVA'ya ulaşabilir.