Ֆոտովոլտային համակարգերում լարման պաշտպանիչների, անջատիչների և ապահովիչների համատեղ աշխատանքը. ֆունկցիոնալ վերլուծություն և անհրաժեշտության քննարկում

Ներածություն

Համաշխարհային ֆոտովոլտային արդյունաբերության արագ զարգացման հետ մեկտեղ, արևային էներգիայի արտադրության համակարգերի անվտանգությունն ու կայունությունը դարձել են արդյունաբերության ուշադրության կենտրոնում: Ֆոտովոլտային համակարգերը երկար ժամանակ գտնվում են բացօթյա գործունեության մեջ և խոցելի են այնպիսի սպառնալիքների նկատմամբ, ինչպիսիք են կայծակը, էլեկտրական ցանցի տատանումները և սարքավորումների խափանումները, որոնք կարող են վնասել սարքավորումները կամ նույնիսկ հրդեհ առաջացնել: Լարման լարման պաշտպանիչները (SPD), անջատիչները և ապահովիչները հիմնական պաշտպանիչ սարքեր են, որոնք կատարում են իրենց պարտականությունները և համագործակցում են միմյանց հետ՝ համակարգի անվտանգ գործունեությունն ապահովելու համար: Այս հոդվածը խորապես կվերլուծի դրանց գործառույթները, համակարգման մեխանիզմները և անհրաժեշտությունը՝ արդյունաբերության օգտագործողներին հղումներ տրամադրելու համար:

I. Ֆոտովոլտային համակարգերի առջև ծառացած «անտեսանելի մարդասպանը»

Ֆոտովոլտային էլեկտրակայանները նման են բաց երկնքի տակ աշխատող «պողպատե զինվորների», որոնք անընդհատ դիմանում են տարբեր դաժան փորձությունների։

1.1 Կայծակի հարվածի հետ կապված խնդիրներ.

Մասնավորապես, Մերձավոր Արևելքում և Հարավարևելյան Ասիայում մեկ ամպրոպային սեզոնը կարող է կաթվածահար անել այն համակարգերը, որոնք պաշտպանություն չունեն։
1.2 Էլեկտրաէներգիայի ցանցի տատանումներ.
Չիլիի նախագծում, որի պատասխանատուն ես էի, ցանցի լարման հանկարծակի բարձրացման պատճառով մի քանի սարքավորում այրվեց։

1.3 Կարճ միացման ռիսկ.
Անցյալ տարի Գերմանիայում մի նախագիծ կարճ միացում ունեցավ հնացած մալուխների պատճառով, որը գրեթե հրդեհի պատճառ դարձավ։

Այս ռիսկերը չափազանցություն չեն։ Միջազգային ֆոտովոլտային անվտանգության դաշինքի տվյալներով՝ ֆոտովոլտային համակարգերի խափանումների ավելի քան 60%-ը պայմանավորված է անբավարար էլեկտրական պաշտպանությամբ։

II. Լարվածությունից պաշտպանող սարքերի (SPD) հիմնական գործառույթները

2.1 Աշխատանքային սկզբունք
Ֆոտովոլտային համակարգերում Ֆոտովոլտային Ֆլոկացիոն համակարգը (ՖՖ) անցողիկ գերլարումը մետաղական օքսիդի վարիստորների (ՄՕՎ) կամ գազային պարպման խողովակների (ԳՖԽ) միջոցով ուղղորդում է դեպի հող՝ սահմանափակելով լարումը անվտանգ միջակայքում: Ֆոտովոլտային համակարգերում ՖՖԽ-ները սովորաբար տեղադրվում են հետևյալ վայրերում.
Հաստատուն հոսանքի կողմ (մոդուլների և ինվերտորի միջև). կայծակի հետևանքով առաջացած լարման ալիքներից պաշտպանվելու համար։
AC կողմ (ինվերտորի և ցանցի միջև). Ցանցի կողմից գերլարումը ճնշելու համար։

2.2 Հիմնական պարամետրեր
Առավելագույն անընդհատ աշխատանքային լարումը (Uc): Պետք է համապատասխանի ֆոտովոլտային համակարգի լարման մակարդակին (օրինակ՝ 1000 Վ հաստատուն հոսանք կամ 1500 Վ հաստատուն հոսանք):
Լիցքաթափման հոսանք (In/Iimp): Արտացոլում է կայծակի հոսանքը լիցքաթափելու ունակությունը, իսկ ֆոտովոլտային համակարգերը սովորաբար պահանջում են 20 կԱ կամ ավելի։
Լարման պաշտպանության մակարդակ (Up): Որոշում է մնացորդային լարման չափը և պետք է ցածր լինի պաշտպանված սարքավորումների դիմադրողական լարումից։

2.3 Անհրաժեշտություն
Կանխեք թանկարժեք սարքավորումների, ինչպիսիք են ինվերտորները և կոմբայնատորային տուփերը, վնասվելը լարման տատանումներից։
Համապատասխանեցեք ֆոտովոլտային էլեկտրակայանների միջազգային ստանդարտներին (օրինակ՝ IEC 6164331, UL 1449) և ընդունման պահանջներին։

Ⅲ. Անջատիչների և ապահովիչների գործառույթը և ընտրությունը

3.1 Շղթայի անջատիչ
Ֆունկցիա՝
• Գերբեռնվածությունից պաշտպանություն. Երբ հոսանքը գերազանցում է սահմանված արժեքը (օրինակ՝ անվանական հոսանքի 1.3 անգամը), ջերմային անջատման մեխանիզմը գործում է։
• Կարճ միացումից պաշտպանություն. Էլեկտրամագնիսական անջատման մեխանիզմը կարճ միացման հոսանքը (օրինակ՝ 10 կԱ) կտրում է միլիվայրկյանների ընթացքում։

• Ֆոտովոլտային էներգիայի կիրառման բնութագրերը.
Անհրաժեշտ է ընտրել հատուկ հաստատուն հոսանքի անջատիչ (օրինակ՝ հաստատուն հոսանքի 1000V/1500V):
Անջատման հզորությունը պետք է համապատասխանի համակարգի կարճ միացման հոսանքին (սովորաբար ≥ 15 կԱ):

3.2 Ապահովիչ
Ֆունկցիա՝
Հալեցնելով ապահովիչի տարրը, այն կարող է արագորեն մեկուսացնել անսարք շղթան և պաշտպանել հաջորդականորեն միացված ճյուղը։

Առավելություններ՝
Անջատման արագությունն ավելի մեծ է (միկրովայրկյանների մակարդակում), հարմար է բարձր կարճ միացման հոսանքի սցենարների համար։
Այն փոքր չափի է և հարմար է սահմանափակ տարածք ունեցող հոսանքատար տուփերի համար։

3.3 Համագործակցություն SPD-ի հետ

SPD-ն պատասխանատու է լարման պաշտպանության համար, մինչդեռ անջատիչները/ապահովիչների պաշտպանիչները պատասխանատու են հոսանքի պաշտպանության համար։
Երբ SPD-ն ձախողվում է լարման խափանման պատճառով, անջատիչները կամ ապահովիչների պաշտպանիչները կարող են անհապաղ անջատել անսարք միացումը՝ հրդեհը կանխելու համար:

Ⅳ. Բազմամակարդակ պաշտպանության համակարգի դեպքի ուսումնասիրություն

Որպես օրինակ վերցրեք 1 ՄՎտ հզորությամբ ֆոտովոլտային էլեկտրակայանը։
4.1 Պաշտպանություն հաստատուն հոսանքի կողմից
Բաղադրիչների շարքի ճյուղավորումներ. Յուրաքանչյուր շարքի համար տեղադրեք ապահովիչներ (օրինակ՝ 10A gPV տիպի):
Կոմբինատորի տուփի մուտքը. Տեղադրեք II տիպի SPD (մինչև ≤ 1.5 կՎ) և հաստատուն հոսանքի անջատիչ (63 Ա):

4.2 Պաշտպանություն փոփոխական հոսանքի կողմից
Ինվերտորի ելքային ծայրը. Կարգավորեք 1+2 տիպի SPD (Iimp ≥ 12.5kA) և ձուլված պատյանով անջատիչ (250A):

4.3 Խափանման սցենարի մոդելավորում
Երբ տեղի է ունենում կայծակի հարված. SPD-ն արձակում է ալիքային հոսանք և լարումը ճնշվում է 2 կՎ-ից ցածր։ Եթե SPD-ն անջատվում է կարճ միացման պատճառով, անջատիչն անջատվում է։
Երբ կա գծի կարճ միացում. ապահովիչը հալվում է 5 միլիվայրկյանում` ջերմային բծերի էֆեկտի տարածումը կանխելու համար։

Ⅴ. Ընտրության և տեղադրման նախազգուշական միջոցներ

5.1 SPD ընտրություն
Հաստատուն հոսանքի կողմի համար պետք է ընտրել ֆոտովոլտային SPD (օրինակ՝ PVSPD)՝ սովորական AC SPD-ի հակադարձ հոսանքի խնդիրը կանխելու համար։
Պետք է հաշվի առնել ջերմաստիճանի սահմանը (Uc-ն պետք է սահման թողնի բարձր ջերմաստիճանային միջավայրերում):

5.2 Անջատիչի/ապահովիչի համապատասխանեցում
Անջատման հզորությունը պետք է լինի ավելի բարձր, քան համակարգի կարճ միացման առավելագույն հոսանքը (օրինակ՝ լարի խափանման հոսանքը կարող է հասնել 1.5 կԱ-ի):
Ապահովիչի անվանական հոսանքը պետք է լինի բաղադրիչի կարճ միացման հոսանքի (Isc) 1.56 անգամից ավելի (համաձայն NEC 690.8 ստանդարտի):

5.3 Համակարգի ինտեգրման առաջարկներ
SPD-ի և անջատիչի միջև լարի երկարությունը պետք է լինի ≤ 0.5 մ՝ մնացորդային լարումը նվազեցնելու համար։
Պետք է պարբերաբար ստուգել SPD-ի կարգավիճակի ցուցիչները, իսկ խափանված մոդուլները պետք է ժամանակին փոխարինել։

Ⅵ. Արդյունաբերության միտումները և ստանդարտ թարմացումները
•Բարձր լարման պահանջարկ. 1500 Վ ֆոտովոլտային համակարգերի լայն տարածման հետ մեկտեղ, անհրաժեշտ է համաժամանակեցնել SPD-ների և անջատիչների դիմադրողականության լարման մակարդակները։

• Խելացի մոնիթորինգ. Ջերմաստիճանի սենսորներ և անլար կապի գործառույթներ ինտեգրող խելացի SPD-ները աստիճանաբար կիրառվում են հեռակա խափանումների վաղ նախազգուշացման համար։

•Ստանդարտ ամրացում. IEC 625482023-ի նոր տարբերակը սահմանել է ավելի խիստ համակարգման պահանջներ ֆոտովոլտային համակարգերի պաշտպանիչ սարքերի համար։

Եզրակացություն
Ֆոտովոլտային համակարգերում լարման անկման պաշտպանիչները, անջատիչները և ապահովիչները կազմում են «լարում-հոսանք» համագործակցային պաշտպանության ամբողջական համակարգ: Այս բաղադրիչների ճիշտ ընտրությունը և կարգաբերումը ոչ միայն կարող են երկարացնել սարքավորումների ծառայության ժամկետը և նվազեցնել շահագործման և սպասարկման ծախսերը, այլև կարևոր պայմաններ են էլեկտրակայանների անվտանգ աշխատանքն ապահովելու համար: Տեխնոլոգիայի զարգացման հետ մեկտեղ, այս պաշտպանիչ սարքերի ինտեգրումը և ինտելեկտը ապագայում ավելի կբարձրացնեն ֆոտովոլտային համակարգերի հուսալիությունը: