Kunlabora Laboro de Trotensioprotektiloj, Cirkvitŝaltiloj kaj Fuzeoj en Fotovoltaecaj Sistemoj: Funkcia Analizo kaj Necesa Diskuto

Enkonduko

Kun la rapida disvolviĝo de la tutmonda fotovoltaika industrio, la sekureco kaj stabileco de sunenergiogeneradaj sistemoj fariĝis la fokuso de industria atento. Fotovoltaikaj sistemoj estas eksponitaj al la ekstero dum longa tempo kaj estas vundeblaj al minacoj kiel fulmobatoj, fluktuoj en la elektroreto kaj ekipaĵpaneoj, kiuj povas kaŭzi ekipaĵdamaĝon aŭ eĉ incendion. Trotensioprotektiloj (SPD-oj), ŝaltiloj kaj fuzeoj estas ŝlosilaj protektaparatoj, kiuj ĉiu plenumas siajn taskojn kaj kunlaboras unu kun la alia por certigi la sekuran funkciadon de la sistemo. Ĉi tiu artikolo profunde analizos iliajn funkciojn, kunordigajn mekanismojn kaj neceson por provizi referencon por industriaj uzantoj.

I. La "Nevidebla Murdisto" Alfrontanta Fotovoltaecajn Sistemojn

Fotovoltaecaj centraloj estas kiel "ŝtalaj militistoj" laborantaj subĉiele, konstante eltenante diversajn severajn provojn.

1.1 Problemoj pri fulmotrafoj:

Aparte, en la Mezoriento kaj Sudorienta Azio, ununura fulmotondra sezono povas paralizi sistemojn, kiuj ne havas protekton.
1.2 Fluktuoj de la elektroreto:
En la ĉilia projekto, pri kiu mi respondecis, pluraj ekipaĵoj elbruliĝis pro subita plialtiĝo de la elektra tensio.

1.3 Risko de kurta cirkvito:
Lastjare, projekto en Germanio spertis kurtan cirkviton pro maljuniĝantaj kabloj, preskaŭ kaŭzante incendion.

Ĉi tiuj riskoj ne estas troigo. Laŭ la Internacia Alianco pri Fotovoltaika Sekureco, pli ol 60% de la paneoj de fotovoltaikaj sistemoj ŝuldiĝas al neadekvata elektra protekto.

II. Kernaj Funkcioj de Trotensio-Protektaj Aparatoj (SPD)

2.1 Funkciprincipo
SPD-oj deturnas paseman trotension al la tero per metaloksidaj varistoroj (MOV) aŭ gasaj malŝarĝaj tuboj (GDT), limigante la tension ene de sekura intervalo. En fotovoltaikaj sistemoj, SPD-oj estas tipe instalitaj ĉe la jenaj lokoj:
Flanko de kontinua kurento (inter la moduloj kaj la invetilo): Por protekti kontraŭ fulmo-induktitaj trotensioj.
AC-flanko (inter la invetilo kaj la reto): Por subpremi trotension de la reto-flanko.

2.2 Ŝlosilaj Parametroj
Maksimuma kontinua funkciiga tensio (Uc): Devas kongrui kun la tensionivelo de la fotovoltaika sistemo (kiel ekzemple 1000V DC aŭ 1500V DC).
Malŝarĝa kurento (In/Iimp): Reflektas la kapablon malŝarĝi fulmokurenton, kaj fotovoltaikaj sistemoj tipe postulas 20kA aŭ pli.
Nivelo de tensioprotekto (Supren): Determinas la restan tension kaj devas esti pli malalta ol la eltena tensio de la protektita ekipaĵo.

2.3 Neceso
Malhelpu difekton de multekostaj ekipaĵoj kiel invetiloj kaj kombiniloj pro trotensioj.
Konformu al internaciaj normoj (kiel IEC 6164331, UL 1449) kaj akceptopostuloj por fotovoltaecaj centraloj.

Ⅲ. Funkcio kaj elekto de ŝaltiloj kaj fuzeoj

3.1 Ŝaltilo
Funkcio:
• Protekto kontraŭ troŝarĝo: Kiam la kurento superas la fiksitan valoron (ekzemple 1,3-oble la taksita kurento), la termika ŝaltmekanismo funkcias.
• Protekto kontraŭ kurta cirkvito: La elektromagneta ŝaltilo fortranĉas la kurtan cirkvitan kurenton (kiel ekzemple 10kA) ene de milisekundoj.

• Aplikaj Karakterizaĵoj por Fotovoltaika Energio:
Dediĉita ŝaltilo de kontinua kurento (kiel ekzemple kontinua kurento 1000V/1500V) devas esti elektita.
La rompokapablo kongruu kun la kurtacirkvita kurento de la sistemo (tipe ≥ 15kA).

3.2 Fuzeo
Funkcio:
Fandante la fuzeelementon, ĝi povas rapide izoli la difektan cirkviton kaj protekti la serie konektitan branĉon.

Avantaĝoj:
La malkonektiĝa rapido estas pli rapida (je mikrosekunda nivelo), taŭga por scenaroj de altaj kurtcirkvitaj kurentoj.
Ĝi estas malgranda laŭ grandeco kaj taŭga por kurent-portantaj skatoloj kun limigita spaco.

3.3 Kunlaboro kun SPD

SPD respondecas pri tensioprotekto, dum ŝaltiloj/fuzeoprotektiloj respondecas pri kurentoprotekto.
Kiam SPD paneas pro trotensio-paneo, ŝaltiloj aŭ fuzeoprotektiloj povas tuj fortranĉi la difektan cirkviton por malhelpi fajron.

Ⅳ. Kazesploro de plurnivela protekta sistemo

Prenu 1MW fotovoltaecan elektrocentralon kiel ekzemplon:
4.1 Protekto ĉe la flanko de kontinua kurento
Branĉoj de komponantaj serioj: Instalu fuzeojn (ekzemple 10A gPV-tipo) por ĉiu serio.
Enirejo de la kombinkesto: Instalu Tipon II SPD (Ĝis ≤ 1.5kV) kaj DC-ŝaltilon (63A).

4.2 Protekto ĉe la AC-flanko
Elira fino de la invetilo: Agordu Tipon 1+2 SPD (Iimp ≥ 12.5kA) kaj mulditan kestan cirkvitŝaltilon (250A).

4.3 Simulado de eraroscenaro
Kiam okazas fulmo: La SPD liberigas ondan kurenton kaj fiksas la tension sub 2kV; se la SPD paneas pro kurta cirkvito, la ŝaltilo ekfunkcias.
Kiam estas linia kurta cirkvito: La fuzeo fandiĝas ene de 5 ms por malhelpi la disvastiĝon de termika punkta efiko.

Ⅴ. Antaŭzorgoj por elekto kaj instalado

5.1 SPD-Elekto
Por la kontinukurenta flanko, fotovoltaik-specifa SPD (kiel ekzemple PVSPD) devus esti elektita por eviti la problemon de inversa kurento de ordinara alterna kurento SPD.
Oni konsideru la temperaturmarĝenon (Uc bezonas lasi marĝenon en alt-temperaturaj medioj).

5.2 Kongruigo de Ŝaltiloj/Fuzeoj
La rompokapablo estu pli alta ol la maksimuma kurtacirkvita kurento de la sistemo (ekzemple, la difekta kurento de la ĉeno povas atingi 1.5kA).
La nominala kurento de la fuzeo devus esti pli ol 1,56-oble la komponanta kurtacirkvita kurento (Isc) (laŭ NEC 690.8).

5.3 Sugestoj pri Sistemintegriĝo
La longo de la drato inter SPD kaj ŝaltilo devus esti ≤ 0.5m por redukti restan tension.
Regulaj inspektoj de SPD-statusindikiloj devus esti faritaj, kaj difektitaj moduloj devus esti anstataŭigitaj ĝustatempe.

Ⅵ. Industriaj Tendencoj kaj Normaj Ĝisdatigoj
• Alta-tensia postulo: Kun la ĝeneraligita adopto de 1500V fotovoltaecaj sistemoj, la eltenaj tensioniveloj de SPD-oj kaj ŝaltiloj devas esti sinkrone plibonigitaj.

• Inteligenta monitorado: Inteligentaj SPD-oj, kiuj integras temperatursensilojn kaj sendratajn komunikajn funkciojn, estas iom post iom aplikataj por atingi fruan averton pri malproksimaj eraroj.

• Norma plifortigo: La nova versio de IEC 625482023 trudis pli striktajn kunordigajn postulojn al protektaparatoj por fotovoltaikaj sistemoj.

Konkludo
En fotovoltaikaj sistemoj, trotensioprotektiloj, ŝaltiloj kaj fuzeoj konsistigas kompletan "tensio-kurentan" kunlaboran protektan sistemon. Ĝusta elekto kaj agordo de ĉi tiuj komponantoj ne nur povas plilongigi la servodaŭron de ekipaĵo kaj redukti funkciigajn kaj prizorgadajn kostojn, sed ankaŭ estas esencaj kondiĉoj por certigi la sekuran funkciadon de elektrocentraloj. Kun la disvolviĝo de teknologio, la integriĝo kaj inteligenteco de ĉi tiuj protektaparatoj plu plibonigos la fidindecon de fotovoltaikaj sistemoj en la estonteco.