منبع: iaeimagazine.org
طوفان کامل لایتنینگ برای تخریب در میدان خورشیدی است. پانل های خورشیدی بزرگ - و اغلب در معرض و جدا شده قرار می گیرند - مکان ، محافظت از افزایش را برای آن بسیار مهم می کند تا طول عمر خود را حفظ کند.
رعد و برق یک تخلیه الکتریکی در جو است. هنگام اعتصاب صاعقه ، آتش سوزی به دلیل آزاد شدن انرژی مستعد ابتلا به آن است. ابرهای نیمبوس (ابرهای باران) غلظت بار الکتریکی دارند و تجمع آنها یونیزاسیون هوا را ایجاد می کند. یونیزاسیون هوا که بین زمین و ابرهای نیمبوس قرار دارد ، تخلیه از ابرها به زمین ایجاد می کند. ابرهای نیمبوس باعث بزرگترین افزایش می شوند زیرا آنها چیزی هستند که رعد و برق ایجاد می کنند.
اعتصابات رعد و برق غیرمستقیم مخرب است. مشاهدات حکایتی در مورد فعالیت رعد و برق معمولاً یک شاخص ضعیف از سطح رعد و برق است-} القاء شده در آرایه های PV1بشر اعتصابات صاعقه غیرمستقیم می تواند به راحتی به اجزای حساس در تجهیزات PV آسیب برساند ، که اغلب برای ترمیم یا جایگزینی اجزای آسیب دیده هزینه بالایی دارد و بر قابلیت اطمینان سیستم PV تأثیر می گذارد1بشر ولتاژ بستگی به شرایط تنظیم هر سیستم PV و سیم کشی دارد.
سیستم های PV در فضاهای بزرگ باز ، به طور معمول در مزارع یا در بالای ساختمان ها قرار می گیرند. ابرهای باران بارگذاری شده که در چنین مزارع باز جمع می شوند ، تمایل به آزاد کردن بار در قالب رعد و برق دارند. وقتی این اتفاق بیفتد ، احتمالاً افزایش ولتاژ رخ می دهد. هرچه این زمینه گسترده تر باشد ، تخریب بیشتر اتفاق می افتد.
تجهیزات الکترونیکی به راحتی می توانند تا حد خرابی فاجعه بار توسط موج آسیب دیده باشند. اگر در هنگام حضور هر پرسنل ، افزایشی رخ دهد ، ایمنی آنها را نیز به خطر می اندازد. اگر فرد در فاصله 60 فوت از نقطه اعتصاب رعد و برق باشد ، اعتصابات صاعقه غیرمستقیم می تواند کشنده باشد [2]. هنگامی که یک سیستم PV در یک سایت صنعتی قرار دارد ، عملیات و تجهیزات تجاری نیز در معرض خطر قرار دارند. اینورترها گران هستند ، اما برای کاربردهای صنعتی ، شکست حتی گرانتر هزینه خرابی است.
هنگامی که رعد و برق به یک سیستم PV خورشیدی حمله می کند ، باعث ایجاد جریان و ولتاژ گذرا القایی در حلقه های سیم سیستم PV خورشیدی می شود. این جریان ها و ولتاژهای گذرا در پایانه های تجهیزات ظاهر می شوند و احتمالاً باعث ایجاد عایق و خرابی دی الکتریک در اجزای الکتریکی و الکترونیکی خورشیدی PV مانند پانل های PV ، اینورتر ، کنترل و تجهیزات ارتباطات می شوند.2، و همچنین دستگاه های نصب ساختمان3بشر جعبه آرایه ، اینورتر و دستگاه MPPT (حداکثر ردیاب نقطه قدرت) دارای بالاترین نقاط شکست هستند.
برای جلوگیری از عبور انرژی زیاد از طریق الکترونیک و ایجاد ولتاژ زیاد به سیستم PV ، افزایش ولتاژ باید راهی برای زمین داشته باشد. برای انجام این کار ، تمام سطوح رسانا باید مستقیماً پایه گذاری شوند و تمام سیم کشی هایی که وارد سیستم می شوند و از سیستم خارج می شوند (مانند کابل های اترنت و شبکه اصلی AC) از طریق یک دستگاه حفاظت از افزایش (SPD) به زمین می روند.
SPD برای هر گروه از رشته های موجود در جعبه آرایه ، جعبه نوترکیب و همچنین قطع DC مورد نیاز است.
طبقه بندی دستگاه های محافظت افزایش یافته
SPD ها در برابر خطرات ناشی از افزایش ، محافظت می کنند.
UL 1449 [4] SPD های نوع 1 ، نوع 2 و نوع 3 را تعریف می کند:
نوع 1:یک درگاه ، به طور دائم SPDS ، به جز محفظه های سوکت متر ساعت وات - ساعت ، در نظر گرفته شده برای نصب بین ثانویه ترانسفورماتور سرویس و سمت خط تجهیزات سرویس بیش از حد دستگاه ، و همچنین دستگاه بار ، از جمله دستگاه وات- ساعت اندازه سوکت در اندازه گیری نشده است که بدون استفاده از محاصره های بیرونی و قالب های فرآیند ، و به صورت فرآورده های موجود در قسمت های فرآورده ای وجود دارد و به صورت فرآورده های خارج شده و قاب های نصب شده و قالب های فرآورده شده با استفاده از spds interntrations introptions introptions introptions introptions internations introptions introptions intreations inturector SPD های نوع 1 برای استفاده در سیستم های PV می توانند بین آرایه PV و قطع ارتباط خدمات اصلی متصل شوند.
نوع 2:SPD های متصل به طور دائم در نظر گرفته شده برای نصب در قسمت بار دستگاه سرویس بیش از حد تجهیزات خدمات. از جمله SPD های واقع در صفحه شعبه و SPD های موردی قالب ریزی شده. مقدار IMAX حداکثر جریان تخلیه منفرد است که توسط یک شکل موج 8/20 میکرومتر نشان داده شده است که SPD می تواند از آن پشتیبانی کند.
نوع 3:نقطه استفاده SPD ، نصب شده در حداقل طول هادی 10 متر از پانل خدمات الکتریکی تا نقطه استفاده ، به عنوان مثال بند ناف ، پلاگین مستقیم-} in ، نوع گیرنده و SPD های نصب شده در تجهیزات استفاده از آن محافظت می شود. فاصله (10 متر) منحصر به فرد از هادی هایی است که برای اتصال SPD ها یا استفاده می شوند.
SPD های نوع 1 در برابر حملات صاعقه مستقیم محافظت می کنند و با موج فعلی 10/350 میکروگرم مشخص می شوند. SPD های نوع 1 در اینورترهای مرکزی استفاده می شوند.
SPD های نوع 2 در برابر اعتصابات رعد و برق غیرمستقیم ، که توسط شکل موج 8/20 میکروسیس مشخص می شوند ، محافظت می کنند. شکل موج 8/20 میکروسری به این معنی است که اعتصاب دارای زمان افزایش 8 میکرون و مدت زمان یک- نیمی از اوج 20 میکرون است. SPD های نوع 2 از گسترش ولتاژ بیش از حد به تاسیسات و تجهیزات برقی جلوگیری می کنند. آنها همچنین در برابر اثر الکترومغناطیسی لایتنینگ که باعث افزایش یک افزایش در سیم می شود ، محافظت می کنند.
یک SPD نوع 2 باید در هر MPPT و در اینورترهای رشته ای و جعبه های آرایه استفاده شود.
جعبه هایی که در آن رخ می دهد معمولاً از اعتصاب هایی که غیرمستقیم هستند آسیب می بینند. این نه تنها نوع ماده و قد بلکه شکلی است که بر توانایی یک شی در جذب اعتصاب صاعقه تأثیر می گذارد. اگر از شکل جعبه یا مواد برای جذب اعتصاب رعد و برق برخوردار است ، باید از یک نوع SPD نوع 1 یا یک میله رعد و برق استفاده شود.
ارتفاع ، اشکال اشاره شده و انزوا ویژگی های غالب هستند که تعیین می کند که در آن حمله صاعقه وجود دارد. این یک اسطوره است که فلز صاعقه را به خود جلب می کند. با این وجود ، توجه به این نکته حائز اهمیت است که مهم نیست که در آن مزرعه PV واقع شده است ، یا شکل هر اشیاء در این نزدیکی ، SPD ها به دلیل حساسیت ذاتی آنها به اعتصابات مستقیم و غیرمستقیم ، برای هر سیستم PV ضروری هستند.
انتخاب و نصب دستگاه حفاظت از سیستم های PV
سیستم های PV دارای ویژگی های منحصر به فردی هستند که بنابراین نیاز به استفاده از SPD هایی دارند که به طور خاص برای سیستم های PV طراحی شده اند.
سیستم های PV دارای ولتاژ سیستم DC بالا تا 1500 ولت هستند. حداکثر نقطه قدرت آنها تنها در چند درصد زیر جریان مدار کوتاه سیستم کار می کند.
برای تعیین ماژول SPD مناسب برای سیستم PV و نصب آن ، باید بدانید:
چگالی فلش دور رعد و برق ؛
دمای عملیاتی سیستم ؛
ولتاژ سیستم ؛
رتبه بندی جریان کوتاه سیستم ؛
سطح شکل موج که باید در برابر (صاعقه غیرمستقیم یا مستقیم) محافظت شود. وت
جریان تخلیه اسمی.
الزامات SPD برای نصب که توسط یک سیستم حفاظت از رعد و برق خارجی (LPS) محافظت می شود به کلاس انتخاب شده LPS بستگی دارد و اینکه آیا فاصله جدایی بین LPS و نصب PV جدا شده یا غیر- جدا شده است [4]. IEC 62305-3 جزئیات فاصله جدایی برای LPS خارجی را شرح می دهد.
برای داشتن اثر محافظتی ، سطح حفاظت از ولتاژ SPD (UP) باید 20 ٪ پایین تر از استحکام دی الکتریک تجهیزات ترمینال سیستم باشد.
استفاده از SPD با یک جریان کوتاه در مقابل جریان بیشتر از جریان مدار کوتاه رشته آرایه خورشیدی که SPD به آن وصل شده است ، مهم است. SPD که در خروجی DC ارائه شده است باید دارای DC MCOV برابر یا بیشتر از حداکثر ولتاژ سیستم فتوولتائیک پانل باشد.
هنگامی که صاعقه به نقطه A حمله می کند (شکل 1 را ببینید) ، پانل PV خورشیدی و اینورتر احتمالاً آسیب دیده اند. فقط اینورتر آسیب می بیند اگر صاعقه در نقطه B باشد. با این حال ، اینورتر به طور معمول گرانترین مؤلفه در سیستم PV است ، به همین دلیل انتخاب صحیح و نصب SPD صحیح در هر دو خط AC و DC ضروری است. هرچه اعتصاب به اینورتر نزدیکتر باشد ، اینورتر آسیب بیشتری خواهد داشت.
شکل 1.محل اعتصاب رعد و برق.
SPD برای سمت DC سیستم های فتوولتائیک
منابع PV دارای ویژگی های جریان و ولتاژ بسیار متفاوتی نسبت به منابع سنتی DC هستند: آنها دارای ویژگی خطی غیر - هستند و باعث ماندگاری طولانی- پایداری قوس های مشتعل می شوند. بنابراین ، منابع فعلی PV نه تنها به سوئیچ های PV بزرگتر و فیوزهای PV احتیاج دارند ، بلکه یک قطع کننده برای دستگاه محافظ Surge که با این طبیعت منحصر به فرد سازگار است و قادر به مقابله با جریان های PV است.
SPD های نصب شده در سمت DC همیشه باید به طور خاص برای برنامه های DC طراحی شوند. استفاده از SPD در سمت نادرست AC یا DC در شرایط گسل خطرناک است.
هنگامی که از SPD ها در سمت DC استفاده می شود ، به دلیل اختلافات احتمالی نیز باید در سمت AC استفاده شود.
SPD برای سمت AC
محافظت از افزایش برای سمت AC به همان اندازه که برای سمت DC است مهم است. اطمینان حاصل کنید که SPD به طور خاص برای سمت AC طراحی شده است.
برای محافظت بهینه ، SPD باید به طور خاص برای سیستم اندازه گیری شود. انتخاب مناسب بهترین محافظت را با طولانی ترین طول عمر تضمین می کند.
از طرف AC ، اگر آنها همان اتصال شبکه را به اشتراک بگذارند ، می توان چند اینورتر را به همان SPD وصل کرد.
نصب
SPD ها همیشه باید در بالادست دستگاه هایی که می خواهند از آنها محافظت کنند نصب شوند. NFPA780 12.4.2.1 می گوید که حفاظت از افزایش باید در خروجی DC پنل خورشیدی از مثبت به زمین و منفی به زمین ، در جعبه Combiner و Bermombiner برای چندین پانل خورشیدی و در خروجی AC اینورتر ارائه شود.
نصب مناسب SPD به سه مقدار متکی است ، که عبارتند از:
حداکثر ولتاژ عملیاتی مداوم: ولتاژ که SPD فعال می شود.
سطح حفاظت از ولتاژ: دسته ولتاژ تجهیزات باید بالاتر از سطح حفاظت از ولتاژ SPD باشد.
جریان تخلیه اسمی: مقدار اوج شکل موج (8/20 میکرون برای SPD های نوع 2) که SPD قادر به تحمل پس از افزایش تکراری است.
کابل
کابل های موجود در سیستم های PV اغلب در مسافت های طولانی گسترش می یابند تا بتوانند به نقطه اتصال شبکه برسند. با این حال ، طول کابل طولانی هرگز توصیه نمی شود ، و سیستم های PV از یک استثنا دور نیستند.
این امر به این دلیل است که تأثیر تداخل الکتریکی مبتنی بر میدان- مبتنی بر و انجام شده در اثر تخلیه رعد و برق در رابطه با افزایش طول کابل و حلقه های هادی افزایش می یابد. هنگامی که یک ولتاژ گذرا رخ می دهد ، هرگونه افت ولتاژ القایی در کابل های اتصال می تواند اثر محافظ SPD را تضعیف کند. اگر کابل ها مسیریابی شوند تا حد ممکن کوتاه باشند ، این اتفاق کمتر خواهد بود.
ولتاژ Surge نقش مهمی در خرابی کابل دارد و هر ضربه روی کابل به وخیم تر شدن استحکام عایق کابل کمک می کند.
اگر یک افزایش به یک سیستم PV به تنهایی - به تنهایی تزریق شود (سیستمی که به دور از شبکه برق باشد) ، هرگونه عملیات تجهیزات که از برق خورشیدی مانند تجهیزات پزشکی یا تأمین آب تغذیه می شود ، ممکن است مختل شود.
محل و مقدار SPD برای نصب در سمت DC به طول کابل بین پانل های خورشیدی و اینورتر بستگی دارد (جدول 1 را ببینید). اگر طول کمتر از 10 متر باشد ، فقط یک SPD لازم است و SPD باید در همان مجاورت اینورتر نصب شود. اگر طول کابل بیش از 10 متر است ، یک SPD را در مجاورت اینورتر و همچنین SPD دوم در جعبه ای که نزدیک به پنل خورشیدی است نصب کنید.
کابل های مسیر را به گونه ای که از حلقه های بزرگ هادی جلوگیری می کند. خطوط AC و DC و خطوط داده باید همراه با هادی های اتصال دهنده تجهیزات در کل مسیر مسیریابی شوند تا اطمینان حاصل شود که حلقه های هادی از مسیریابی در چندین رشته یا هنگام اتصال اینورتر به اتصال شبکه تشکیل نمی شوند.
جدول 1.انتخاب SPD.
نحوه ترکیب SPD ها با اینورترها
مزارع PV از تجهیزات بسیار حساس تشکیل شده اند که نیاز به حفاظت گسترده دارند. از آنجا که مزارع PV قدرت جریان مستقیم (DC) را ایجاد می کنند ، اینورترها (که برای تبدیل این قدرت از DC به AC لازم هستند) یک مؤلفه اساسی برای تولید الکتریکی آنها است. متأسفانه ، اینورترها نه تنها نسبت به اعتصابات رعد و برق بسیار مستعد هستند بلکه بسیار گران هستند.
NFPA 780 ،استاندارد برای نصب سیستم های محافظت از رعد و برقدر 12.4.2.3 در صورتی که اینورتر سیستم بیش از 30 متر از نزدیکترین جعبه ترکیب یا نوترکیب باشد ، به SPD های اضافی در ورودی DC اینورتر نیاز دارد.
در صورت وجود محافظ رشته ای (مانند فیوزها ، شکن های DC یا دیودهای رشته ای) SPD را بین فیوزها و اینورتر نصب کنید [شکل 2 را ببینید].
شکل 2.SPD به درستی و نادرست با محافظ رشته به اینورتر متصل شد.
برای اتصال SPD هنگامی که یک اینورتر با یک جعبه فیوز یکپارچه وجود دارد ، اطمینان حاصل کنید که فیوزهای داخلی از آن دور می شوند و فیوزهای رشته خارجی به هم وصل می شوند (شکل 3 را ببینید). SPD ها باید در خارج از اینورتر و در یک نوع NEMA- 3 R قرار بگیرند یا اگر یک برنامه در فضای باز باشد بالاتر است.
اینورترهای رشته ای باید تا حد امکان به رشته ها نصب شوند. کابل های SPD که به شبکه L+/L- وصل می شوند ، و بین بلوک ترمینال SPD و Busbar زمینی ، باید کمتر از 2.5 متر باشند. کابل های اتصال کوتاه تر ، کارآمدتر و هزینه-} موثر محافظت خواهد شد.
برای اینورترهایی که تنها با یک ردیاب MPP وجود دارند ، رشته را قبل از اینورتر ترکیب کرده و آنها را در نقطه اتصال به SPD وصل کنید.
ترکیبات SPD باید برای هر ورودی برنامه ریزی شود که اینورتر دارای چندین ردیاب MPP باشد. SPD باید برای هر ورودی که با یک دیود رشته ای ذوب می شود استفاده شود.
شکل 3.SPD با جعبه فیوز یکپارچه به اینورتر متصل شد
پایان
بهره برداری از تجهیزات فتوولتائیک بدون محافظت مناسب بیشتر از تجارت خطرناک است - بی پروا است.
برای اینکه سیستم های خورشیدی آینده دنیای سبزتر باشد ، باید از آنها محافظت شود. بروز رعد و برق غیرقابل توقف است و بنابراین ، محافظت ضروری است.
آسیب پذیری سیستم های Photovoltaic در برابر اعتصابات رعد و برق - مستقیم و غیرمستقیم - به معنای این است که آنها باید با محافظت قابل اعتماد و به درستی نصب شده ساخته شوند.
