Fotovoltaik tizimlarda kuchlanishdan himoya qiluvchi qurilmalar, o'chirgichlar va sug'urtalarning hamkorlikdagi ishi: Funksional tahlil va zarurat muhokamasi

Kirish

Global fotovoltaik sanoatining jadal rivojlanishi bilan quyosh energiyasi ishlab chiqarish tizimlarining xavfsizligi va barqarorligi sanoat diqqat markaziga aylandi. Fotovoltaik tizimlar uzoq vaqt davomida ochiq havoda bo'ladi va chaqmoq urishlari, elektr tarmog'idagi tebranishlar va uskunalarning ishdan chiqishi kabi tahdidlarga zaif bo'lib, bu uskunalarning shikastlanishiga yoki hatto yong'inga olib kelishi mumkin. Kuchlanishdan himoya qiluvchi qurilmalar (SPD), avtomatik o'chirgichlar va sug'urta qurilmalari tizimning xavfsiz ishlashini ta'minlash uchun o'z vazifalarini bajaradigan va bir-biri bilan hamkorlik qiladigan asosiy himoya vositalaridir. Ushbu maqolada ularning funktsiyalari, muvofiqlashtirish mexanizmlari va sanoat foydalanuvchilari uchun ma'lumotnoma berish zarurati chuqur tahlil qilinadi.

I. Fotovoltaik tizimlarga duch keladigan "Ko'rinmas qotil"

Fotovoltaik elektr stansiyalari ochiq havoda ishlaydigan "po'lat jangchilar"ga o'xshaydi, ular doimo turli xil qattiq sinovlarga dosh beradilar.

1.1 Chaqmoq urishi bilan bog'liq muammolar:

Xususan, Yaqin Sharq va Janubi-Sharqiy Osiyoda bitta momaqaldiroq mavsumi himoyaga ega bo'lmagan tizimlarni falaj qilishi mumkin.
1.2 Elektr tarmog'idagi tebranishlar:
Men mas'ul bo'lgan Chili loyihasida elektr tarmog'idagi kuchlanishning to'satdan oshishi tufayli bir nechta uskunalar yonib ketdi.

1.3 Qisqa tutashuv xavfi:
O'tgan yili Germaniyadagi bir loyihada kabellarning eskirishi tufayli qisqa tutashuv yuz berdi va bu deyarli yong'inga sabab bo'ldi.

Bu xavflar mubolag'a emas. Xalqaro fotovoltaik xavfsizlik alyansi ma'lumotlariga ko'ra, fotovoltaik tizimlarning ishdan chiqishining 60% dan ortig'i elektr himoyasining yetarli emasligidan kelib chiqadi.

II. Kuchlanishdan himoya qiluvchi qurilmalarning (SPD) asosiy funktsiyalari

2.1 Ish printsipi
SPD metall oksidi varistorlari (MOV) yoki gaz chiqarish naychalari (GDT) orqali vaqtinchalik ortiqcha kuchlanishni yerga yo'naltiradi va kuchlanishni xavfsiz diapazonda cheklaydi. Fotovoltaik tizimlarda SPDlar odatda quyidagi joylarga o'rnatiladi:
DC tomoni (modullar va inverter o'rtasida): Chaqmoq keltirib chiqaradigan kuchlanishning keskin o'zgarishidan himoya qilish uchun.
AC tomoni (inverter va tarmoq o'rtasida): Tarmoq tomonidan ortiqcha kuchlanishni bostirish uchun.

2.2 Asosiy parametrlar
Maksimal uzluksiz ish kuchlanishi (Uc): Fotovoltaik tizimning kuchlanish darajasiga mos kelishi kerak (masalan, 1000V DC yoki 1500V DC).
Chiqarish oqimi (In/Iimp): Chaqmoq oqimini chiqarish qobiliyatini aks ettiradi va fotovoltaik tizimlar odatda 20 kA yoki undan yuqori kuchlanishni talab qiladi.
Kuchlanishdan himoya darajasi (yuqoriga): Qoldiq kuchlanish hajmini aniqlaydi va himoyalangan uskunaning bardoshli kuchlanishidan past bo'lishi kerak.

2.3 Zarurat
Invertorlar va kombayn qutilari kabi qimmatbaho uskunalarning kuchlanishning keskin o'zgarishi natijasida shikastlanishiga yo'l qo'ymang.
Fotovoltaik elektr stantsiyalari uchun xalqaro standartlarga (masalan, IEC 6164331, UL 1449) va qabul qilish talablariga rioya qiling.

Ⅲ. O'chirgichlar va sug'urtalarning funksiyasi va tanlovi

3.1 O'chirish to'xtatuvchisi
Funktsiya:
• Haddan tashqari yuklanishdan himoya: Tok belgilangan qiymatdan oshib ketganda (masalan, nominal tokning 1,3 baravari), termal o'chirish mexanizmi ishlaydi.
•Qisqa tutashuvdan himoya: Elektromagnit o'chirish mexanizmi qisqa tutashuv tokini (masalan, 10 kA) millisekund ichida o'chiradi.

• Fotovoltaik uchun qo'llanilish xususiyatlari:
Maxsus doimiy tok o'chirgichi (masalan, 1000V/1500V doimiy tok) tanlanishi kerak.
Sindirish quvvati tizimning qisqa tutashuv oqimiga mos kelishi kerak (odatda ≥ 15 kA).

3.2 Sug'urta
Funktsiya:
Sug'urta elementini eritib, u nosoz kontaktlarning zanglashiga olib keladigan ...

Afzalliklari:
Ulanish tezligi tezroq (mikrosekund darajasida), yuqori qisqa tutashuvli tok stsenariylari uchun mos keladi.
U kichik o'lchamga ega va cheklangan joyga ega tok o'tkazadigan qutilar uchun mos keladi.

3.3 SPD bilan hamkorlik

SPD kuchlanishdan himoya qilish uchun javobgardir, elektron to'xtatuvchilar/sug'urta himoyachilari esa tokdan himoya qilish uchun javobgardir.
SPD kuchlanishning keskin o'zgarishi tufayli ishlamay qolganda, o'chirgichlar yoki sug'urta himoyachilari yong'inning oldini olish uchun nosoz kontaktlarning zanglashiga olib kelishi mumkin.

Ⅳ. Ko'p darajali himoya tizimining amaliy tadqiqoti

Misol tariqasida 1 MVt quvvatga ega fotoelektr stansiyasini olaylik:
4.1 DC tomonida himoya
Komponent seriyasining shoxlari: Har bir seriya uchun sigortalarni (masalan, 10A gPV turi) o'rnating.
Kombinator qutisining kirish qismi: II turdagi SPD (≤ 1,5 kV gacha) va doimiy tok o'chirgichini (63A) o'rnating.

4.2 Konditsioner tomonidagi himoya
Inverterning chiqish uchi: 1+2 turdagi SPD (Iimp ≥ 12,5 kA) va qoliplangan korpusli elektron to'xtatuvchini (250 A) sozlang.

4.3 Xato stsenariysi simulyatsiyasi
Chaqmoq urganda: SPD kuchlanish tokini chiqaradi va 2 kV dan past kuchlanishni qisqartiradi; agar SPD qisqa tutashuv tufayli ishlamay qolsa, avtomatik o'chirgich ishdan chiqadi.
Qisqa tutashuv bo'lganda: Termal nuqta effektining tarqalishini oldini olish uchun sug'urta 5 ms ichida eriydi.

Ⅴ. Tanlash va o'rnatish bo'yicha ehtiyot choralari

5.1 SPD tanlash
DC tomoni uchun oddiy AC SPD ning teskari oqim muammosidan qochish uchun fotovoltaikka xos SPD (masalan, PVSPD) tanlanishi kerak.
Harorat chegarasini hisobga olish kerak (Uc yuqori haroratli muhitda chegara qoldirishi kerak).

5.2 O'chirgich/Sug'urta mosligi
Sindirish quvvati tizimning maksimal qisqa tutashuv oqimidan yuqori bo'lishi kerak (masalan, simning nosozlik oqimi 1,5 kA ga yetishi mumkin).
Sug'urtaning nominal oqimi komponentning qisqa tutashuv oqimidan (Isc) 1,56 baravar ko'p bo'lishi kerak (NEC 690.8 ga muvofiq).

5.3 Tizim integratsiyasi bo'yicha takliflar
Qoldiq kuchlanishni kamaytirish uchun SPD va elektron to'xtatuvchi orasidagi simning uzunligi ≤ 0,5 m bo'lishi kerak.
SPD holati ko'rsatkichlarini muntazam ravishda tekshirish va ishlamay qolgan modullarni o'z vaqtida almashtirish kerak.

Ⅵ. Sanoat tendentsiyalari va standart yangilanishlar
•Yuqori kuchlanish talabi: 1500V fotovoltaik tizimlarning keng qo'llanilishi bilan SPD va avtomatik o'chirgichlarning chidamlilik kuchlanish darajalarini sinxron ravishda oshirish kerak.

• Aqlli monitoring: Masofaviy nosozliklarni erta ogohlantirishga erishish uchun harorat sensorlari va simsiz aloqa funktsiyalarini birlashtirgan aqlli SPDlar asta-sekin qo'llanilmoqda.

•Standart mustahkamlash: IEC 625482023 ning yangi versiyasi fotovoltaik tizimlar uchun himoya qurilmalariga nisbatan qat'iyroq muvofiqlashtirish talablarini joriy qildi.

Xulosa
Fotovoltaik tizimlarda kuchlanishdan himoya qiluvchi qurilmalar, avtomatik o'chirgichlar va sug'urta qurilmalari to'liq "kuchlanish-tok" hamkorlikdagi himoya tizimini tashkil qiladi. Ushbu komponentlarni to'g'ri tanlash va sozlash nafaqat uskunaning ishlash muddatini uzaytirishi va foydalanish va texnik xizmat ko'rsatish xarajatlarini kamaytirishi, balki elektr stantsiyalarining xavfsiz ishlashini ta'minlash uchun muhim shartlar hamdir. Texnologiyaning rivojlanishi bilan ushbu himoya qurilmalarining integratsiyasi va aqlliligi kelajakda fotovoltaik tizimlarning ishonchliligini yanada oshiradi.