Фотоэлектрлік жүйелердегі кернеуден қорғайтын құрылғылардың, автоматты ажыратқыштардың және сақтандырғыштардың бірлескен жұмысы: функционалдық талдау және қажеттілікті талқылау
Кіріспе
Әлемдік фотоэлектрлік индустрияның қарқынды дамуымен күн энергиясын өндіру жүйелерінің қауіпсіздігі мен тұрақтылығы саланың назарына айналды. Фотоэлектрлік жүйелер ұзақ уақыт бойы ашық ауада болады және найзағай соққылары, электр желісінің ауытқулары және жабдықтың істен шығуы сияқты қауіптерге осал, бұл жабдықтың зақымдалуына немесе тіпті өртке әкелуі мүмкін. Кернеуден қорғайтын құрылғылар (КҚС), автоматты ажыратқыштар және сақтандырғыштар - әрқайсысы өз міндеттерін орындайтын және жүйенің қауіпсіз жұмысын қамтамасыз ету үшін бір-бірімен ынтымақтастық жасайтын негізгі қорғаныс құрылғылары. Бұл мақалада олардың функциялары, үйлестіру механизмдері және сала пайдаланушыларына анықтама беру қажеттілігі терең талданады.
I. Фотоэлектрлік жүйелермен бетпе-бет келетін «Көрінбейтін өлтіруші»
Фотоэлектрлік электр станциялары ашық аспан астында жұмыс істейтін, үнемі әртүрлі қатал сынақтарға төтеп беретін «болат жауынгерлер» сияқты.
1.1 Найзағай соққысынан туындайтын мәселелер:
Атап айтқанда, Таяу Шығыс пен Оңтүстік-Шығыс Азияда бір ғана найзағай маусымы қорғанысы жоқ жүйелерді сал етуі мүмкін.
1.2 Электр желісіндегі ауытқулар:
Мен басқарған Чили жобасында электр желісіндегі кернеудің кенеттен артуына байланысты бірнеше жабдық жанып кетті.
1.3 Қысқа тұйықталу қаупі:
Өткен жылы Германиядағы бір жобада кабельдердің ескіруіне байланысты қысқа тұйықталу орын алып, өрт шығуға шақ қалды.
Бұл тәуекелдер асыра сілтеу емес. Халықаралық фотоэлектрлік қауіпсіздік альянсының мәліметтері бойынша, фотоэлектрлік жүйелердің істен шығуының 60%-дан астамы электрлік қорғаныстың жеткіліксіздігінен болады.
II. Кернеуден қорғайтын құрылғылардың (SPD) негізгі функциялары
2.1 Жұмыс принципі
SPD металл оксидінің варисторлары (MOV) немесе газ шығару түтіктері (GDT) арқылы жерге өтпелі шамадан тыс кернеуді бағыттайды, кернеуді қауіпсіз диапазонда шектейді. Фотоэлектрлік жүйелерде SPD әдетте келесі орындарға орнатылады:
Тұрақты ток жағы (модульдер мен инвертор арасында): найзағай тудыратын кернеудің күрт өзгеруінен қорғау үшін.
Айнымалы ток жағы (инвертор мен тор арасында): Тор жағынан шамадан тыс кернеуді басу үшін.
2.2 Негізгі параметрлер
Ең жоғары үздіксіз жұмыс кернеуі (Uc): Фотоэлектрлік жүйенің кернеу деңгейіне сәйкес келуі керек (мысалы, 1000 В тұрақты ток немесе 1500 В тұрақты ток).
Разряд тогы (In/Iimp): найзағай тогын ағызу мүмкіндігін көрсетеді, ал фотоэлектрлік жүйелер әдетте 20 кА немесе одан жоғары токты қажет етеді.
Кернеуден қорғау деңгейі (жоғары): Қалдық кернеу мөлшерін анықтайды және қорғалған жабдықтың төтеп беретін кернеуінен төмен болуы керек.
2.3 Қажеттілік
Инверторлар мен комбайн қораптары сияқты қымбат жабдықтардың кернеудің күрт өзгеруінен зақымдалуына жол бермеңіз.
Фотоэлектрлік электр станцияларына арналған халықаралық стандарттарға (мысалы, IEC 6164331, UL 1449) және қабылдау талаптарына сәйкес келіңіз.
Ⅲ. Автоматты ажыратқыштар мен сақтандырғыштардың қызметі және таңдауы
3.1 Автоматты ажыратқыш
Функция:
• Шамадан тыс жүктемеден қорғау: Ток белгіленген мәннен асып кеткенде (мысалы, номиналды токтың 1,3 есесі), термиялық өшіру механизмі жұмыс істейді.
•Қысқа тұйықталудан қорғау: Электромагниттік өшіру механизмі қысқа тұйықталу тогын (мысалы, 10 кА) миллисекунд ішінде өшіреді.
• Фотоэлектрлік құрылғылардың қолданылу сипаттамалары:
Арнайы тұрақты ток ажыратқышын (мысалы, тұрақты ток 1000 В/1500 В) таңдау қажет.
Ажырату қабілеті жүйенің қысқа тұйықталу тогына сәйкес келуі керек (әдетте ≥ 15 кА).
3.2 Сақтандырғыш
Функция:
Сақтандырғыш элементін балқыту арқылы ол ақаулы тізбекті тез оқшаулап, тізбектей қосылған тармақты қорғай алады.
Артықшылықтары:
Ажырату жылдамдығы жоғары (микросекунд деңгейінде), қысқа тұйықталу тогының жоғары сценарийлеріне сәйкес келеді.
Ол өлшемі бойынша шағын және орны шектеулі ток өткізетін қораптарға жарамды.
3.3 SPD-мен ынтымақтастық
SPD кернеуді қорғауға жауап береді, ал автоматты ажыратқыштар/сақтандырғыш қорғағыштар токтан қорғауға жауап береді.
Кернеу кернеуінің бұзылуына байланысты SPD істен шыққан кезде, автоматты ажыратқыштар немесе сақтандырғыш қорғағыштар өрттің алдын алу үшін ақаулы тізбекті дереу өшіре алады.
Ⅳ. Көп деңгейлі қорғаныс жүйесінің жағдайын зерттеу
Мысал ретінде 1 МВт фотоэлектрлік электр станциясын алайық:
4.1 Тұрақты ток жағындағы қорғаныс
Компоненттер сериясының тармақтары: Әрбір серия үшін сақтандырғыштарды (мысалы, 10A gPV түрі) орнатыңыз.
Комбайн қорабының кірісі: II типті SPD (≤ 1,5 кВ дейін) және тұрақты ток автоматты ажыратқышын (63А) орнатыңыз.
4.2 Кондиционер жағындағы қорғаныс
Инвертордың шығыс ұшы: 1+2 типті SPD (Iimp ≥ 12,5 кА) және құйылған корпустық автоматты ажыратқышты (250 А) конфигурациялаңыз.
4.3 Ақаулық сценарийін модельдеу
Найзағай түскен кезде: SPD кернеу тогын босатады және 2 кВ-тан төмен кернеуді қысады; егер SPD қысқа тұйықталу салдарынан істен шықса, автоматты ажыратқыш істен шығады.
Қысқа тұйықталу кезінде: жылу дақтарының әсерінен сақтандырғыш 5 мс ішінде еріп кетеді.
Ⅴ. Таңдау және орнату кезіндегі сақтық шаралары
5.1 SPD таңдауы
Тұрақты ток жағы үшін кәдімгі айнымалы ток SPD кері ток мәселесін болдырмау үшін фотоэлектрлік арнайы SPD (мысалы, PVSPD) таңдалуы керек.
Температура шегін ескеру қажет (Uc жоғары температуралы ортада шекті қалдыруы керек).
5.2 Автоматты ажыратқыш/сақтандырғышты сәйкестендіру
Ажырату қабілеті жүйенің максималды қысқа тұйықталу тогынан жоғары болуы керек (мысалы, тізбектің ақаулық тогы 1,5 кА жетуі мүмкін).
Сақтандырғыштың номиналды тогы компоненттік қысқа тұйықталу тогынан (Isc) 1,56 еседен артық болуы керек (NEC 690.8 стандартына сәйкес).
5.3 Жүйелік интеграция бойынша ұсыныстар
Қалдық кернеуді азайту үшін SPD мен автоматты ажыратқыш арасындағы сымның ұзындығы ≤ 0,5 м болуы керек.
SPD күйінің индикаторларын үнемі тексеріп отыру керек, ал істен шыққан модульдерді уақытында ауыстыру керек.
Ⅵ. Салалық үрдістер және стандартты жаңартулар
• Жоғары вольтты сұраныс: 1500 В фотоэлектрлік жүйелердің кеңінен қолданылуымен SPD және автоматты ажыратқыштардың төзімділік кернеу деңгейлерін синхронды түрде арттыру қажет.
• Ақылды бақылау: Қашықтан ақаулықтарды ерте ескертуге қол жеткізу үшін температура сенсорлары мен сымсыз байланыс функцияларын біріктіретін ақылды SPD біртіндеп қолданылуда.
•Стандартты күшейту: IEC 625482023 жаңа нұсқасы фотоэлектрлік жүйелерге арналған қорғаныс құрылғыларына қатаң үйлестіру талаптарын енгізді.
Қорытынды
Фотоэлектрлік жүйелерде кернеуден қорғайтын құрылғылар, автоматты ажыратқыштар және сақтандырғыштар толық «кернеу-ток» бірлескен қорғаныс жүйесін құрайды. Бұл компоненттерді дұрыс таңдау және конфигурациялау жабдықтың қызмет ету мерзімін ұзартып, пайдалану және техникалық қызмет көрсету шығындарын азайтып қана қоймай, сонымен қатар электр станцияларының қауіпсіз жұмыс істеуін қамтамасыз етудің маңызды шарттары болып табылады. Технологияның дамуымен бұл қорғаныс құрылғыларының интеграциясы мен интеллекті болашақта фотоэлектрлік жүйелердің сенімділігін одан әрі арттырады.