Избор уређаја за заштиту од пренапона за фотонапонске системе – Врсте SPD-ова

Фотонапонска (ФВ) производња енергије је кључни извор обновљиве енергије и економски је веома конкурентна у поређењу са традиционалном производњом електричне енергије. Мали дистрибуирани ФВ системи, као што су кровни соларни панели, постају све популарнији. Кровни ФВ системи укључују дистрибуцију и наизменичне и једносмерне струје са напонима који достижу и до 1500 V. Једносмерна страна, посебно ФВ панели, може бити директно изложена ударима грома у подручјима високог ризика, што их чини рањивим на оштећења од грома.

Заштита од удара грома за зграде подељена је на спољашњу заштиту (Систем за заштиту од удара грома, LPS) и унутрашњу заштиту (Мере заштите од пренапона, SPM), на основу ризика од удара грома. Уређаји за заштиту од пренапона (SPD), као део унутрашње заштите, штите од пролазних пренапона изазваних атмосферским ударима грома или прекидачким операцијама. SPD се инсталирају изван заштићене опреме и углавном функционишу на следећи начин: када нема пренапона у електроенергетском систему, SPD не утиче значајно на нормалан рад система који штити. Када дође до пренапона, SPD нуди ниску импедансу, преусмеравајући пренапонску струју кроз себе и ограничавајући напон на безбедан ниво. Након што пренапон прође и свака преостала струја се истекне, SPD се враћа у стање високе импедансе.

1. Место инсталације уређаја за заштиту од пренапона (SPD)

Локација инсталације SPD-ова одређује се према степену претње од удара грома и на основу концепта зона заштите од удара грома (LPZ) у IEC 62305. Прелазни пренапони се прогресивно смањују на безбедан ниво, који мора бити испод напона подношења заштићене опреме. Као што је приказано на слици, SPD-ови се инсталирају на границама ових зона, што доводи до концепта вишеслојне пренапонске заштите која се користи у нисконапонским системима. Код PV система, фокус је на спречавању уласка пренапона грома кроз AC и DC стране, чиме се штите критичне компоненте као што су инвертори.

2. Класе испитивања уређаја за заштиту од пренапона (SPD)

Према IEC 61643-11, SPD-ови су класификовани у три категорије испитивања на основу врсте импулса струје грома који су пројектовани да издрже. Испитивања типа I (означена као T1) су намењена симулацији делимичних струја грома које могу бити спроведене у зграду. Они користе таласни облик од 10/350 µs, као што је приказано на слици blow, и обично се примењују на граници између LPZ0 и LPZ1 - као што су главне разводне табле или доводи нисконапонских трансформатора. SPD-ови за овај ниво су обично типа са прекидањем напона, са компонентама као што су цеви за гасно пражњење или варништа (нпр. искришта у облику трубе или графитни искришта).

Тестови типа II (T2) и типа III (T3) користе импулсе краћег трајања. SPD-ови типа II су обично уређаји за ограничавање напона који користе компоненте као што су метал-оксидни варистори (MOV). Тестирају се номиналном струјом пражњења користећи струјни таласни облик од 8/20 µs (видети слику испод) и одговорни су за даље ограничавање преосталог напона који долази из узводног заштитног уређаја. Тестови типа III користе комбиновани генератор таласа са напоном од 1,2/50 µs и струјним импулсом од 8/20 µs (видети слику испод), симулирајући пренапоне ближе опреми крајње употребе.

3. Врста повезивања уређаја за заштиту од пренапона (SPD)

Постоје два главна начина заштите од пролазних пренапона. Први је заштита од заједничког режима (CT1), која је дизајнирана да заштити од пренапона између проводника под напоном и PE (заштитног уземљења). Удари грома, на пример, могу увести високе напоне у односу на земљу у систем. Заштита од заједничког режима помаже у ублажавању утицаја таквих спољних поремећаја, попут грома, као што је илустровано у наставку.

Друга је диференцијална заштита (CT2), која штити од пренапона између линијског проводника (L) и неутралног проводника (N). Ова врста заштите је посебно важна за решавање унутрашњих сметњи, као што су електрична бука или сметње генерисане унутар самог система, као што је приказано на дијаграму испод.

Применом једног или оба ова начина заштите, електрични системи могу бити боље заштићени од потенцијалних извора пренапона, што на крају повећава дуговечност и поузданост повезане опреме.

Важно је напоменути да избор SPD режима заштите треба да буде усклађен са постојећим системом уземљења. За TN системе, могу се користити и CT1 и CT2 режими заштите. Међутим, у TT системима, CT1 се може применити само низводно од RCD-а. У IT системима - посебно онима без неутралног проводника - CT2 заштита није применљива. Ово је кључно разматрање у DC дистрибутивним системима који користе IT конфигурације уземљења. Детаљи се могу наћи у табели испод.

4. Кључни параметри уређаја за заштиту од пренапона (SPD)

Према међународном стандарду IEC 61643-11, дефинисане су карактеристике и испитивања SPD-ова повезаних на нисконапонске системе дистрибуције електричне енергије, као што је приказано на слици 7.

(1) Ниво заштите од напона (више)

Најважнији аспект при избору SPD-а је његов ниво напонске заштите (Up), који карактерише перформансе SPD-а у ограничавању напона између терминала. Ова вредност треба да буде виша од максималног напона стезања. Достиже се када струја која тече кроз SPD буде једнака номиналној струји пражњења In. Изабрани ниво напонске заштите мора бити нижи од импулсног напона издржљивости Uw оптерећења. У случају удара грома, напон на терминалима SPD-а се генерално одржава испод Up. Код PV DC система, оптерећење се обично односи на PV модуле и инверторе.

(2) Максимални континуирани радни напон (Uc)

Uc је максимални једносмерни напон који се може континуирано примењивати на режим заштите SPD-а. Бира се на основу номиналног напона и конфигурације уземљења система и служи као праг активације SPD-а. За једносмерну страну PV система, Uc треба да буде већи или једнак Uoc Max PV низа. Uoc Max се односи на највиши напон отвореног кола између фазних терминала и између фазног терминала и уземљења на одређеној тачки PV низа.

(3) Номинална струја пражњења (In)

Ово је вршна вредност струје таласног облика од 8/20 μs која тече кроз SPD, која се користи за тестове типа II и за тестове прекондиционирања у типу I и Тип IIIEC захтева да SPD може да издржи најмање 19 пражњења струје таласног облика од 8/20 μs. Што је већа вредност In, дужи је век трајања SPD-а, али се повећава и цена.

(4) Импулсна струја (Iimp)

Дефинисана са три параметра: врхом струје (Ipeak), наелектрисањем (Q) и специфичном енергијом (W/R), ова струја се користи у Тип I тестови. Типичан таласни облик је 10/350 μs.