Mi az a DC túlfeszültség-levezető, és hogyan válasszuk ki a megfelelőt?
A DC túlfeszültség-levezető (DC SPD) az egyenáramú buszon fellépő tranziens túlfeszültséget a föld felé vezeti, ezzel védve az invertereket, töltőket és akkumulátorokat. A kiválasztásnál a maximális folyamatos üzemi feszültséget (Ucpv) a rendszer legrosszabb esetre vonatkozó feszültségszintje fölé kell méretezni, a villámvédelmi kitettség alapján 1. vagy 2. típusú eszközt kell választani, valamint ellenőrizni kell az irányadó szabványt – PV esetén az IEC 61643-31, EV, BESS és ipari DC alkalmazásoknál az IEC 61643-11 szabványt.
A megfelelően specifikált DC SPD nem cserélhető fel az AC megfelelőjével, és az alkalmazandó szabvány teljes mértékben a felhasználási területtől függ. Ez az útmutató meghatározza azokat a paramétereket, szabványokat és alkalmazási határokat, amelyek eldöntik, hogy egy eszköz megbízhatóan védi-e a berendezést, vagy üzem közben meghibásodik.
A legfontosabb tudnivalók
- A DC nem AC. Az egyenáramú ív nem alszik ki magától a feszültség nullátmeneténél, ezért az AC SPD nem nyújt biztonságos védelmet egy DC buszon, és veszélyes módon meghibásodhat. Mindig a busz feszültségére méretezett, DC-re jóváhagyott eszközt használjon.
- A szabvány az alkalmazást követi. Az IEC 61643-31 szabvány kizárólag a fotovoltaikus generátorok és inverterek DC oldalára vonatkozik 1500 V DC feszültségig. Az akkumulátoros és kondenzátoros tárolók kifejezetten ki vannak zárva ebből, ezért a BESS, az EV és az ipari DC eszközök az általános IEC 61643-11 szabvány szerint minősülnek.
- Öt paraméter határozza meg a választást: Ucpv, In, Imax, Iimp és Up. Először az Ucpv és az Up értékeket határozza meg – a többi már csak koordináció kérdése.
- Az IEC típus nem egyenlő az UL típussal. Az IEC típusok a túlfeszültség-vizsgálati osztályt írják le; az UL 1449 típusok a megengedett telepítési helyet határozzák meg a főmegszakítóhoz viszonyítva.
- A telepítés határozza meg a teljesítményt. A rövid vezetékek, a rendszerföldelésnek megfelelő csatlakoztatási mód és a tartalék túláramvédelem ugyanolyan fontos, mint az eszköz névleges értékei.
Miért nem ugyanaz az egyenáramú (DC) és a váltakozó áramú (AC) túlfeszültség-védelem?
Váltakozó áramú (AC) áramkörben az áramerősség másodpercenként százszor vagy százhússzor halad át a nullán, és a nyitó érintkezők között keletkező ív természetes módon kialszik ennél a kereszteződésnél. Az egyenáramú (DC) gyűjtősín soha nem halad át a nullán. Amint egy ív kialakul egy degradálódó túlfeszültség-levezető, az addig fennmarad, amíg valami meg nem szakítja az energia útját. Ez az egyetlen fizikai különbség határozza meg a DC túlfeszültség-levezető (SPD) teljes kialakítását: a fém-oxid varisztornak (MOV) folyamatos egyirányú feszültséget kell elviselnie a váltakozó feszültség helyett, és az eszköznek integrált DC leválasztó vagy ívoltó mechanizmussal kell rendelkeznie, amelyet egy AC egység nem biztosít.
A gyakorlati következmény egyértelmű. A napelemes rendszerre, akkumulátoros gyűjtősínre vagy DC gyorstöltő kimenetre telepített AC SPD nem csupán nem optimális, hanem tűzveszélyes. A feszültségértékek, a MOV kémiai összetétele és az élettartam végi leválasztási viselkedés mind olyan AC hullámformákra épülnek, amelyeket egy DC áramkör soha nem produkál.
A ténylegesen alkalmazandó szabványok
A DC túlfeszültség-védelem leggyakoribb specifikációs hibája a nem megfelelő szabvány alkalmazása az adott területen. Az alábbi táblázat pontosan meghatározza a határokat.
| Standard | Hatókör | Alkalmazási terület |
|---|---|---|
| IEC 61643-31 | Követelmények és vizsgálati módszerek a napelemes rendszerek DC oldalán lévő, ≤ 1500 V DC feszültségű SPD-khez | Napelemes tömbök és inverter DC bemenetek csak—az akkumulátoros és kondenzátoros tárolók kifejezetten kizárva |
| IEC 61643-32 | PV túlfeszültség-levezetők (SPD) kiválasztási és alkalmazási elvei (kockázatértékelés, földelés, koordináció) | PV rendszertervezés és elhelyezés |
| IEC 61643-11 | Kisfeszültségű táprendszerek (≤ 1000 V AC / 1500 V DC) túlfeszültség-levezetőinek általános követelményei és vizsgálati módszerei | EV töltési DC, BESS DC, ipari és távközlési DC |
| UL 1449 | Észak-amerikai biztonsági szabvány túlfeszültség-levezetőkhöz | UL-szabályozású piacokon értékesített AC és DC túlfeszültség-levezetők |
Az IEC 61643-31 szabványban rögzített kizárás az a részlet, amelyet a legtöbb útmutató figyelmen kívül hagy: az “IEC 61643-31 szabványnak megfelelő” eszköz fotovillamos generátorhoz minősített, nem pedig a mellette lévő akkumulátorbankhoz. A hatályt közvetlenül az alábbi helyen ellenőrizheti: IEC 61643-31 szabványjegyzék. Az IEC 61643-32 szabvány szabályozza, hogy hogy a PV túlfeszültség-levezetőket (SPD) hogyan kell kiválasztani és elhelyezni – kockázatértékelés, a rendszertestelés hatása a csatlakoztatási módra és a koordinált védelmi rendszerek.
Megjegyzés a típusjelölésekről. Az IEC 1-es típusú eszközt 10/350 µs-os impulzusárammal (Iimp) tesztelik, amely a közvetlen villámcsapást szimulálja; az IEC 2-es típusút 8/20 µs-os névleges kisütési árammal (In) tesztelik, amely az indukált és kapcsolási túlfeszültségeket reprezentálja. Az UL 1449 ugyanazokat a számjegyeket használja, de teljesen mást jelentenek: egy UL 1-es típusú eszköz a főmegszakító hálózati oldalára csatlakoztatható külső túláramvédelem nélkül, az UL 2-es típusú a terhelési oldalon helyezkedik el, az UL 3-as típusú pedig a felhasználási ponton alkalmazott eszköz. Amikor az IEC és UL piacok között válogat, mindkét jelölést kifejezetten erősítse meg; az alábbi összehasonlítás túlfeszültség-védelmi szabványok — IEC 61643 vs UL 1449 vs GB 18802 feltérképezi az egyenértékűségeket.
Alapvető kiválasztási paraméterek
Öt névleges érték határozza meg, hogy egy DC SPD túléli-e a terhelést, és hogy ténylegesen megvédi-e a fogyasztót. Olvassa el őket ebben a sorrendben.
| Paraméter | Szimbólum | Jelentése | Kiválasztási szabály |
|---|---|---|---|
| Max. folyamatos üzemi feszültség | Uc / Ucpv | A legmagasabb állandó DC feszültség, amelyet az SPD korlátlan ideig elvisel | ≥ a legrosszabb eset szerinti rendszerszintű feszültség; napelemes rendszereknél a szokásos konvenció Ucpv ≥ 1,2 × a napelemmező üresjárati feszültsége (Voc) a leghidegebb helyszíni hőmérsékleten |
| Névleges kisülési áram | Be | 8/20 µs-os túlfeszültség, amelyet az SPD ismételten elvisel | Illeszkedés a várható indukált túlfeszültség-frekvenciához (a 20 kA jellemző érték) |
| Max. kisütési áram | Imax | A legnagyobb 8/20 µs-os egyedi túlfeszültség, amelyet egy 2-es típusú eszköz kezelni képes | Biztosítson tartalékot az In felett a nagy kitettségű helyszíneken |
| Impulzusáram | Iimp | 10/350 µs-os közvetlen villámcsapás-töltés az 1-es típusú eszközökhöz | Kötelező villámvédelmi rendszer megléte esetén; a ~12,5 kA/pólus szinte minden rendszert lefed |
| Feszültségvédelmi szint | Fel | Átengedett feszültség a csatlakozóknál túlfeszültség alatt | Legalább 20%-kal a védett berendezés impulzus-ellenállási feszültsége alatt |
A két paraméter, amelyet a mérnökök leggyakrabban eltévesztenek, az Ucpv—a maximális folyamatos üzemi feszültség—és az Up. Ha az Ucpv értéke túl alacsony, az eszköz a normál üzemi feszültséget hibaként kezeli, túlmelegszik és idő előtt elöregszik. A napelemes rendszereknél a csapda a hőmérséklet: a modul üresjárati feszültsége emelkedik a cella hűlésével, így a legrosszabb eset szerinti tömbfeszültség a leghidegebb derűs reggelen jelentkezik, nem pedig az adattáblán feltüntetett névleges értéken. Ha az Up értéke túl magas, a túlfeszültség átjut a berendezéshez, amelynek szigetelése nem képes azt elviselni. Ahol az In és Imax értékeket összekeverik, ez az útmutató az Imax vs In névleges értékekről tisztázza az ismétlődő és az egyszeri impulzus közötti különbséget.
Alkalmazásspecifikus kiválasztás
Napelem PV
A négy alkalmazás közül kizárólag a napelemes (PV) rendszerekre vonatkozik teljes körűen az IEC 61643-31 és 61643-32 szabvány. Az eszközök általában 2-es típusúak, és a DC kombináló dobozra valamint az inverter egyenáramú bemeneténél kerülnek felszerelésre az indukált és kapcsolási túlfeszültségek korlátozása érdekében. Amennyiben a helyszín külső villámvédelmi rendszerrel rendelkezik, vagy közvetlen villámcsapás veszélyének van kitéve – különösen a földre telepített napelemmezők esetén –, egyenáramú oldalon 1-es típusú (vagy kombinált 1+2-es típusú) eszköz szükséges. A napelemes rendszereknél két döntés egyedi: az Ucpv méretezése a fent említett hideg hőmérsékleti feszültségnövekedés figyelembevételével, valamint a csatlakozási mód kiválasztása a napelemmező földelése. alapján. A szigetelt (IT) rendszerű napelemmező általában hárompólusú eszközt (+ / − / PE) igényel Y-kapcsolásban; a földelt pólusú rendszer gyakran kétpólusút (aktív / PE) használ, de csak a hibaforgatókönyvek ellenőrzését követően. A napelemes oldali teljes munkafolyamatot a VIOX útmutatója részletezi a megfelelő túlfeszültség-levezető kiválasztása napelemes rendszerekhez.
EV töltés
Az egyenáramú gyorstöltő vegyes környezetet jelent: váltakozó áramú tápellátás, nagyfeszültségű egyenáramú kimeneti gyűjtősín, valamint kommunikációs és mérővezetékek, mindez egy kültéri, villámcsapásnak és hálózati zavaroknak kitett szekrényben. A védelem ezért rétegzett, nem egypontos. Az AC bemenet 1-es vagy 2-es típusú AC SPD-t igényel; az egyenáramú kimeneti gyűjtősín a töltő feszültségére méretezett (általában 1000 V-ig) DC SPD-t igényel; a kommunikációs vonalak pedig a tényleges interfészhez illeszkedő jelátviteli SPD-t. Az elektromos járművek egyenáramú védelme az IEC 61643-11 szabvány hatálya alá tartozik, nem az IEC 61643-31 alá – a töltő egyenáramú gyűjtősínje nem napelemes generátor. Az ezekhez az egységekhez tartozó kombinált túlfeszültség- és biztosítékvédelmi sémát a következő dokumentum részletezi: DC gyorstöltő védelmi útmutató.
BESS (akkumulátoros energiatároló rendszer)
Itt ütközik ki leginkább a szabványok közötti határvonal. Mivel az IEC 61643-31 kifejezetten kizárja az energiatárolókat, a BESS DC túlfeszültség-levezetőket (SPD) az IEC 61643-11 szerint minősítik. A mérnöki különbség nem bürokratikus jellegű: az akkumulátorbank egy kis impedanciájú, nagy energiájú forrás, nagyon nagy várható zárlati árammal, míg a napelemes rendszer áramkorlátozott. Az akkumulátorsínen lévő DC SPD-nek ezért megfelelő követőáram-megszakító képességgel és helyesen méretezett tartalék túláramvédelmi eszközzel kell rendelkeznie, különben a túlfeszültség-eseményként induló hiba eszkalálódhat. Adja meg a zárlati szilárdságot és az eszköz adatlapján javasolt tartalék biztosítékot; ne feltételezze, hogy egy napelemes alkalmazásra tervezett alkatrész átvihető egy 1500 V-os akkumulátorszekrénybe. A tárolórendszer DC, AC és jeloldali védelmének összehangolásához lásd a dedikált BESS túlfeszültség-védelmi kiválasztási útmutató.
Ipari és távközlési DC
Az ipari DC magában foglalja a vezérlőrendszereket, DC hajtásokat, PLC rackeket és a távközlési gyűjtősíneket, mint például a -48 V, valamint a magasabb, 110 V és 220 V DC vezérlőfeszültségeket. Ezeket az IEC 61643-11 szabályozza. A visszatérő hiba az SPD illesztése egy általános “DC” címkéhez a tényleges sínfeszültség és folytonossági követelmény helyett. Válassza ki az Uc értéket az adott sínhez, használjon 2-es típusú védelmet normál beltéri elosztáshoz, és csak akkor váltson 1-es típusúra, ha a vezeték közvetlen villámcsapás energiájának van kitéve.
| Alkalmazás | Maximális DC feszültség | Irányadó szabvány | Tipikus túlfeszültség-levezető (SPD) típus | Fő mérnöki szempont |
|---|---|---|---|---|
| Napelem PV | 1000–1500 V | IEC 61643-31 + -32 | 2. típus; 1+2. típus villámvédelmi rendszerrel (LPS) | Ucpv kontra hideg hőmérsékletű Voc növekedés; csatlakoztatási mód; DC ívoltás |
| EV töltés (DC gyorstöltés) | kb. 1000 V-ig | IEC 61643-11 | 2-es típus DC-n; 1/2-es típus AC-n | Rétegzett AC + DC + jelvédelem; kültéri kitettség |
| BESS (Akkumulátoros energiatároló rendszer) | 1500 V-ig | IEC 61643-11 (nem -31) | 2-es típus / 1+2-es típus | Magas várható zárlati áram; követőáram és tartalék túláramvédelmi eszköz (OCPD) |
| Ipari / távközlési DC | 48–1500 V | IEC 61643-11 | 2-es típus (1-es típus, ha ki van téve az időjárásnak) | Az Uc értékét igazítsa a tényleges sínfeszültséghez; a vezérlés folytonossága |
Telepítés és koordináció
A helyesen kiválasztott eszköz is alulteljesít, ha rosszul van bekötve. A domináns veszteségi tényező a vezeték induktivitása: egy gyors felfutású túlfeszültség során még egy rövid csatlakozóvezeték is jelentős induktív feszültséget hoz létre, amely hozzáadódik az Up értékhez. A teljes csatlakozóvezeték hosszát tartsa a lehető legrövidebben – ideális esetben 0,5 m alatt. Amikor az SPD-k kaszkádba vannak kötve (például egy 1-es típus az upstream oldalon és egy 2-es típus az inverter közelében), tartson legalább 10 m kábelt a fokozatok között, vagy szereljen be egy körülbelül 15 µH-s leválasztó induktivitást, hogy a két eszköz koordináltan működjön, ne pedig egymás ellen.
Biztosítson tartalék túláramvédelmi eszközt – biztosítékot vagy megszakítót –, amelynek méretezése megfelel az SPD adatlapjának, hogy az eszköz élettartama végén biztonságosan lekapcsoljon, és ellenőrizze az alacsony impedanciájú földelést, mivel a rossz földelés hatástalanítja az SPD-t és növeli az érintési feszültség kockázatát. Napelemes gyűjtődobozokban az SPD a leválasztó és túláramvédelmi eszközök mellett működik, nem azok helyett; ezen szerepek megosztását a következő részletezi: PV DC védelem magyarázata: MCB-k, biztosítékok és SPD-k vs. RCD-k, valamint a leválasztás és a megszakítás közötti határvonal a VIOX összehasonlításban DC leválasztó kapcsolók kontra DC kismegszakítók.
Karbantartás és élettartam vége
A DC túlfeszültség-levezető (SPD) egy áldozati alkatrész: minden elnyelt túlfeszültség csökkenti az élettartamát. A legtöbb minőségi eszköz rendelkezik vizuális állapotjelző ablakkal – zöld az üzemképes, piros az élettartam vége állapot jelzésére –, és sok típus cserélhető betéttel rendelkezik, így az elhasználódott modul újrahuzalozás nélkül cserélhető. Rendszeres időközönként ellenőrizze a jelzőt, és cserélje ki a betétet, ha a jelző azt mutatja, jelentősebb túlfeszültség vagy villámcsapás után, illetve a névleges élettartam végén. A tipikus élettartam mérsékelt környezetben körülbelül 10–15 év, gyakori villámtevékenységű régiókban rövidebb; a döntő tényező a jelzőállapot legyen, ne a naptári idő.
Gyakran ismételt kérdések
Használhatok AC túlfeszültség-levezetőt (SPD) DC áramkörön?
Nem. A DC ív nem alszik ki magától a nullátmenetnél, ezért a DC-re nem méretezett megszakítóval ellátott eszköz veszélyesen meghibásodhat. Mindig a gyűjtősín feszültségére méretezett DC SPD-t használjon.
Az IEC 61643-31 szabvány vonatkozik az akkumulátoros energiatárolókra?
Nem. Csak a PV-generátorok és inverterek DC oldalára vonatkozik 1500 V DC feszültségig; az akkumulátoros és kondenzátoros tárolók kifejezetten ki vannak zárva, így a BESS DC túlfeszültség-levezetők (SPD) az általános IEC 61643-11 szabvány szerint minősülnek.
1-es vagy 2-es típusú túlfeszültség-levezetőt használjak napelemes rendszerekhez?
Használjon 2-es típusút a gyűjtődoboznál és az inverter DC bemeneténél az indukált és kapcsolási túlfeszültségek ellen. Alkalmazzon 1-es típusút (vagy 1+2 kombináltat), ahol külső villámvédelmi rendszer vagy közvetlen villámcsapás veszélye áll fenn. A teljes 1-es típus vs 2-es típus vs 3-as típus bontás elmagyarázza az egyes típusok mögött álló vizsgálati osztályokat.
Hogyan állítsam be az Ucpv értéket egy napelemes tömbnél?
Méretezze a tömb legrosszabb esetre vonatkozó üresjárási feszültsége fölé. Mivel a modulok Voc értéke a hőmérséklet csökkenésével nő, használja a várható legalacsonyabb környezeti hőmérsékletet – egy általános konvenció szerint Ucpv ≥ 1,2 × a tömb Voc értéke STC körülmények között.
Kétpólusú vagy hárompólusú DC túlfeszültség-levezető (SPD)?
Ez a földeléstől függ. A szigetelt (IT) rendszerek általában hárompólusú (+ / − / PE) megoldást igényelnek; a földelt pólusú rendszerek gyakran kétpólusút használnak, a hibaállapot viselkedésének ellenőrzését követően.
A DC SPD specifikációkkal, az 1-es, 2-es és 1+2-es típusú opciókkal, valamint a PV, EV, BESS és ipari DC alkalmazásokra vonatkozó IEC/UL dokumentációval kapcsolatban lásd a VIOX DC és AC túlfeszültség-védelmi eszközök választékát.
