Выбор подходящего устройства защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП) - важнейшее решение для обеспечения долговечности и надежности вашей солнечной энергосистемы. В этом подробном руководстве вы узнаете о важнейших факторах, которые необходимо учитывать при выборе УЗП для вашей фотоэлектрической установки, что поможет вам защитить свои ценные инвестиции от вредных скачков напряжения.
Почему вашей солнечной системе необходима защита SPD
Системы солнечной энергии особенно уязвимы для импульсных перенапряжений по нескольким причинам:
- Открытое местоположение: Солнечные батареи обычно устанавливаются на возвышенностях, в открытых местах
- Удлиненные кабельные линии: Кабели питания постоянного тока могут служить антеннами для наведенных перенапряжений
- Чувствительная электроника: Инверторы, системы мониторинга и контрольное оборудование содержат уязвимые компоненты
- Притяжение молнии: Массивы солнечных батарей могут стать привлекательными путями для ударов молний
Без надлежащей защиты от перенапряжения один удар молнии или переключение сети может нанести ущерб инверторам, контроллерам заряда, панелям и системам мониторинга на тысячи долларов. Даже небольшие, повторяющиеся скачки напряжения могут со временем вывести из строя компоненты системы, снижая эффективность и сокращая срок службы.
Ключевые факторы для выбора правильного СПД для солнечных батарей
1. Понимание типов СПД и их применения
СПД делятся на три основных типа, каждый из которых служит для различных целей защиты:
СПД типа 1:
- Используется для защиты от прямых ударов молнии
- Устанавливается в местах входа в систему или подключения к коммуникациям
- Протестирован с формой волны 10/350 мкс для обработки высокоэнергетических импульсов
- Требуется в зданиях с внешними системами молниезащиты
- Обычно используют технологию искрового промежутка
СПД типа 2:
- Обеспечивают защиту от наведенных перенапряжений и коммутационных событий
- Устанавливается на распределительных щитах или подпанелях
- Проверено с помощью формы волны 8/20 мкс
- Использование технологии металлооксидных варисторов (MOV)
- Наиболее распространенный тип, используемый в стандартных солнечных установках
СПД типа 3:
- Обеспечивают надежную защиту чувствительного оконечного оборудования
- Устанавливается рядом с определенными электронными устройствами
- Имеют меньшую разрядную способность, чем типы 1 и 2
- Часто используется для систем мониторинга и коммуникационных интерфейсов
Для большинства жилых и коммерческих солнечных систем вам потребуется комбинация типов СПД для комплексной защиты. Также доступны комбинированные СПД типа 1+2, которые объединяют защитные характеристики обоих типов в одном устройстве.
2. Оцените требования к напряжению системы
Одним из наиболее важных критериев выбора является соответствие номинального напряжения SPD требованиям вашей солнечной системы:
Максимальное непрерывное рабочее напряжение (MCOV или Uc):
- СПД на стороне постоянного тока должны иметь номинал MCOV, превышающий максимальное напряжение разомкнутой цепи (Voc) вашей системы.
- Помните, что низкие температуры повышают напряжение на фотоэлектрических батареях
- Хорошее эмпирическое правило: Выбирайте СПД постоянного тока с MCOV не менее 10% выше максимального Voc системы.
- Например, для системы 600 В постоянного тока требуются СПД с MCOV не менее 660 В постоянного тока.
- Напряжение SPD на стороне переменного тока должно превышать номинальное напряжение системы не менее чем на 25%
Использование SPD с недостаточным MCOV приведет к преждевременному выходу из строя и потенциальной опасности пожара, поскольку устройство воспринимает нормальное напряжение в системе как импульсное.
3. Проверьте уровень защиты по напряжению (вверх)
Уровень защиты по напряжению или напряжение фиксации указывает на максимальное напряжение, которое достигнет вашего оборудования во время скачка напряжения:
- Более низкие значения Up обеспечивают лучшую защиту чувствительных компонентов
- Значение Up должно быть ниже номинала импульсной прочности вашего оборудования
- Для наилучшей защиты выбирайте SPD с Up не менее чем на 20% ниже, чем допуск оборудования.
- Для типичных фотоэлектрических инверторов требуются значения Up ниже 2,5-4 кВ.
При сравнении SPD более низкий уровень защиты по напряжению, как правило, указывает на более высокую степень защиты, но при этом необходимо учитывать другие параметры.
4. Оценка требуемой текущей мощности разряда
Два важных параметра определяют способность SPD выдерживать импульсные токи:
Номинальный ток разряда (В):
- Указывает, какую силу импульсного тока может выдержать СПД в течение длительного времени
- Более высокие значения означают повышенную долговечность при частых скачках напряжения
- Для СПД типа 2, используемых в солнечных батареях, следует выбирать номиналы In 10-20 кА или выше.
Максимальный ток разряда (Imax):
- Наибольший единичный импульсный ток, который SPD может безопасно отвести.
- Устройства типа 2 обычно работают в диапазоне 40-80 кА.
- В системах, расположенных в регионах с высокой освещенностью, следует использовать более высокие рейтинги
- В СПД типа 1 вместо этого используется номинальный ток импульсного разряда (Iimp).
Сбалансируйте эти рейтинги, исходя из риска попадания молнии и важности системы. Районы с частыми грозами требуют более высоких рейтингов, чем районы с минимальной активностью молний.
5. Учитывайте номинальный ток короткого замыкания (SCCR)
SCCR определяет максимальный предполагаемый ток короткого замыкания, который может безопасно выдержать SPD в случае его отказа:
- SCCR SPD должен быть равен или больше доступного тока повреждения в точке установки.
- Это обязательное требование безопасности, предусмотренное многими электротехническими нормами.
- СПД постоянного тока в высоковольтных фотоэлектрических системах сталкиваются с серьезными проблемами при обработке тока повреждения
- Некоторые SPD требуют внешних устройств защиты от сверхтоков для достижения обозначенного SCCR
6. Определите оптимальное размещение СПД
Стратегическое размещение СПД имеет решающее значение для эффективной защиты солнечной системы:
Рекомендации по размещению на стороне постоянного тока:
Правило "<10 метров" широко распространено в промышленности:
- Если длина кабеля постоянного тока составляет менее 10 м: Обычно достаточно одного комплекта СПД на входе постоянного тока инвертора.
- Если длина кабеля постоянного тока превышает 10 м: Установите два комплекта СПД - один возле фотоэлектрического массива (в коробках-комбайнах), другой - на входе инвертора.
Для больших систем следует предусмотреть защиту в этих ключевых точках:
- Уровень массива: Установите SPD в распределительных коробках для распределенных массивов
- Вход постоянного тока инвертора: Установите SPD непосредственно перед входами постоянного тока инвертора
- Уровень строки: Для систем с несколькими строками следует предусмотреть защиту на уровне строк
AC Боковое расположение:
- Точка подключения к сети: Первичная защита на главной сервисной панели
- Выход переменного тока инвертора: Вторичная защита вблизи инвертора
- Распределительные панели: Дополнительная защита на подпанелях для больших систем
Также подумайте о защите систем связи и мониторинга, которые часто очень чувствительны к скачкам напряжения.
7. Проверка соответствия соответствующим стандартам
Убедитесь, что выбранные вами СПД соответствуют действующим стандартам:
- IEC 61643-31: Стандарт специально для СПД в фотоэлектрических установках
- IEC 61643-32: Принципы выбора и применения фотоэлектрических СПД
- UL 1449: стандарт безопасности для СПД в Северной Америке
- Серия IEC 62305: Стандарты на системы молниезащиты
- NEC Статья 690.7(C): Требования Национального электрического кодекса
Продукция, соответствующая стандарту UL 1449 с маркировкой Тип 1 или Тип 2, обычно используется для фотоэлектрических систем в Северной Америке.
8. Оценить влияние внешней молниезащиты
Если в вашем здании установлена внешняя система молниезащиты (LPS), вам необходимо учесть "расстояние разделения 's'" между ней и вашей фотоэлектрической системой:
- Если расстояние разделения может быть сохранено: СПД типа 2 может быть достаточно
- Если расстояние разделения не может быть выдержано: СПД типа 1 становятся обязательными
Это фундаментальное соображение, которое существенно влияет на стратегию выбора СПД.
9. Поймите конфигурацию заземления вашей системы
Различные конфигурации заземления требуют особых схем подключения СПД:
Конфигурации на стороне постоянного тока:
- Функционально заземлен: Один полюс постоянного тока соединен с землей
- Заземление с высоким сопротивлением: Полюс постоянного тока соединен с землей через сопротивление
- Незаземленный/плавающий: Ни один из полюсов не соединен непосредственно с землей
Конфигурации со стороны переменного тока:
- Системы TN-C, TN-S, TN-C-S
- Системы TT
- ИТ-системы
Для каждой конфигурации требуется определенная схема подключения СПД для обеспечения эффективной защиты. Например, незаземленные (IT) фотоэлектрические системы часто нуждаются в СПД с "Y-конфигурацией" для обеспечения комплексной защиты.
Передовые методы установки для оптимальной работы СПД
Минимизация длины соединительных проводов
Физическая проводка СПД оказывает решающее влияние на его производительность:
- Делайте соединительные провода как можно короче
- Идеальная общая длина проводов должна составлять менее 0,5 метра
- Общая длина соединения не должна превышать 1 м.
- Избегайте резких изгибов проводников, так как они увеличивают индуктивность
При быстром нарастании импульсных токов даже короткие отрезки соединительного провода создают значительное индуктивное падение напряжения. Это напрямую увеличивает напряжение срабатывания SPD, что может привести к снижению защиты.
Обеспечьте правильное определение размеров проводников
- Для СПД типа 2 используйте медные провода сечением не менее 6 мм² для подключения защитного заземления.
- Для СПД типа 1 используйте медь сечением 16 мм² или больше для подключения защитного заземления
- Токоведущие проводники должны быть как минимум равны системной проводке, если не больше
- Всегда следуйте рекомендациям производителя и соответствующим стандартам
Прокладывайте кабели надлежащим образом
- Прокладка кабелей переменного и постоянного тока, а также кабелей передачи данных вместе с соответствующими уравнительными проводами
- Это уменьшает площадь петель, образуемых проводкой, и сводит к минимуму наведенные перенапряжения
- Создайте специальные кабельные трассы, которые минимизируют воздействие электромагнитных помех
Требования к обслуживанию для обеспечения долговременной защиты
Даже самые лучшие SPD имеют ограниченный срок службы:
- Срок службы большинства качественных СПД при нормальных условиях составляет 10-15 лет.
- Необходимо регулярно проверять визуальные индикаторы на наличие признаков срабатывания или отказа СПД
- Для критически важных объектов выбирайте СПД с возможностью удаленного мониторинга
- Заменяйте SPD после серьезных скачков напряжения, даже если внешние повреждения не видны
- Установите график регулярных проверок, особенно перед сезоном штормов
Распространенные ошибки при выборе СПД, которых следует избегать
Избегайте этих частых ошибок при выборе защиты от перенапряжения для вашей солнечной системы:
- Защита от занижения размеров: Выбор СПД с недостаточной мощностью обработки энергии
- Игнорирование тепловых характеристик: Невозможность учета высоких температур в наружных шкафах
- Игнорирование координации: Установка несоответствующих СПД, которые не обеспечивают должной координации рассеивания энергии
- Неполная защита: Защита только стороны постоянного или переменного тока, оставляющая уязвимые места
- Использование SPD переменного тока для защиты постоянного тока: СПД переменного и постоянного тока НЕ взаимозаменяемы из-за их разных дугогасительных способностей
- Компромисс с качеством: Выбор самого дешевого варианта вместо надлежащим образом сертифицированных устройств
- Неправильное заземление: Установка даже самых лучших СПД с неадекватной системой заземления
- Отсутствие индикаторов: Выбор устройств без индикаторов состояния, что затрудняет обслуживание
Заключение: Защита инвестиций в солнечную энергию
Выбор подходящего SPD для вашей солнечной системы требует тщательного учета характеристик системы, факторов окружающей среды и требований к защите. Правильно оценив свои потребности и реализовав скоординированную стратегию защиты, вы сможете значительно снизить риск повреждений, связанных с перенапряжением.
Запомните эти ключевые моменты:
- Выбирайте СПД, специально разработанные и рассчитанные на применение в фотоэлектрических установках
- Соответствие номиналов напряжения требованиям вашей системы
- Обеспечьте защиту как на стороне постоянного, так и на стороне переменного тока
- Выберите соответствующие уровни защиты в зависимости от географического риска поражения молнией
- Обеспечьте правильную установку в соответствии с рекомендациями производителя
- Обслуживание и замена СПД в соответствии с рекомендованными графиками
Относительно небольшие инвестиции в качественную защиту от перенапряжения могут предотвратить тысячи долларов потенциального ущерба и простоя системы. Не идите на компромисс в вопросе защиты солнечной системы - это важный компонент, гарантирующий, что ваши инвестиции в возобновляемые источники энергии будут приносить прибыль на протяжении десятилетий.
Связанные
VIOX VSP1-C40PV/3(S) 1500V(D4) Подключаемый многополюсный SPD
