DC aşırı gerilim koruma cihazı nedir ve doğru olanı nasıl seçersiniz?
Bir DC aşırı gerilim koruma cihazı (DC SPD), doğru akım barasındaki geçici aşırı gerilimleri toprağa yönlendirerek invertörleri, şarj cihazlarını ve bataryaları korur. Seçim yaparken, maksimum sürekli çalışma gerilimini (Ucpv) sistemin en kötü durum geriliminin üzerinde tutun, yıldırım maruziyetine göre Tip 1 veya Tip 2 seçin ve ilgili standardı doğrulayın: PV için IEC 61643-31, EV, BESS ve endüstriyel DC uygulamaları için IEC 61643-11.
Doğru şekilde belirlenmiş bir DC SPD, AC muadili ile değiştirilemez ve geçerli olan standart tamamen uygulamaya bağlıdır. Bu kılavuz, bir cihazın ekipmanı güvenilir bir şekilde koruyup korumayacağını veya hizmet sırasında arızalanıp arızalanmayacağını belirleyen parametreleri, standartları ve uygulama sınırlarını ortaya koymaktadır.
Önemli Çıkarımlar
- DC, AC değildir. Bir DC arkı, gerilim sıfır geçişinde kendiliğinden sönmez, bu nedenle bir AC SPD, DC barasında güvenli bir koruma sağlamaz ve tehlikeli bir şekilde arızalanabilir. Her zaman bara gerilimine göre boyutlandırılmış, DC dereceli bir cihaz kullanın.
- Standart, uygulamayı takip eder. IEC 61643-31, yalnızca 1500 V DC'ye kadar olan fotovoltaik jeneratörlerin ve invertörlerin DC tarafını kapsar. Batarya ve kapasitör depolama sistemleri kapsam dışı bırakılmıştır; bu nedenle BESS, EV ve endüstriyel DC cihazları genel standart olan IEC 61643-11'e göre sınıflandırılır.
- Seçimi belirleyen beş parametre şunlardır: Ucpv, In, Imax, Iimp ve Up. Önce Ucpv ve Up değerlerini doğru belirleyin; gerisi koordinasyondur.
- IEC Tipi ≠ UL Tipi. IEC tipleri bir aşırı gerilim test sınıfını tanımlar; UL 1449 tipleri ise servis bağlantı kesicisine göre izin verilen kurulum yerini tanımlar.
- Kurulum performansı belirler. Kısa iletkenler, sistem topraklaması için doğru bağlantı modu ve yedek aşırı akım koruması, cihazın nominal değerleri kadar önemlidir.
DC aşırı gerilim koruması neden AC ile aynı değildir
Bir AC devresinde akım saniyede yüz veya yüz yirmi kez sıfırdan geçer ve açılan bir kontak üzerinde oluşan herhangi bir ark, bu geçiş sırasında doğal olarak söner. Bir doğru akım barası asla sıfırdan geçmez. Bir ark, bozulan bir bileşen içinde oluştuktan sonra, enerji yolu kesilene kadar kendi kendini sürdürür. Bu tek fiziksel fark, bir DC parafudrun (SPD) tüm tasarımını belirler: metal oksit varistör (MOV), alternatif bir gerilim yerine sürekli tek yönlü bir gerilime dayanmak zorundadır ve cihaz, bir AC ünitesinin sağlamadığı entegre bir DC ayırma veya ark söndürme mekanizmasına ihtiyaç duyar. aşırı gerilim koruyucu cihazdır, Bunun pratik sonucu kesindir. Bir PV dizisine, batarya barasına veya DC hızlı şarj çıkışına kurulan bir AC SPD sadece verimsiz olmakla kalmaz, aynı zamanda bir yangın riskidir. Gerilim değerleri, MOV kimyası ve kullanım ömrü sonu ayırma davranışı, DC devresinin asla sunmayacağı AC dalga formları etrafında inşa edilmiştir.
Gerçekte geçerli olan standartlar.
DC aşırı gerilim korumasındaki en yaygın şartname hatası, uygulamaya yanlış standardın uygulanmasıdır. Aşağıdaki tablo sınırları tam olarak belirlemektedir.
Uygulama alanı.
| Standart | Kapsam | ≤ 1500 V DC PV kurulumlarının DC tarafındaki SPD'ler için gereksinimler ve test yöntemleri |
|---|---|---|
| IEC 61643-31 | PV dizileri ve evirici (inverter) DC girişleri | PV arrays and inverter DC inputs sadece—batarya ve kapasitör depolama sistemleri açıkça kapsam dışı bırakılmıştır |
| IEC 61643-32 | PV SPD'ler için seçim ve uygulama prensipleri (risk değerlendirmesi, topraklama, koordinasyon) | PV sistem tasarımı ve yerleşimi |
| IEC 61643-11 | Alçak gerilim güç sistemlerindeki (≤ 1000 V AC / 1500 V DC) SPD'ler için genel gereksinimler ve test yöntemleri | EV şarj DC, BESS DC, endüstriyel ve telekom DC |
| UL 1449 | Aşırı gerilim koruyucu cihazlar için Kuzey Amerika güvenlik standardı | UL denetimindeki pazarlara satılan AC ve DC SPD'ler |
IEC 61643-31 standardına yazılan istisna, çoğu kılavuzun gözden kaçırdığı detaydır: “IEC 61643-31 ile uyumlu” bir cihaz, yanındaki batarya grubu için değil, bir PV jeneratörü için onaylıdır. Kapsamı doğrudan şurada doğrulayabilirsiniz: IEC 61643-31 standart listesi. IEC 61643-32 ise şunları düzenler: yükü PV parafudrlarının (SPD) seçimi ve yerleşimi; risk değerlendirmesi, sistem topraklamasının bağlantı modu üzerindeki etkisi ve koordineli koruma şemaları.
Tip numaraları hakkında bir not. Bir IEC Tip 1 cihaz, doğrudan yıldırım çarpmasını simüle eden 10/350 µs darbe akımı (Iimp) ile test edilir; bir IEC Tip 2 cihaz ise endüklenen ve anahtarlama kaynaklı aşırı gerilimleri temsil eden 8/20 µs nominal deşarj akımı (In) ile test edilir. UL 1449 aynı rakamları tamamen farklı anlamlarda kullanır: Bir UL Tip 1, harici aşırı akım koruması olmaksızın servis bağlantı kesicisinin hat tarafına bağlanabilir; bir UL Tip 2 yük tarafında yer alır ve bir UL Tip 3 ise kullanım noktası cihazıdır. IEC ve UL pazarları arasında tedarik yaparken her iki tanımı da açıkça doğrulayın; bu karşılaştırma aşırı gerilim koruma standartları — IEC 61643 vs UL 1449 vs GB 18802 eşdeğerlikleri haritalandırır.
Temel seçim parametreleri
Bir DC SPD'nin hayatta kalıp kalmayacağını ve yükü gerçekten koruyup korumayacağını beş derecelendirme belirler. Bunları bu sırayla okuyun.
| Parametre | Sembol | Anlamı | Selection rule |
|---|---|---|---|
| Maks. sürekli çalışma gerilimi | Uc / Ucpv | SPD'nin süresiz olarak tolere edebileceği en yüksek kararlı DC gerilimi | ≥ en kötü durum sistem gerilimi; PV için yaygın bir kural şudur: Ucpv ≥ 1.2 × dizi Voc en soğuk saha sıcaklığında |
| Nominal deşarj akımı | İçinde | SPD'nin defalarca dayanabildiği 8/20 µs dalgalanma | Beklenen endüklenmiş dalgalanma frekansına uygunluk (20 kA tipiktir) |
| Maks. deşarj akımı | Imax | Tip 2 bir cihazın kaldırabildiği en büyük tekil 8/20 µs dalgalanma | Yüksek maruziyetli sahalar için In değerinin üzerinde pay bırakın |
| Darbe akımı | Iimp | Tip 1 cihazlar için 10/350 µs doğrudan yıldırım yükü | Yıldırım koruma sisteminin bulunduğu yerlerde gereklidir; kutup başına ~12,5 kA neredeyse tüm sistemleri kapsar |
| Gerilim koruma seviyesi | Yukarı | Bir aşırı gerilim sırasında terminallerdeki geçiş gerilimi | Korunan ekipmanın darbe dayanım geriliminin en az altında |
Mühendislerin en sık yanlış anladığı iki parametre Ucpv—yani maksimum sürekli çalışma gerilimi—ve Up değeridir. Ucpv çok düşük ayarlanırsa, cihaz normal çalışma gerilimini bir hata olarak algılar, aşırı ısınır ve vaktinden önce eskir. PV sistemlerindeki tuzak sıcaklıktır: bir modülün açık devre gerilimi yükselir hücre soğudukça, bu nedenle en kötü durum dizi gerilimi etiket değerinde değil, en soğuk ve açık sabah saatlerinde oluşur. Up çok yüksek ayarlanırsa, aşırı gerilim yalıtımı buna dayanamayan ekipmana geçer. In ve Imax değerlerinin karıştırıldığı durumlarda, bu kılavuz Imax ve In değerleri arasındaki tekrarlayan ve tek seferlik ayrımı netleştirmektedir.
Uygulamaya özel seçim
Solar PV
PV, IEC 61643-31 ve 61643-32 standartları tarafından tamamen kapsanan dört uygulamadan tek olanıdır. Cihazlar normalde Tip 2 olup, DC birleştirme kutusuna ve indüklenen ve anahtarlama kaynaklı aşırı gerilimleri sınırlamak için invertör DC girişine monte edilirler. Sahada harici bir yıldırımdan korunma sistemi varsa veya doğrudan yıldırım düşmesi riski bulunuyorsa (özellikle zemine monte dizilerde), DC tarafında Tip 1 (veya kombine Tip 1+2) bir cihaz gereklidir. PV için iki karar benzersizdir: yukarıda açıklanan soğuk hava voltaj artışına karşı Ucpv boyutlandırması ve bağlantı modunun seçimi. dizinin topraklaması. Yüzer (IT) bir dizi genellikle Y-konfigürasyonunda üç kutuplu bir cihaz (+ / − / PE) gerektirir; topraklanmış kutuplu bir sistem genellikle iki kutup (aktif / PE) kullanır, ancak bu yalnızca hata senaryoları kontrol edildikten sonra yapılır. Tam bir PV tarafı iş akışı, VIOX kılavuzunda belirtilmiştir. güneş enerjisi sistemi için doğru SPD'yi seçme.
EV charging
DC hızlı şarj cihazı karma bir ortamdır: AC beslemesi, yüksek voltajlı DC çıkış barası, haberleşme ve ölçüm hatları; hepsi yıldırıma ve şebeke bozulmalarına maruz kalan dış mekan kabinindedir. Bu nedenle koruma tek noktalı değil, katmanlıdır. AC girişi Tip 1 veya Tip 2 AC SPD kullanır; DC çıkış barası, şarj cihazı voltajına (genellikle ~1000 V'a kadar) uygun bir DC SPD kullanır; haberleşme hatları ise gerçek arayüzle eşleşen bir sinyal SPD'si kullanır. EV DC koruması, IEC 61643-31 kapsamında değil, IEC 61643-11 kapsamında değerlendirilir; çünkü şarj cihazının DC barası bir PV jeneratörü değildir. Bu üniteler için kombine aşırı gerilim ve sigorta şeması, şurada detaylandırılmıştır: DC hızlı şarj cihazı koruma kılavuzu.
BESS (batarya enerji depolama sistemi)
Standartlar sınırının en çok zorlandığı nokta burasıdır. IEC 61643-31 standardı enerji depolamayı açıkça kapsam dışı bıraktığından, bir BESS DC SPD cihazı IEC 61643-11'e göre kalifiye edilir. Mühendislik farkı bürokratik değildir: bir batarya grubu, çok yüksek muhtemel kısa devre akımına sahip düşük empedanslı ve yüksek enerjili bir kaynak iken, bir PV dizisi akım sınırlıdır. Bu nedenle, bir batarya barasındaki DC SPD, yeterli takip akımı kesme kapasitesine ve doğru boyutlandırılmış bir yedek aşırı akım koruma cihazına sahip olmalıdır; aksi takdirde bir aşırı gerilim olayı olarak başlayan bir arıza tırmanabilir. Cihaz veri sayfasından kısa devre dayanımını ve önerilen yedek sigortayı belirleyin; PV dereceli bir parçanın 1500 V'luk bir batarya kabinine uygun olduğunu varsaymayın. Bir depolama sisteminin DC, AC ve sinyal tarafındaki koordineli koruması için ilgili bölüme bakın. BESS aşırı gerilim koruma seçim kılavuzu.
Endüstriyel ve telekomünikasyon DC sistemleri
Endüstriyel DC; kontrol sistemlerini, DC sürücüleri, PLC raflarını ve −48 V gibi telekomünikasyon baralarını, ayrıca daha yüksek olan 110 V ve 220 V DC kontrol gerilimlerini kapsar. Bunlar IEC 61643-11 tarafından yönetilir. Sık yapılan hata, SPD'yi gerçek bara gerilimi ve süreklilik gereksinimi yerine genel bir “DC” etiketine göre eşleştirmektir. Belirli hat için Uc değerini seçin, normal iç mekan dağıtımı için Tip 2 kullanın ve yalnızca hattın doğrudan yıldırım darbesi enerjisine maruz kaldığı durumlarda Tip 1'e geçiş yapın.
| Uygulama | Maksimum DC gerilimi | Yönetici standart | Tipik SPD tipi | Temel mühendislik endişesi |
|---|---|---|---|---|
| Solar PV | 1000–1500 V | IEC 61643-31 + -32 | Tip 2; LPS ile Tip 1+2 | Ucpv ve soğuk hava sıcaklığında Voc artışı; bağlantı modu; DC ark söndürme |
| EV şarjı (DC hızlı) | ~1000 V'a kadar | IEC 61643-11 | DC üzerinde Tip 2; AC üzerinde Tip 1/2 | Katmanlı AC + DC + sinyal koruması; dış ortam maruziyeti |
| BESS (Batarya Enerji Depolama Sistemleri) | 1500 V'a kadar | IEC 61643-11 (-31 değil) | Tip 2 / Tip 1+2 | Yüksek muhtemel kısa devre akımı; takip akımı ve yedek OCPD (Aşırı Akım Koruma Cihazı) |
| Endüstriyel / telekom DC | 48–1500 V | IEC 61643-11 | Tip 2 (Maruz kalıyorsa Tip 1) | Uc değerini gerçek ray ile eşleştirin; kontrol sürekliliği |
Kurulum ve koordinasyon
Doğru seçilmiş bir cihaz bile kötü kablolandığında düşük performans gösterir. Baskın kayıp mekanizması iletken endüktansıdır: Hızlı yükselen bir aşırı gerilim sırasında, kısa bir bağlantı kablosu bile Up değerine eklenen önemli bir endüktif gerilim oluşturur. Toplam bağlantı kablosu uzunluğunu mümkün olduğunca kısa tutun; ideal olarak 0,5 m'nin altında. SPD'ler kademeli olarak bağlandığında (örneğin, yukarı akışta Tip 1 ve invertörün yakınında Tip 2), aşamalar arasında en az 10 m kablo bırakın veya iki cihazın birbirini engellemek yerine koordine olması için yaklaşık 15 µH'lik bir ayırıcı endüktör takın.
Cihazın kullanım ömrü sonunda güvenli bir şekilde devreden çıkması için SPD veri sayfasına göre boyutlandırılmış bir yedek aşırı akım koruma cihazı (sigorta veya kesici) sağlayın ve düşük empedanslı bir topraklama olduğundan emin olun; çünkü zayıf bir topraklama hem SPD'yi etkisiz hale getirir hem de temas gerilimi riskini artırır. PV birleştirici kutularında SPD, izolasyon ve aşırı akım cihazlarının yerine değil, onlarla birlikte çalışır; bu rollerin nasıl bölüştürüldüğü şurada açıklanmıştır: PV DC koruması açıklandı: MCB'ler, sigortalar ve SPD'ler ile RCD'lerin karşılaştırılması, ve VIOX karşılaştırmasındaki izolasyon ile kesme sınırı DC ayırıcılar ile DC devre kesiciler.
Bakım ve kullanım ömrü sonu
Bir DC SPD şudur: feda edilebilir bir bileşen: emdiği her aşırı gerilim, ömründen bir miktar tüketir. Kaliteli cihazların çoğunda görsel bir durum penceresi bulunur—sağlıklı durum için yeşil, kullanım ömrü sonu için kırmızı—ve birçoğu tak-çıkar kartuş kullandığından, tükenen modül kablolama gerektirmeden değiştirilebilir. Göstergeyi düzenli aralıklarla kontrol edin ve gösterge uyarı verdiğinde, bilinen herhangi bir büyük aşırı gerilim veya yıldırım olayından sonra ya da nominal kullanım ömrü dolduğunda kartuşu değiştirin. Tipik hizmet ömrü ılıman ortamlarda yaklaşık 10–15 yıl, yoğun yıldırım düşen bölgelerde ise daha kısadır; takvimi değil, göstergeyi belirleyici tetikleyici olarak kabul edin.
Sıkça sorulan sorular
Bir DC devresinde AC SPD kullanabilir miyim?
Hayır. DC arkı sıfır geçişinde kendiliğinden sönmez, bu nedenle DC değerinde bir kesme özelliği olmayan cihaz tehlikeli bir şekilde arızalanabilir. Her zaman bara gerilimi için derecelendirilmiş bir DC SPD kullanın.
IEC 61643-31 batarya depolama sistemlerini kapsıyor mu?
Hayır. Sadece 1500 V DC'ye kadar olan PV jeneratörlerinin ve eviricilerin DC tarafı için geçerlidir; batarya ve kapasitör depolama sistemleri açıkça kapsam dışı bırakılmıştır, bu nedenle BESS DC parafudrları genel standart olan IEC 61643-11'e göre sınıflandırılır.
Güneş enerjisi sistemleri için Tip 1 mi yoksa Tip 2 mi kullanılmalı?
İndüklenen ve anahtarlama kaynaklı aşırı gerilimler için birleştirici kutusunda ve evirici DC girişinde Tip 2 kullanın. Harici bir yıldırımdan korunma sistemi veya doğrudan yıldırım düşme riski olan yerlerde Tip 1 (veya Tip 1+2) ekleyin. Tip 1, Tip 2 ve Tip 3 ayrımı her birinin arkasındaki test sınıflarını açıklar.
Bir PV dizisi için Ucpv değerini nasıl ayarlarım?
Dizinin en kötü durumdaki açık devre geriliminin üzerinde bir değer seçin. Modül Voc değeri sıcaklık düştükçe arttığı için, beklenen en soğuk ortam sıcaklığını baz alın; yaygın bir uygulama Ucpv ≥ 1.2 × STC'deki dizi Voc değeridir.
İki kutuplu mu yoksa üç kutuplu mu DC parafudr (SPD)?
Bu, topraklamaya bağlıdır. İzole (IT) sistemler genellikle üç kutuplu (+ / − / PE) gerektirir; topraklanmış kutuplu sistemler ise hata davranışı doğrulandıktan sonra genellikle iki kutuplu kullanır.
DC SPD teknik özellikleri, Tip 1, Tip 2 ve Tip 1+2 seçenekleri ile PV, EV, BESS ve endüstriyel DC uygulamalarındaki IEC/UL dokümantasyonu için şuraya bakınız: VIOX DC ve AC aşırı gerilim koruma cihazı ürün yelpazesi.
