Thiết kế bảo vệ tủ đấu nối điện mặt trời không phải là việc lắp đầy tủ bằng càng nhiều thiết bị bảo vệ càng tốt. Đó là việc phân công đúng nhiệm vụ cho từng thiết bị và đảm bảo các thiết bị đó phối hợp nhịp nhàng trong điều kiện vận hành thực tế của hệ thống quang điện (PV).
Trong một tủ đấu nối PV được thiết kế tốt:
- Cầu chì chuỗi giải quyết vấn đề dòng điện ngược và sự cố ở cấp chuỗi pin.
- Bộ cách ly DC cung cấp khả năng ngắt kết nối thủ công an toàn khi được chọn cho nhiệm vụ DC trong hệ thống PV.
- Bộ ngắt mạch DC cung cấp chức năng bảo vệ quá dòng định mức và chức năng đóng cắt/cách ly chỉ trong giới hạn ứng dụng đã được kiểm nghiệm.
- Thiết bị chống sét lan truyền (SPD) giới hạn quá điện áp tức thời do sét hoặc do đóng cắt mạch điện.
Lỗi thiết kế phổ biến nhất là nhầm lẫn vai trò. Bộ cách ly DC không phải là cầu chì. Cầu chì không phải là thiết bị ngắt kết nối dịch vụ. SPD không phải là thiết bị bảo vệ quá dòng. Bộ ngắt mạch DC không tự động loại bỏ nhu cầu đánh giá việc sử dụng cầu chì cho chuỗi pin. Thiết kế bảo vệ tốt bắt đầu bằng việc phân tách rõ ràng các chức năng này.
Nếu bạn cần thông tin nền tảng rộng hơn trước, hãy xem chức năng của hộp kết hợp năng lượng mặt trời hay là Hướng dẫn về tủ đấu nối điện mặt trời (PV combiner box). Bài viết này tập trung cụ thể vào việc phối hợp bảo vệ.
So sánh các thiết bị bảo vệ trong tủ đấu nối điện mặt trời
| Thiết bị | Vai trò chính trong tủ đấu nối | Những gì nó không thể thay thế | Các kiểm tra lựa chọn chính |
|---|---|---|---|
| Cầu chì chuỗi | Bảo vệ các dây dẫn/mô-đun chuỗi nơi dòng điện ngược từ các chuỗi song song có thể vượt quá giới hạn an toàn | Thiết kế bố trí bộ cách ly DC, thiết bị chống sét lan truyền (SPD), bộ ngắt mạch cấp nguồn, vỏ tủ điện | Cầu chì loại gPV/PV, định mức điện áp, định mức dòng điện, định mức cầu chì nối tiếp tối đa của mô-đun, định mức đế cầu chì |
| Bộ cách ly DC | Cung cấp khả năng ngắt kết nối thủ công tại chỗ để bảo trì hoặc tiếp cận khẩn cấp | Bảo vệ quá dòng, bảo vệ chống sét lan truyền, phối hợp cầu chì chuỗi | Định mức điện áp/dòng điện DC, loại sử dụng, cách bố trí cực, khả năng cách ly, định mức cắt tải nếu được yêu cầu |
| Bộ ngắt mạch DC | Cung cấp bảo vệ quá dòng định mức DC và có thể cung cấp chức năng đóng cắt/cách ly nếu được thiết kế cho mục đích đó | Mọi quyết định về cầu chì chuỗi, SPD, các yêu cầu về thiết bị ngắt kết nối chuyên dụng cho điện mặt trời | Khả năng cắt DC, định mức điện áp, cực tính, đấu nối cực, đường cong tác động/dòng định mức, bối cảnh tiêu chuẩn |
| SPD | Giới hạn quá điện áp quá độ và chuyển hướng dòng xung sét thông qua một đường dẫn bảo vệ xác định | Bảo vệ quá dòng, ngắt sự cố, cách ly, hiệu chỉnh sai cực tính | Ucpv/MCOV, Up, In/Imax hoặc Iimp tùy trường hợp, Loại 1/Loại 2, bảo vệ dự phòng, chiều dài dây dẫn, đường tiếp địa |
Bảng này là nền tảng. Nếu một thiết kế coi bốn thiết bị này có thể thay thế cho nhau, sơ đồ bảo vệ sẽ trông có vẻ hoàn chỉnh nhưng lại hoạt động kém hiệu quả trong các sự cố thực tế, quá trình bảo trì hoặc khi có xung sét.
Tại sao phối hợp bảo vệ lại quan trọng trong tủ kết hợp điện mặt trời (PV Combiner Box)
Tủ đấu nối điện mặt trời (solar combiner box) tập hợp nhiều chuỗi quang điện (PV strings) trước khi cấp điện cho bộ biến tần (inverter) hoặc giai đoạn bảo vệ DC phía sau. Điểm hội tụ đó tạo ra một số rủi ro:
- Dòng điện ngược từ các chuỗi hoạt động bình thường vào chuỗi bị lỗi
- Khó khăn trong việc ngắt hồ quang DC
- Quá dòng trong mạch đầu ra tổng hợp
- Quá áp quá độ do sét đánh hoặc xung đóng cắt
- Tập trung nhiệt bên trong các vỏ tủ lắp đặt ngoài trời
- Rủi ro khi tiếp cận bảo trì nếu việc ngắt kết nối và dán nhãn không rõ ràng
Tủ điện không chỉ là điểm đấu nối dây. Nó là một ranh giới bảo vệ. Việc lựa chọn thiết bị kém chất lượng ở một phần của tủ điện có thể làm suy yếu toàn bộ hệ thống còn lại.
Ví dụ, cầu chì chuỗi có thể bảo vệ một chuỗi khỏi dòng điện ngược, nhưng nó không cung cấp điểm ngắt kết nối tại chỗ thuận tiện cho việc bảo trì. Bộ cách ly DC có thể giúp việc bảo trì an toàn hơn, nhưng nó sẽ không ngắt được ngắn mạch như một thiết bị bảo vệ có định mức phù hợp. Thiết bị chống sét lan truyền (SPD) có thể bảo vệ chống lại quá áp tức thời, nhưng nó không thể ngắt dòng sự cố kéo dài.
Đây là lý do tại sao sơ đồ bảo vệ nên được thiết kế như một hệ thống, thay vì là một tập hợp các linh kiện rời rạc trong danh mục.
Các tiêu chuẩn và định mức cần lưu ý
Khung tiêu chuẩn chính xác phụ thuộc vào khu vực, thông số kỹ thuật của dự án, cấp điện áp và chứng nhận sản phẩm. Nhìn chung, các nhà thiết kế thường gặp các bối cảnh sau:
| Lĩnh vực | Bối cảnh tiêu chuẩn chung | Tại sao nó quan trọng |
|---|---|---|
| Cầu chì chuỗi quang điện (PV) | Các khái niệm về cầu chì gPV theo tiêu chuẩn IEC 60269-6, các yêu cầu về cầu chì PV theo tiêu chuẩn UL/thị trường cụ thể | Cầu chì PV phải ngắt được dòng sự cố DC trong các điều kiện vận hành của hệ thống quang điện |
| Bộ ngắt kết nối / cách ly DC | Tiêu chuẩn IEC 60947-3 cho bộ ngắt kết nối và bối cảnh danh mục sử dụng | Việc đóng cắt và cách ly DC phải được xác minh cho từng ứng dụng cụ thể |
| bộ ngắt mạch DC | Tiêu chuẩn IEC 60947-2 hoặc các tiêu chuẩn/chứng nhận bộ ngắt mạch DC áp dụng khác | Khả năng cắt và định mức điện áp DC phải phù hợp với điều kiện hệ thống |
| Thiết bị chống sét lan truyền (SPD) DC cho điện mặt trời | Tiêu chuẩn IEC 61643-31 cho SPD kết nối phía DC của hệ thống điện mặt trời | Điện áp, dòng xung và đặc tính hư hỏng của SPD DC khác với SPD AC thông thường |
| Thiết kế mảng quang điện (PV array) | Các khung lắp đặt theo tiêu chuẩn IEC 62548 / IEC 60364-7-712, cùng với các quy định tại địa phương | Bảo vệ quá dòng, ngắt mạch, tiếp địa và kích thước cáp phụ thuộc vào điều kiện lắp đặt |
Không coi các tài liệu tham khảo này là danh mục kiểm tra chung cho mọi quốc gia. Đây chỉ là các cơ sở thiết kế. Việc lựa chọn sản phẩm cuối cùng phải tuân thủ thị trường mục tiêu, thông số kỹ thuật của dự án, bảng dữ liệu của nhà sản xuất và quy định tại địa phương.
Bước 1: Xác định nhiệm vụ của tủ đấu nối quang điện (PV Combiner Box)
Trước khi chọn cầu chì, bộ cách ly, bộ ngắt mạch hoặc thiết bị chống sét lan truyền (SPD), hãy xác định chức năng mong muốn của tủ đấu nối.
Hãy đặt ra những câu hỏi sau trước tiên:
- Có bao nhiêu chuỗi quang điện (PV strings) đi vào tủ?
- Điện áp DC tối đa của hệ thống là bao nhiêu?
- Tủ điện được lắp đặt gần giàn pin, gần bộ biến tần (inverter) hay tại một điểm chuyển tiếp khác?
- Tủ điện chỉ thực hiện chức năng kết hợp các chuỗi (strings) hay còn phải cung cấp khả năng cách ly tại chỗ?
- Bộ biến tần đã có sẵn chức năng bảo vệ đầu vào hoặc ngắt kết nối chưa?
- Hệ thống là loại cách ly (floating), nối đất (grounded) hay không biến áp (transformerless)?
- Các điều kiện về chống sét và tiếp địa nào được áp dụng?
- Hệ thống lắp đặt thuộc cấp điện áp 600V, 1000V, 1500V hay cấp điện áp khác?
Nếu cấp điện áp vẫn đang trong quá trình quyết định, hãy xem Các định mức hộp kết hợp điện mặt trời 600V so với 1000V so với 1500V và Hướng dẫn tuân thủ cho hộp kết hợp điện mặt trời 1000V.
Bước 2: Phối hợp cầu chì chuỗi
Cầu chì chuỗi chủ yếu dùng để bảo vệ chống lại dòng điện ngược và sự cố dòng điện ở cấp độ chuỗi. Chúng trở nên đặc biệt quan trọng khi nhiều chuỗi được đấu song song và một chuỗi bị lỗi có thể nhận dòng điện từ các chuỗi khác.
Quyết định sử dụng cầu chì chuỗi không nên dựa trên thói quen. Nó nên dựa trên:
- số lượng chuỗi song song
- dòng ngắn mạch của mô-đun và các dự tính về dòng điện đã điều chỉnh theo nhiệt độ
- định mức cầu chì nối tiếp tối đa của nhà sản xuất mô-đun
- Khả năng chịu dòng của dây dẫn chuỗi
- Thiết kế đầu vào bộ biến tần (inverter)
- Quy chuẩn địa phương hoặc tiêu chuẩn dự án
- Định mức điện áp và dòng điện DC của đế cầu chì
Ưu điểm của cầu chì chuỗi
Cầu chì chuỗi có ưu thế trong việc bảo vệ chọn lọc ở cấp độ chuỗi. Nếu một chuỗi gặp sự cố, cầu chì có thể giúp giới hạn hư hỏng trong phạm vi chuỗi đó và giảm khả năng các chuỗi song song tiếp tục cấp nguồn cho sự cố.
Hạn chế của cầu chì chuỗi
Cầu chì chuỗi không cung cấp khả năng cách ly thủ công cho toàn bộ đầu ra của tủ gom (combiner). Chúng không thay thế cho thiết bị chống sét lan truyền. Chúng không giải quyết vấn đề đi dây kém hoặc quá nhiệt do mật độ lắp đặt. Chúng cũng không làm cho đế cầu chì định mức AC trở nên phù hợp để sử dụng cho hệ thống DC quang điện (PV).
| Điểm thiết kế cầu chì | Phương pháp tiếp cận đúng | Sai lầm phổ biến |
|---|---|---|
| Loại cầu chì | Sử dụng cầu chì và đế cầu chì chuyên dụng cho hệ thống PV/DC phù hợp với cấp điện áp | Lựa chọn cầu chì AC thông thường chỉ vì định mức dòng điện có vẻ phù hợp |
| Giới hạn mô-đun | Kiểm tra định mức cầu chì nối tiếp tối đa của mô-đun | Sử dụng cầu chì có kích thước lớn hơn so với tài liệu kỹ thuật của mô-đun |
| Các chuỗi song song | Đánh giá dòng điện ngược đóng góp | Thêm hoặc lược bỏ cầu chì mà không kiểm tra cấu trúc chuỗi |
| Thiết kế đế giữ cầu chì | Phù hợp với điện áp, dòng điện, nhiệt độ và khả năng tiếp cận bảo trì của đế giữ cầu chì | Sử dụng đế giữ bị quá nhiệt hoặc khó bảo trì |
Để biết thêm thông tin hỗ trợ về cầu chì, xem Cầu chì AC so với cầu chì DC, khả năng cắt của cầu chì DC cho hệ thống quang điện (PV), Và Ngăn ngừa tình trạng nhảy cầu chì ngoài ý muốn trong tủ đấu nối điện mặt trời (solar combiner boxes).
Bước 3: Xác định vai trò của thiết bị cách ly DC (DC Isolator)
Thiết bị cách ly DC được sử dụng để ngắt mạch điện PV nhằm đảm bảo an toàn hơn khi bảo trì thiết bị. Trong tủ đấu nối, thiết bị này có thể được lắp đặt ở phía đầu ra đã kết hợp hoặc là một phần của chiến lược ngắt kết nối cục bộ rộng hơn.
Điểm quan trọng là bộ cách ly DC chủ yếu là thiết bị đóng cắt và cách ly, không phải là thiết bị bảo vệ quá dòng.
Những điều cần kiểm tra đối với bộ cách ly DC
- điện áp DC định mức trong điều kiện điện áp hở mạch PV tối đa
- dòng điện hoạt động định mức
- khả năng cắt tải nếu thiết bị sẽ được ngắt khi đang có tải
- cấu hình cực và yêu cầu đấu nối cực nối tiếp
- các hạn chế về cực tính, nếu có
- tính phù hợp cho ứng dụng điện mặt trời DC
- tay gạt có khóa và chỉ báo BẬT/TẮT rõ ràng
- tích hợp vỏ tủ và bố trí đầu vào cáp
đóng cắt DC không tương đương với đóng cắt AC. Một thiết bị chấp nhận được trên mạch AC không thể mặc định là an toàn cho nhiệm vụ điện mặt trời DC. Hồ quang DC không tự triệt tiêu qua điểm không của dòng điện, vì vậy khe hở tiếp điểm bên trong, buồng dập hồ quang, hệ thống nam châm và cách bố trí cực là rất quan trọng.
Để biết thêm thông tin, xem Công tắc cách ly DC là gì?, Bộ cách ly DC so với công tắc cách ly AC, Và Cách đọc thông số định mức của cầu dao cách ly DC.
Bộ cách ly DC và Aptomat DC có thể thay thế cho nhau không?
Đôi khi có thể, nhưng chỉ khi chức năng yêu cầu là giống nhau. Bộ cách ly DC và Aptomat DC đều có thể xuất hiện ở đầu ra của tủ gom (combiner box), và cả hai đều có thể được sử dụng để ngắt mạch điện mặt trời nếu chúng được định mức chính xác cho dịch vụ điện mặt trời DC. Tuy nhiên, chúng không tự động thay thế cho nhau được.
Quy tắc thực tế là:
- Nếu công việc là chỉ ngắt kết nối / cách ly thủ công, một thiết bị cách ly DC có định mức phù hợp thường là lựa chọn gọn gàng hơn.
- Nếu công việc bao gồm bảo vệ quá dòng hoặc ngắt sự cố, cần có một bộ ngắt mạch DC hoặc chiến lược bảo vệ dựa trên cầu chì.
- Nếu bộ ngắt mạch DC được sử dụng làm thiết bị đầu ra chính, nó chỉ có thể thay thế thiết bị cách ly riêng biệt nếu bộ ngắt mạch đó cũng được định mức và chấp nhận cho nhiệm vụ cách ly/đóng cắt yêu cầu.
- Nếu cầu chì chuỗi và các thiết bị bảo vệ phía trước/phía sau đã xử lý việc bảo vệ quá dòng, đầu ra của tủ gom (combiner) có thể chỉ cần một thiết bị cách ly DC để ngắt kết nối phục vụ bảo trì.
| Kịch bản | Lựa chọn ưu tiên tốt hơn | Tại sao |
|---|---|---|
| Tủ đấu nối (combiner box) chỉ cần ngắt kết nối thủ công tại chỗ trước khi bảo trì bộ biến tần | Bộ cách ly DC | Thiết bị đơn giản hơn để đóng cắt/cách ly khi bảo vệ quá dòng đã được xử lý ở nơi khác |
| Cáp đầu ra từ tủ đấu nối cần có bảo vệ quá dòng | Bảo vệ bằng cầu dao DC hoặc cầu chì | Chỉ riêng thiết bị cách ly sẽ không thể ngắt các sự cố quá dòng hoặc ngắn mạch |
| Dự án yêu cầu một thiết bị đầu ra cho việc đóng cắt, cách ly và bảo vệ quá dòng | Cầu dao DC, nếu được định mức cho tất cả các chức năng yêu cầu | Phải xác minh khả năng cắt dòng DC, ký hiệu/chức năng cách ly, điện áp, số cực và sự phù hợp với ứng dụng |
| Nhiều chuỗi song song đã có cầu chì chuỗi và bảo vệ đầu vào biến tần đã được quy định | Bộ cách ly DC có thể là đủ tại đầu ra của tủ gom (combiner box) | Phụ thuộc vào quy chuẩn địa phương, thiết kế biến tần, bảo vệ đường dây cấp nguồn và thông số kỹ thuật của dự án |
| Mạch chuỗi/dàn PV điện áp cao nơi yêu cầu đóng cắt khi có tải | Bộ cách ly DC chuyên dụng cho PV hoặc aptomat DC có khả năng cắt tải | Phải xác minh danh mục sử dụng hoặc định mức DC cho PV của nhà sản xuất |
| Yêu cầu điểm khóa an toàn (lockout) để bảo trì tại dàn pin hoặc tủ gom | Bộ cách ly hoặc aptomat DC có khóa phù hợp cho việc cách ly | Yêu cầu then chốt là chức năng cách ly có định mức rõ ràng và có thể khóa được |
Vì vậy, đúng là các sản phẩm này có thể thay thế cho nhau trong một số sơ đồ, nhưng chỉ sau khi người thiết kế xác định chính xác vai trò: cách ly, đóng cắt tải, bảo vệ quá dòng hoặc kết hợp các chức năng này. Trong tủ đấu nối PV (combiner box), lựa chọn tốt nhất không dựa trên tên sản phẩm; mà dựa trên chức năng bảo vệ nào còn thiếu trong hệ thống tổng thể.
Bước 4: Chọn aptomat DC một cách cẩn thận
Aptomat DC thường được sử dụng tại đầu ra tổng của tủ đấu nối hoặc trong các cấp bảo vệ DC phía sau. Chúng có thể cung cấp chức năng bảo vệ quá dòng, đóng cắt và đôi khi là cách ly, nhưng chỉ khi thiết bị được định mức và ứng dụng đúng cách.
Aptomat cần được kiểm tra các thông số sau:
- điện áp DC định mức
- dòng điện định mức
- khả năng cắt trong điều kiện dòng điện một chiều (DC)
- Cấu hình cực và yêu cầu đấu nối tiếp
- Đánh dấu cực tính hoặc thiết kế không phân cực
- Đặc tính tác động và sự phù hợp với đặc tính mạch điện PV
- Phối hợp với cầu chì phía nguồn và bảo vệ biến tần phía tải
- Nhiệt độ lắp đặt và hệ số giảm tải của vỏ tủ điện
Aptomat so với thiết bị cách ly: không được nhầm lẫn chức năng
Aptomat DC và thiết bị cách ly DC có thể trông giống nhau từ bên ngoài vỏ tủ, đặc biệt là khi cả hai đều sử dụng tay vặn hoặc lắp trên thanh ray DIN. Nhiệm vụ thiết kế của chúng là khác nhau.
| Thiết bị | Vai trò chính | Rủi ro chính nếu sử dụng sai mục đích |
|---|---|---|
| Bộ cách ly DC | Ngắt và cách ly thủ công | Thiết bị có thể không loại trừ được các sự cố quá dòng hoặc ngắn mạch |
| Bộ ngắt mạch DC | Bảo vệ quá dòng và ngắt mạch trong phạm vi định mức | Thiết bị có thể không phù hợp làm bộ ngắt kết nối tại chỗ theo yêu cầu trừ khi được đánh dấu/xếp hạng cho vai trò đó |
| Cầu chì DC | Bảo vệ nhanh ở cấp độ chuỗi hoặc dây dẫn | Đây không phải là thiết bị đóng cắt thuận tiện cho việc vận hành thường xuyên |
Để biết chi tiết liền kề, xem Cầu dao DC là gì?, Cách chọn aptomat DC (DC Circuit Breaker), Bộ ngắt mạch DC so với Cầu chì, Và Bộ cách ly DC so với Bộ ngắt mạch DC.
Bước 5: Chọn và lắp đặt thiết bị chống sét lan truyền (SPD)
SPD bảo vệ chống lại quá áp đột biến. Trong các hệ thống điện mặt trời, xung điện có thể đến từ các hiệu ứng do sét gây ra, các sự kiện đóng cắt gần đó, đường dây cáp dài hoặc tương tác của hệ thống tiếp địa. SPD trong tủ đấu nối (combiner box) không phải là phụ kiện trang trí; nó phải được lựa chọn dựa trên hệ thống DC thực tế.
Các kiểm tra chính bao gồm:
- Ucpv hoặc điện áp vận hành liên tục tối đa phù hợp với điện áp DC của hệ thống điện mặt trời
- mức bảo vệ điện áp (Lên)
- các thông số định mức dòng xả danh định và dòng xả tối đa nếu có
- yêu cầu loại 1, loại 2 hoặc loại 1+2 dựa trên khái niệm bảo vệ
- yêu cầu bảo vệ dự phòng
- chỉ báo lỗi và tín hiệu từ xa, nếu cần
- chế độ kết nối và bố trí tiếp địa
- đi dây dẫn ngắn, có kiểm soát
vị trí lắp đặt SPD rất quan trọng
Một thiết bị SPD có thông số kỹ thuật tốt vẫn có thể hoạt động kém hiệu quả nếu được lắp đặt với các dây dẫn dài và uốn lượn. Dòng điện xung sét chạy qua các dây dẫn dài sẽ tạo ra sụt áp bổ sung. Trên thực tế, khả năng bảo vệ hiệu quả tại bộ biến tần hoặc thiết bị DC có thể thấp hơn so với giá trị Up được ghi trên SPD.
Lắp đặt SPD sao cho đường dẫn kết nối ngắn, trực tiếp và phù hợp với sơ đồ đấu nối của nhà sản xuất cũng như khái niệm tiếp địa của dự án.
Để tìm hiểu sâu hơn về cách lựa chọn SPD, xem Cách chọn SPD phù hợp cho hệ thống điện mặt trời của bạn, SPD Loại 1 so với Loại 2 so với Loại 3, Uc và Up trên SPD, Nơi Lắp đặt SPD, Và Các lỗi lắp đặt thiết bị chống sét lan truyền (SPD).
Quy trình phối hợp bảo vệ thực tế
Cách tiếp cận an toàn nhất là thực hiện các quyết định theo trình tự.
| Bước | Hành động thiết kế | Tại sao nó quan trọng |
|---|---|---|
| 1 | Xác định điện áp hệ thống, số lượng chuỗi và cách bố trí đầu vào biến tần | Thiết lập toàn bộ ranh giới bảo vệ |
| 2 | Đánh giá mức độ tiếp xúc với dòng điện ngược ở cấp độ chuỗi | Xác định nhu cầu sử dụng cầu chì và vai trò của cầu chì |
| 3 | Chọn cầu chì chuỗi và đế cầu chì chuyên dụng cho điện mặt trời (PV) nếu cần | Ngăn ngừa việc giả định sai về cầu chì AC/cầu chì thông dụng |
| 4 | Xác định xem có yêu cầu thiết bị cách ly tại chỗ hay không | Xác định nhu cầu và vị trí lắp đặt thiết bị cách ly DC |
| 5 | Chọn aptomat đầu ra hoặc thiết bị bảo vệ nếu cần | Phối hợp bảo vệ đường dây cấp nguồn và chức năng đóng cắt |
| 6 | Chọn thiết bị chống sét lan truyền (SPD) dựa trên điện áp, mức độ phơi nhiễm và hệ thống tiếp địa | Ngăn ngừa việc chọn thiết bị chống sét lan truyền (SPD) không phù hợp hoặc loại phổ thông |
| 7 | Xem xét bố trí, nhiệt độ, đi dây cáp và khả năng tiếp cận bảo trì | Ngăn ngừa các lỗi tại hiện trường mà sơ đồ nguyên lý không thể hiện rõ |
Quy trình này giúp thiết kế không bị đi chệch hướng theo kiểu “một thiết bị giải quyết tất cả”. Nó cũng giúp việc giải trình danh mục vật tư (BOM) trở nên dễ dàng hơn trong quá trình đánh giá dự án.
Các mô hình bảo vệ điển hình
| Mô hình tủ gom điện mặt trời (PV combiner) | Vai trò của cầu chì | Vai trò của bộ cách ly DC | Vai trò của aptomat DC | Vai trò của thiết bị chống sét lan truyền (SPD) |
|---|---|---|---|---|
| Hệ thống nhỏ với ít chuỗi song song | Có thể phụ thuộc nhiều vào giới hạn của mô-đun và quy chuẩn địa phương | Thường được sử dụng để ngắt kết nối dịch vụ | Có thể nằm ở phía hạ nguồn hoặc được tích hợp ở nơi khác | Được đánh giá dựa trên mức độ phơi nhiễm và độ nhạy của bộ biến tần |
| Tủ gom điện (combiner box) cho mái nhà thương mại | Thường quan trọng do có nhiều chuỗi song song | Thường được sử dụng để cách ly tại chỗ | Thường được sử dụng tại đầu ra kết hợp hoặc giai đoạn bảo vệ DC hạ nguồn | Thường quan trọng vì các dàn pin mặt trời trên mái nhà dễ bị ảnh hưởng bởi xung điện áp |
| Hệ thống điện mặt trời quy mô công nghiệp hoặc dàn DC điện áp cao | Phải được kiểm tra kỹ lưỡng dựa trên điện áp hệ thống và định mức của đế giữ cầu chì | Yêu cầu thiết kế đóng cắt/cách ly DC cho hệ thống quang điện (PV) bền bỉ | Phải phù hợp với điện áp DC cao và các yêu cầu về khả năng cắt dòng | Thường là một phần của khái niệm chống sét lan truyền phối hợp trên toàn hệ thống |
| Bảo vệ đầu vào tích hợp trong bộ biến tần (inverter) | Có thể được giảm bớt hoặc thay đổi tùy thuộc vào thiết kế của bộ biến tần | Có thể vẫn được yêu cầu tại chỗ theo thiết kế dự án | Có thể được tích hợp, lắp đặt bên ngoài hoặc cả hai | Vẫn cần được phối hợp với việc đi dây cáp DC và tiếp địa |
Bố trí và thiết kế nhiệt là một phần của công tác bảo vệ
Phối hợp bảo vệ không chỉ đơn thuần là về điện. Một tủ đấu nối (combiner box) có thể sử dụng các linh kiện chính xác nhưng vẫn bị lỗi do cách bố trí.
Lưu ý đến:
- khả năng tản nhiệt của đế cầu chì
- khoảng cách giữa các thiết bị phát nhiệt
- bán kính uốn cong cáp và hướng đi dây dẫn
- chiều dài dây dẫn và đường tiếp địa của thiết bị chống sét lan truyền (SPD)
- khoảng cách giữa các dây dẫn cực dương và cực âm DC khi có yêu cầu
- khả năng tiếp cận để bảo trì cầu chì, bộ cách ly, bộ ngắt mạch và các mô-đun SPD
- rủi ro nước xâm nhập do bố trí ốc siết cáp không đúng cách
- hiển thị nhãn cho các đội bảo trì
Nếu thiết kế vỏ tủ vẫn đang mở, hãy xem xét lại lựa chọn vỏ tủ hộp đấu nối điện mặt trời (PV combiner box), vị trí lắp đặt hộp đấu nối trong nhà so với ngoài trời, nguyên nhân và giải pháp khắc phục tình trạng quá nhiệt trong hộp đấu nối điện mặt trời, và danh mục kiểm tra hộp đấu nối điện mặt trời.
Các lỗi thiết kế phổ biến
Sai lầm 1: Coi bộ ngắt mạch (breaker) là thiết bị thay thế vạn năng cho cầu chì
Bộ ngắt mạch DC tại đầu ra kết hợp có thể là thiết bị thiết yếu, nhưng nó không tự động giải quyết vấn đề bảo vệ dòng ngược ở cấp độ chuỗi. Nhu cầu sử dụng cầu chì cho chuỗi vẫn cần được đánh giá.
Sai lầm 2: Sử dụng thiết bị bảo vệ AC trong mạch điện mặt trời (PV) DC
Việc ngắt mạch DC trong hệ thống PV khác với ngắt mạch AC. Các thiết bị phải được định mức phù hợp với điện áp DC thực tế và ứng dụng cụ thể.
Sai lầm 3: Lắp đặt bộ cách ly và cho rằng vấn đề bảo vệ quá dòng đã được giải quyết
Bộ cách ly DC chỉ cung cấp chức năng ngắt kết nối. Nó không tự động cung cấp khả năng bảo vệ chống ngắn mạch hoặc quá tải.
Sai lầm 4: Chỉ chọn thiết bị chống sét lan truyền (SPD) dựa trên nhãn “PV SPD”
SPD phải phù hợp với các thông số Ucpv/MCOV, khả năng chịu xung, điểm lắp đặt, bảo vệ dự phòng và sơ đồ tiếp địa. Chỉ riêng nhãn dán là không đủ.
Sai lầm 5: Bỏ qua chiều dài dây dẫn và bố trí thiết bị
Dây dẫn SPD quá dài, giá đỡ cầu chì chật chội và việc đi dây không hợp lý có thể làm giảm hiệu quả của một lựa chọn linh kiện vốn đã chính xác về mặt kỹ thuật.
Sai lầm 6: Thiết kế chỉ dựa trên sơ đồ nguyên lý mà không tính đến người vận hành
Tủ điện hoàn thiện phải đảm bảo khả năng kiểm tra và bảo trì. Việc thay thế cầu chì, vận hành bộ cách ly, đặt lại aptomat, kiểm tra trạng thái SPD và đọc nhãn thiết bị phải khả thi trong môi trường lắp đặt thực tế.
Danh mục kiểm tra dành cho người thiết kế
| Điểm kiểm tra | Xác nhận trước khi phát hành |
|---|---|
| Kiến trúc chuỗi (string) | Đã xác định được số lượng chuỗi song song và dòng sự cố đóng góp |
| Giới hạn bảo vệ mô-đun | Định mức cầu chì nối tiếp tối đa của mô-đun đã được kiểm tra |
| Thiết kế cầu chì | Cầu chì và đế giữ cầu chì phải đạt chuẩn DC cho điện mặt trời và được bố trí phù hợp |
| Thiết kế bộ cách ly | Định mức, cách bố trí cực, và chức năng đóng cắt/cách ly của bộ cách ly DC đã được xác nhận |
| Thiết kế bộ ngắt mạch (aptomat) | Định mức, khả năng cắt, cực tính và vai trò của bộ ngắt mạch DC đã được xác định |
| Thiết kế thiết bị chống sét lan truyền (SPD) | Kiểm tra các thông số Ucpv, Up, dòng xả, loại thiết bị, bảo vệ dự phòng và đường tiếp địa |
| Bố trí thiết bị | Xem xét khoảng cách nhiệt, đi dây dẫn, chiều dài dây dẫn SPD và lối tiếp cận bảo trì |
| Tài liệu | Sơ đồ nguyên lý, danh mục vật tư (BOM), nhãn dán, biển cảnh báo và các điểm kiểm tra phải khớp với tủ điện thực tế |
Câu hỏi thường gặp
Aptomat DC có thể thay thế cầu chì chuỗi trong tủ kết hợp điện mặt trời (combiner box) không?
Không phải tự động. Aptomat DC tại đầu ra tổng có thể bảo vệ và cách ly mạch đầu ra, nhưng cầu chì chuỗi giải quyết vấn đề dòng ngược ở cấp độ chuỗi từ các chuỗi song song. Đây là các vấn đề bảo vệ khác nhau.
Bộ cách ly DC có giống với aptomat DC không?
Không. Bộ cách ly DC cung cấp khả năng ngắt và cách ly thủ công khi được định mức cho ứng dụng đó. Bộ ngắt mạch DC cung cấp khả năng bảo vệ quá dòng và ngắt mạch trong phạm vi định mức của nó. Một số sản phẩm có thể kết hợp cả hai chức năng, nhưng bảng dữ liệu kỹ thuật phải hỗ trợ rõ ràng cho mục đích sử dụng dự kiến.
Mọi hộp đấu nối năng lượng mặt trời (combiner box) có cần cầu chì chuỗi không?
Không phải lúc nào cũng cần. Nhu cầu này phụ thuộc vào số lượng chuỗi, định mức cầu chì nối tiếp tối đa của mô-đun, khả năng tiếp xúc với dòng điện ngược, thiết kế đầu vào của bộ biến tần và các yêu cầu tại địa phương. Quyết định này nên được tính toán hoặc biện minh, thay vì sao chép từ một thiết kế chung chung.
Mọi hộp đấu nối năng lượng mặt trời có cần thiết bị chống sét lan truyền (SPD) không?
Nhiều hộp đấu nối PV bao gồm bảo vệ SPD vì các mảng PV dễ gặp rủi ro về xung điện, nhưng việc lựa chọn cuối cùng phụ thuộc vào mức độ phơi nhiễm tại địa điểm, điện áp hệ thống, cách bố trí tiếp địa, độ nhạy của bộ biến tần và các yêu cầu của dự án.
SPD nên được lắp đặt ở đâu bên trong hộp đấu nối?
SPD nên được lắp đặt gần các dây dẫn và vùng bảo vệ mà nó dự định bảo vệ, với các dây dẫn ngắn và trực tiếp đến đường dẫn bảo vệ thích hợp. Luôn tuân thủ sơ đồ đấu dây của nhà sản xuất SPD và thiết kế tiếp địa của dự án.
Có thể sử dụng bộ ngắt mạch AC hoặc bộ cách ly AC trong hộp đấu nối DC không?
Không nên mặc định chúng là phù hợp. Việc đóng cắt và ngắt dòng điện một chiều (DC) đòi hỏi khắt khe hơn vì dòng điện không tự động đi qua điểm không. Hãy sử dụng các thiết bị được xếp hạng rõ ràng cho dịch vụ DC quang điện (PV) ở mức điện áp và dòng điện yêu cầu.
Sai lầm phổ biến nhất trong phối hợp bảo vệ là gì?
Sai lầm phổ biến nhất là giao sai nhiệm vụ cho sai thiết bị: dựa vào aptomat (breaker) để phối hợp với cầu chì chuỗi, coi bộ cách ly (isolator) là thiết bị bảo vệ quá dòng, hoặc lắp đặt thiết bị chống sét lan truyền (SPD) mà không kiểm tra điện áp và cách bố trí dây dẫn.
Bản tóm tắt
Thiết kế bảo vệ tủ hợp dòng điện mặt trời (solar combiner box) là một bài toán phối hợp. Cầu chì, bộ cách ly DC, aptomat DC và SPD, mỗi loại giải quyết một phần khác nhau trong hồ sơ rủi ro.
Sử dụng cầu chì chuỗi để quản lý dòng điện ngược ở cấp chuỗi và sự tiếp xúc với lỗi. Sử dụng Bộ cách ly DC để ngắt kết nối và cách ly tại chỗ. Sử dụng Bộ ngắt mạch DC ở những nơi yêu cầu bảo vệ quá dòng và ngắt mạch được xếp hạng cho DC. Sử dụng SPD để giảm ứng suất quá áp tạm thời.
Thiết kế tối ưu không phải là thiết kế có nhiều linh kiện nhất. Đó là thiết kế mà mỗi linh kiện đều có vai trò rõ ràng, định mức chính xác, vị trí phù hợp và sự phối hợp được ghi chép đầy đủ với phần còn lại của hệ thống điện mặt trời.
