Viršįtampių apsaugos įrenginių pasirinkimas PV sistemoms – viršįtampių viršįtampių viršįtampių tipų pasirinkimas

Fotovoltinė (FV) energijos gamyba yra pagrindinis atsinaujinančios energijos šaltinis ir ekonomiškai labai konkurencinga, palyginti su tradicine energijos gamyba. Mažos paskirstytos FV sistemos, tokios kaip ant stogų montuojamos saulės baterijos, tampa vis populiaresnės. Ant stogų montuojamos FV sistemos apima tiek kintamosios, tiek nuolatinės srovės paskirstymą, o įtampa siekia iki 1500 V. Didelės rizikos zonose nuolatinės srovės pusė, ypač FV plokštės, gali būti tiesiogiai veikiamos žaibo smūgių, todėl jos yra pažeidžiamos žaibo.

Pastatų žaibosauga skirstoma į išorinę apsaugą (Žaibosaugos sistema, ŽPS) ir vidinę apsaugą (Apsaugos nuo viršįtampių priemonės, SPM), atsižvelgiant į žaibo riziką. Apsaugos nuo viršįtampių įtaisai (SPD), kaip vidinės apsaugos dalis, apsaugo nuo trumpalaikių viršįtampių, kuriuos sukelia atmosferinis žaibas arba perjungimo operacijos. SPD įrengiami saugomos įrangos išorėje ir daugiausia veikia taip: kai elektros energijos sistemoje nėra viršįtampio, SPD reikšmingai neįtakoja įprasto saugomos sistemos veikimo. Atsiradus viršįtampiui, SPD pasižymi maža varža, nukreipdamas viršįtampio srovę per save ir apribodamas įtampą iki saugaus lygio. Praėjus viršįtampiui ir išnykus bet kokiai liekamajai srovei, SPD grįžta į didelės varžos būseną.

1. Viršįtampių apsaugos įtaisų (SPD) įrengimo vieta

Žaibo apsaugos įtaisų (SPD) įrengimo vieta nustatoma pagal žaibo grėsmės laipsnį ir remiantis IEC 62305 standarte pateikta žaibo apsaugos zonų (LPZ) koncepcija. Trumpalaikiai viršįtampiai palaipsniui mažinami iki saugaus lygio, kuris turi būti mažesnis už saugomos įrangos atsparumo įtampą. Kaip parodyta paveiksle, SPD įrengiami šių zonų ribose, todėl atsirado daugiapakopė viršįtampių apsauga, naudojama žemos įtampos sistemose. Fotovoltinių sistemų atveju pagrindinis dėmesys skiriamas žaibo viršįtampių patekimo per kintamosios ir nuolatinės srovės puses prevencijai, taip apsaugant svarbius komponentus, tokius kaip keitikliai.

2. Apsaugos nuo viršįtampių įtaisų (SPD) bandymų klasės

Pagal IEC 61643-11 standartą, SPD skirstomi į tris bandymų kategorijas pagal žaibo srovės impulso tipą, kuriam jie yra skirti atlaikyti. I tipo bandymai (pažymėti T1) skirti imituoti dalines žaibo sroves, kurios gali patekti į pastatą. Šiuose bandymuose naudojama 10/350 µs bangos forma, kaip parodyta paveikslėlyje, ir jie paprastai taikomi LPZ0 ir LPZ1 riboje, pavyzdžiui, pagrindiniuose skirstomuosiuose skyduose arba žemos įtampos transformatorių įvaduose. Šio lygio SPD paprastai yra įtampos perjungimo tipo, su tokiais komponentais kaip dujų išlydžio vamzdeliai arba kibirkščių tarpikliai (pvz., ragų tarpikliai arba grafito tarpikliai).

II tipo (T2) ir III tipo (T3) bandymams naudojami trumpesnės trukmės impulsai. II tipo SPD paprastai yra įtampą ribojantys įtaisai, kuriuose naudojami tokie komponentai kaip metalo oksido varistoriai (MOV). Jie bandomi nominalia išlydžio srove, naudojant 8/20 µs srovės bangos formą (žr. paveikslėlį), ir yra atsakingi už tolesnį likutinės įtampos šuolių, atsirandančių iš priešsrovio apsaugos įtaiso, ribojimą. III tipo bandymams naudojamas kombinuotas bangų generatorius su 1,2/50 µs įtampos ir 8/20 µs srovės impulsu (žr. paveikslėlį žemiau), imituojantis įtampos šuolius arčiau galutinės įrangos.

3. Viršįtampių apsaugos įtaiso (SPD) prijungimo tipas

Yra du pagrindiniai apsaugos nuo trumpalaikių viršįtampių režimai. Pirmasis yra bendro režimo apsauga (CT1), skirta apsaugoti nuo viršįtampių tarp įtampos laidininkų ir PE (apsauginio įžeminimo). Pavyzdžiui, žaibo smūgiai gali į sistemą įvesti aukštą įtampą, palyginti su įžeminimu. Bendro režimo apsauga padeda sušvelninti tokių išorinių trikdžių, kaip žaibas, poveikį, kaip parodyta toliau.

Antrasis yra diferencinio režimo apsauga (CT2), kuri apsaugo nuo viršįtampių tarp linijos laidininko (L) ir neutralaus laidininko (N). Šio tipo apsauga yra ypač svarbi šalinant vidinius trikdžius, tokius kaip elektrinis triukšmas ar trukdžiai, generuojami pačioje sistemoje, kaip parodyta toliau pateiktoje diagramoje.

Įdiegus vieną arba abu šiuos apsaugos režimus, elektros sistemos gali būti geriau apsaugotos nuo galimų viršįtampių šaltinių, o tai galiausiai padidina prijungtos įrangos ilgaamžiškumą ir patikimumą.

Svarbu atkreipti dėmesį, kad SPD apsaugos režimų pasirinkimas turėtų atitikti esamą įžeminimo sistemą. TN sistemose galima naudoti ir CT1, ir CT2 apsaugos režimus. Tačiau TT sistemose CT1 gali būti taikomas tik pasroviui nuo RCD. IT sistemose, ypač tose, kuriose nėra neutralaus laidininko, CT2 apsauga netaikoma. Tai yra labai svarbus aspektas nuolatinės srovės paskirstymo sistemose, kuriose naudojamos IT įžeminimo konfigūracijos. Išsamesnės informacijos rasite toliau pateiktoje lentelėje.

4. Pagrindiniai viršįtampių apsaugos įtaisų (SPD) parametrai

Pagal tarptautinį standartą IEC 61643-11, prie žemosios įtampos elektros energijos paskirstymo sistemų prijungtų SPD charakteristikos ir bandymai yra apibrėžti, kaip parodyta 7 paveiksle.

(1) Įtampos apsaugos lygis (aukštyn)

Svarbiausias BPD pasirinkimo aspektas yra jo įtampos apsaugos lygis (Up), kuris apibūdina BPD veikimą ribojant įtampą tarp gnybtų. Ši vertė turėtų būti didesnė už maksimalią prispaudimo įtampą. Ji pasiekiama, kai per BPD tekanti srovė yra lygi nominaliam išlydžio srovei In. Pasirinktas įtampos apsaugos lygis turi būti mažesnis už apkrovos impulsinę atsparumo įtampą Uw. Žaibo smūgio atveju įtampa tarp BPD gnybtų paprastai palaikoma mažesnė nei Up. Fotovoltinių (PV) nuolatinės srovės sistemų apkrova paprastai reiškia PV modulius ir keitiklius.

(2) Didžiausia nuolatinė darbinė įtampa (Uc)

Uc yra maksimali nuolatinė įtampa, kuri gali būti nuolat tiekiama į SPD apsaugos režimą. Ji parenkama atsižvelgiant į vardinę įtampą ir sistemos įžeminimo konfigūraciją ir yra SPD aktyvavimo riba. Fotovoltinių sistemų nuolatinės srovės pusėje Uc turėtų būti didesnė arba lygi FV masyvo Uoc Max. Uoc Max reiškia didžiausią atvirosios grandinės įtampą tarp fazinių gnybtų ir tarp fazinio gnybto bei įžeminimo nurodytame FV masyvo taške.

(3) Nominali iškrovos srovė (in)

Tai yra 8/20 μs bangos formos srovės, tekančios per SPD, didžiausia vertė, naudojama II tipo bandymams ir I bei I tipų išankstinio parengimo bandymams. II tipasIEC reikalauja, kad SPD atlaikytų bent 19 8/20 μs bangos formos srovės išlydžių. Kuo didesnė In vertė, tuo ilgesnis SPD tarnavimo laikas, tačiau kartu padidėja ir kaina.

(4) Impulsinė srovė (Iimp)

Ši srovė, apibrėžiama trimis parametrais: srovės maksimumu (Ipeak), krūviu (Q) ir savitąja energija (W/R), naudojama I tipas bandymai. Tipinė bangos forma yra 10/350 μs.