Apsauginiai saulės energijos sistemų įtaisai
Saulės energijos sistemos (PLTS) vis dažniau naudojamos namuose, komerciniuose pastatuose, pramonės šakose ir viešosiose įstaigose. Be to, kad PLTS yra švarus ir gausus energijos šaltinis, jos taip pat gali sumažinti sąskaitas už elektrą ir padidinti energetinį saugumą. Tačiau, kaip ir kitos elektros sistemos, PLTS susiduria su įvairiais pavojais: įtampos šuoliais, viršsrovėmis, trumpaisiais jungimais, netiesioginiais žaibo smūgiais, montavimo klaidomis ir komponentų degradacija dėl karščio ir aplinkos. Todėl apsauginiai įtaisai yra labai svarbūs saugiam, stabiliam ir ilgalaikiam sistemos veikimui.
Šiame straipsnyje aptariami pagrindiniai saulės energijos sistemų apsaugos įtaisai, jų atitinkamos funkcijos ir dažniausiai taikomi išdėstymo principai.
Kodėl saulės energijos sistemoms reikalinga apsauga?
Saulės elektrinė (SPJJ) susideda iš kelių komponentų: saulės (FV) modulių, nuolatinės srovės kabelių ir jungčių, jungimo dėžutės, keitiklio, akumuliatorių (jei tai hibridinė / autonominė sistema) ir kintamosios srovės paskirstymo skydelio, prijungto prie apkrovos arba SPJJ tinklo. Kiekvienas komponentas turi skirtingas savybes ir kelia skirtingus pavojus. Nuolatinės srovės pusėje gali būti aukšta įtampa ir didelės srovės, kurios tekėti ir esant šviesai, todėl srovės nutraukimas ir gedimų valdymas skiriasi nuo kintamosios srovės pusės. Tuo tarpu kintamosios srovės pusėje kyla įprasti elektros instaliacijos pavojai, tokie kaip viršsrovė, izoliacijos pažeidimas ir srovės nuotėkis.
Be tinkamos apsaugos, nedidelis trikdis gali peraugti į keitiklio pažeidimą, trumpąjį laidų jungimą, gaisrą ar net kelti pavojų technikų ir pastato gyventojų saugumui. Tinkama apsauga taip pat supaprastina techninę priežiūrą: sistemą galima izoliuoti atskiromis dalimis, nustatyti gedimo vietą ir saugiai pakeisti komponentus.
1) Nuolatinės ir kintamosios srovės saugikliai
Saugikliai yra paprasčiausi ir plačiausiai naudojami apsaugos įtaisai. Jų funkcija – nutraukti srovę viršsrovės arba trumpojo jungimo atveju. Saulės elektrinėse (PLTS) nuolatinės srovės saugikliai dažnai montuojami kiekvienoje skydo eilutėje (modulių serijoje) prieš įeinant į jungimo dėžutę arba keitiklį. Tai svarbu, nes jei viena eilutė sugenda, atvirkštinė srovė iš kitų stygų gali tekėti į pažeistą eilę ir įkaitinti laidus ar jungtis.
Keitiklio išėjimo pusėje sumontuotas kintamosios srovės saugiklis, skirtas apsaugoti kintamosios srovės grandinę nuo viršsrovės. Renkantis saugiklius, reikia atsižvelgti į srovės vardinę vertę, atjungimo gebą ir tinkamumą nuolatinei arba kintamajai srovei. Nuolatinės srovės saugiklių negalima tiesiog pakeisti kintamosios srovės saugikliais, nes nuolatinės srovės lanko gesinimas yra sudėtingesnis.
2) MCB ir MCCB (grandinės pertraukiklis)
Miniatiūriniai grandinės pertraukikliai (MCCB) ir lietiniai grandinės pertraukikliai (MCCB) veikia kaip apsauga nuo viršsrovės ir trumpojo jungimo, taip pat gali būti naudojami kaip rankiniai jungikliai. Kintamosios srovės pusėje MCB dažniausiai naudojami apkrovos grandinėms ir paskirstymo linijoms. Nuolatinės srovės pusėje yra specialūs nuolatinės srovės MCB, skirti nuolatinei įtampai ir lanko charakteristikoms.
Automatinių jungiklių pranašumas, palyginti su saugikliais, yra tas, kad juos galima nustatyti iš naujo po suveikimo (jei gedimo priežastis pašalinta). Tačiau saulės fotovoltinių įrenginių atveju, atsižvelgiant į projektavimo reikalavimus, srovės stiprius ir stygų konfigūraciją, saugikliai ir automatiniai jungikliai dažnai derinami.
3) SPD (viršįtampių apsaugos įtaisas) arba įtampos viršįtampių ribotuvas
SPD apsaugo įrangą nuo trumpalaikių įtampos šuolių, kuriuos sukelia netiesioginis žaibas, didelis apkrovų perjungimas arba tinklo trikdžiai. Įtampos šuoliai gali sugadinti keitiklius, MPPT, stebėjimo sistemas ir ryšio įrenginius. Saulės elektrinėse (PLTS) SPD paprastai įrengiami:
– Nuolatinės srovės pusėje: šalia jungimo dėžutės arba keitiklio įėjimo (SPD DC).
– Kintamosios srovės pusėje: keitiklio išėjimo paskirstymo skydelyje (SPD AC).
– Ryšio kelias: eternetas / RS485, jei yra pažeidžiama stebėjimo įranga.
Renkantis apsaugos nuo žaibo įtaisą (BSD), atsižvelgiama į klasę (1 tipas / 2 tipas), sistemos įtampą ir viršįtampių srovės pajėgumą. Vietose, kuriose yra didelė žaibo rizika, arba pastatuose su žaibosaugos sistemomis, BPD ir įžeminimo sistemos koordinavimas yra labai svarbus.
4) RCD/ELCB/RCCB (apsauga nuo srovės nuotėkio)
RCD (nuolatinės srovės įtaisas) arba ELCB/RCCB aptinka srovės nuotėkį į žemę, kuris gali sukelti elektros smūgį arba gaisrą. Kintamosios srovės sistemose RCD dažniausiai naudojami siekiant apsaugoti žmones nuo netiesioginio kontakto. Saulės elektrinėse juos naudojant reikia atsižvelgti į keitiklio tipą (betransformatorinis arba be transformatorinis) ir į nuolatinės srovės nuotėkio komponentų, kurie gali turėti įtakos RCD veikimui, galimybę.
Kai kuriose sistemose, atsižvelgiant į keitiklio gamintojo rekomendacijas ir įrengimo standartus, naudojamas specialus RCD tipas (pavyzdžiui, A arba B tipo). Tai užtikrina, kad RCD nesuveiktų klaidingai, bet išliktų veiksmingas pavojingo srovės nuotėkio atveju.
5) Nuolatinės srovės izoliatorius (nuolatinės srovės atjungimo jungiklis)
Nuolatinės srovės izoliatorius yra jungiklis, leidžiantis technikams saugiai atjungti saulės baterijų ir keitiklio jungtį. Tai labai svarbu atliekant keitiklio techninę priežiūrą, keičiant komponentus ar atliekant patikrinimus. Kadangi fotovoltinė pusė ir toliau generuos elektrą, kai bus veikiama šviesos, saugus ir aiškiai paženklintas atjungimas apsaugo nuo elektros smūgio ir nuolatinės srovės kibirkščiavimo rizikos.
Nuolatinės srovės izoliatoriai turi turėti atitinkamą įtampos ir srovės vardinę vertę ir būti specialiai suprojektuoti nuolatinei srovei, kad užgesintų lanką. Paprastai jie yra šalia keitiklio, o kai kuriuose modeliuose jie taip pat yra jungimo dėžutėje.
6) Akumuliatoriaus apsauga: BMS, saugikliai ir grandinės pertraukikliai
Baterijomis maitinamose sistemose (autonominėse arba hibridinėse) baterijų apsauga yra labai svarbi, nes baterijos kaupia didelius energijos kiekius ir trumpojo jungimo metu gali išskirti labai dideles sroves. Įprasti apsaugos įtaisai apima:
– BMS (akumuliatoriaus valdymo sistema): stebi kiekvieno elemento įtampą, temperatūrą, įkrovimo / iškrovimo srovę ir atjungia, jei parametrai viršija saugias ribas.
– Saugiklis arba nuolatinės srovės jungiklis akumuliatoriaus linijoje: apsaugo laidus ir įrangą nuo trumpojo jungimo srovių.
– Kontaktorius arba relė: leidžia automatiškai atjungti nenormaliomis sąlygomis.
Ši apsauga padeda išvengti perkaitimo, elementų pažeidimo ir šiluminio išsijungimo rizikos tam tikrų tipų baterijose.
7) Įžeminimas ir sujungimas
Įžeminimas – tai ne tik „kabelio įjungimas į žemę“, bet ir sistema, skirta saugiai nukreipti gedimų ir viršįtampių sroves, sumažinti prisilietimo įtampą ir padidinti viršįtampių apsaugos nuo srovės ričių bei nuotėkio srovės apsaugos efektyvumą. Saulės elektrinėse įžeminimas apima:
– Modulio rėmo ir tvirtinimo konstrukcijos įžeminimas
– Keitiklio ir elektros skydinės įžeminimas
– Metalinių dalių sujungimas, siekiant išvengti potencialų skirtumų
Įžeminimo konstrukcijai įtakos turi sistemos tipas (tinklinė, hibridinė), keitiklio tipas ir vietiniai standartai. Prastas įžeminimas gali sumažinti SPD neveiksmingumą ir padidinti pažeidimo riziką viršįtampių metu.
8) Šiluminė apsauga ir kabelių valdymas
Be elektros prietaisų, svarbų vaidmenį atlieka ir mechaniniai bei šiluminiai veiksniai. Saulėje veikiami nuolatinės srovės kabeliai, atsilaisvinusios jungtys arba netinkamai iškloti kabeliai gali sukelti karštus taškus, izoliacijos pablogėjimą ir gaisrus. Todėl svarbios apsaugos priemonės apima:
– Fotovoltinių kabelių su UV spinduliams ir aukštai temperatūrai atsparia izoliacija pasirinkimas
– Vamzdynų arba kabelių apsaugų naudojimas pažeidžiamose vietose
– Išdėliokite laidus taip, kad jie nebūtų suspausti, neliptų prie aštrių briaunų ir turėtų įtempimo mažinimo įtaisą.
– Patikrinkite, ar MC4 (arba panaši) jungtis yra suderinama ir sumontuota pagal sukimo momentą.
Nors tai gali atrodyti paprasta, ši praktika dažnai yra ilgalaikio saugumo raktas.
Geros apsaugos vietos principai
Paprastai apsauga įrengiama kuo arčiau galimo gedimo šaltinio arba energijos šaltinio: styginiai saugikliai šalia jungiklio, SPD šalia keitiklio / skydo, akumuliatorių pertraukikliai šalia akumuliatoriaus ir izoliatoriai lengvai pasiekiamose vietose avariniu atveju. Be to, labai svarbus įrenginių koordinavimas: automatinio jungiklio, saugiklių ir kabelių vardinės vertės turi būti suderintos taip, kad suveiktų arčiausiai gedimo vietos esantis įrenginys, o ne išjungtų visą sistemą.
Dokumentacija taip pat yra apsaugos dalis: etiketės, vienos linijos diagramos ir avarinio išjungimo procedūros padeda technikams ir naudotojams veikti greitai ir saugiai.
Uždarymas
Apsauginė saulės energijos sistemos įranga yra investicija, lemianti įrangos saugumą, patikimumą ir tarnavimo laiką. Saugikliai, automatiniai jungikliai, apsauginiai jungikliai, srovės slopinimo įtaisai, nuolatinės srovės izoliatoriai, akumuliatoriaus apsauga naudojant pastatų valdymo sistemą (BMS) ir tinkamas įžeminimas yra pagrindiniai elementai, kuriuos reikėtų suplanuoti nuo pat projektavimo pradžios. Tinkamai apsaugant ir standartiškai įrengus, saulės energijos sistema ne tik gamins švarią energiją, bet ir veiks saugiai bei su minimaliais trikdžiais ilguoju laikotarpiu.
Jei pageidaujate, galiu pritaikyti šį straipsnį į techninę versiją (su apsaugos schemų pavyzdžiais ir bendromis vertinimo rekomendacijomis) arba paprastesnę versiją neprofesionaliam skaitytojui.
