Pagtutulungan ng mga Surge Protector, Circuit Breaker, at Fuse sa mga Photovoltaic System: Pagsusuri ng Functional at Talakayan sa Pangangailangan

Panimula

Dahil sa mabilis na pag-unlad ng pandaigdigang industriya ng photovoltaic, ang kaligtasan at katatagan ng mga sistema ng pagbuo ng solar power ay naging pokus ng atensyon ng industriya. Ang mga sistemang photovoltaic ay matagal nang nakalantad sa labas at mahina sa mga banta tulad ng mga tama ng kidlat, pagbabago-bago ng grid ng kuryente, at pagkasira ng kagamitan, na maaaring magdulot ng pinsala sa kagamitan o maging sunog. Ang mga surge protector (SPD), circuit breaker, at piyus ay mga pangunahing aparato ng proteksyon na bawat isa ay gumaganap ng kani-kanilang mga tungkulin at nagtutulungan sa isa't isa upang matiyak ang ligtas na operasyon ng sistema. Susuriin nang malalim ng artikulong ito ang kanilang mga tungkulin, mekanismo ng koordinasyon, at pangangailangan upang magbigay ng sanggunian para sa mga gumagamit ng industriya.

I. Ang mga Sistemang Photovoltaic na Nakaharap sa "Hindi Nakikitang Mamamatay"

Ang mga photovoltaic power station ay parang mga "mandirigmang bakal" na nagtatrabaho sa bukas na hangin, patuloy na dumaranas ng iba't ibang malupit na pagsubok.

1.1 Mga isyu sa pagtama ng kidlat:

Sa partikular, sa Gitnang Silangan at Timog-silangang Asya, ang isang panahon ng pagkidlat-pagkulog ay maaaring maparalisa ang mga sistemang kulang sa proteksyon.
1.2 Mga pagbabago-bago sa grid ng kuryente:
Sa proyektong Chilean na ako ang nangangasiwa, ilang kagamitan ang nasunog dahil sa biglaang pagtaas ng boltahe sa grid.

1.3 Panganib sa short circuit:
Noong nakaraang taon, isang proyekto sa Germany ang nakaranas ng short circuit dahil sa mga tumatandang kable, na muntik nang magdulot ng sunog.

Hindi pagmamalabis ang mga panganib na ito. Ayon sa International Photovoltaic Safety Alliance, mahigit 60% ng mga pagkabigo ng photovoltaic system ay dahil sa hindi sapat na proteksyong elektrikal.

II. Mga Pangunahing Tungkulin ng mga Surge Protective Device (SPD)

2.1 Prinsipyo ng Paggawa
Inililipat ng SPD ang transient overvoltage papunta sa lupa sa pamamagitan ng mga metal oxide varistor (MOV) o gas discharge tubes (GDT), na naglilimita sa boltahe sa loob ng ligtas na saklaw. Sa mga photovoltaic system, ang mga SPD ay karaniwang naka-install sa mga sumusunod na lokasyon:
DC na bahagi (sa pagitan ng mga module at ng inverter): Upang maprotektahan laban sa mga surge na dulot ng kidlat.
Bahagi ng AC (sa pagitan ng inverter at ng grid): Upang sugpuin ang overvoltage mula sa gilid ng grid.

2.2 Mga Pangunahing Parameter
Pinakamataas na boltahe ng patuloy na pagpapatakbo (Uc): Dapat tumugma sa antas ng boltahe ng photovoltaic system (tulad ng 1000V DC o 1500V DC).
Discharge current (In/Iimp): Ipinapakita ang kakayahang mag-discharge ng lightning current, at ang mga photovoltaic system ay karaniwang nangangailangan ng 20kA o mas mataas pa.
Antas ng proteksyon ng boltahe (Pataas): Tinutukoy ang natitirang laki ng boltahe at dapat na mas mababa kaysa sa boltaheng natitiis ng protektadong kagamitan.

2.3 Pangangailangan
Pigilan ang mga mamahaling kagamitan tulad ng mga inverter at combiner box na masira ng mga surge.
Sumunod sa mga internasyonal na pamantayan (tulad ng IEC 6164331, UL 1449) at mga kinakailangan sa pagtanggap para sa mga photovoltaic power station.

Ika-3. Tungkulin at pagpili ng mga circuit breaker at piyus

3.1 Pampasira ng Sirkito
Tungkulin:
•Proteksyon sa Labis na Karga: Kapag ang kuryente ay lumampas sa itinakdang halaga (tulad ng 1.3 beses ng rated na kuryente), ang mekanismo ng thermal trip ay gumagana.
•Proteksyon sa Short Circuit: Pinuputol ng electromagnetic trip mechanism ang short-circuit current (tulad ng 10kA) sa loob ng ilang millisecond.

•Mga Katangian ng Aplikasyon para sa Photovoltaic:
Kailangang pumili ng isang nakalaang DC circuit breaker (tulad ng DC 1000V/1500V).
Ang kapasidad sa pagsira ay dapat tumugma sa kasalukuyang short-circuit ng sistema (karaniwan ay ≥ 15kA).

3.2 Piyus
Tungkulin:
Sa pamamagitan ng pagtunaw sa elemento ng piyus, mabilis nitong maihihiwalay ang sirang circuit at mapoprotektahan ang sangay na konektado sa serye.

Mga Kalamangan:
Mas mabilis ang bilis ng pagdiskonekta (sa antas ng microsecond), na angkop para sa mga senaryo ng mataas na short-circuit current.
Ito ay maliit sa laki at angkop para sa mga kahon na may dalang kuryente na may limitadong espasyo.

3.3 Pakikipagtulungan sa SPD

Ang SPD ay responsable para sa proteksyon ng boltahe, habang ang mga circuit breaker/fuse protector ay responsable para sa proteksyon ng kasalukuyang.
Kapag pumalya ang SPD dahil sa surge breakdown, maaaring agad na putulin ng mga circuit breaker o fuse protector ang sirang circuit upang maiwasan ang sunog.

Ⅳ. Pag-aaral ng kaso ng sistema ng proteksyon na may maraming antas

Kunin ang isang 1MW photovoltaic power station bilang halimbawa:
4.1 Proteksyon sa panig ng DC
Mga sangay ng serye ng mga bahagi: Magkabit ng mga piyus (tulad ng 10A uri ng gPV) para sa bawat serye.
Pasukan ng combiner box: Ikabit ang Type II SPD (Up ≤ 1.5kV) at DC circuit breaker (63A).

4.2 Proteksyon sa panig ng AC
Dulo ng output ng inverter: I-configure ang Type 1+2 SPD (Iimp ≥ 12.5kA) at molded case circuit breaker (250A).

4.3 Simulasyon ng senaryo ng pagkakamali
Kapag may tumama na kidlat: Naglalabas ang SPD ng surge current at kinakapitan ang boltahe sa ibaba ng 2kV; kung ang SPD ay masira dahil sa short circuit, magti-trip ang circuit breaker.
Kapag may short circuit sa linya: Natutunaw ang fuse sa loob ng 5ms upang maiwasan ang pagkalat ng thermal spot effect.

Ⅴ. Mga pag-iingat para sa pagpili at pag-install

5.1 Pagpili ng SPD
Para sa panig ng DC, dapat pumili ng isang photovoltaic-specific SPD (tulad ng PVSPD) upang maiwasan ang problema sa reverse current ng ordinaryong AC SPD.
Dapat isaalang-alang ang margin ng temperatura (kailangang mag-iwan ng margin ang Uc sa mga kapaligirang may mataas na temperatura).

5.2 Pagtutugma ng Circuit Breaker/Fuse
Ang kapasidad sa pagsira ay dapat na mas mataas kaysa sa pinakamataas na short-circuit current ng sistema (tulad ng fault current ng string na maaaring umabot sa 1.5kA).
Ang rated current ng fuse ay dapat na higit sa 1.56 beses ng component short-circuit current (Isc) (alinsunod sa NEC 690.8).

5.3 Mga Mungkahi sa Pagsasama ng Sistema
Ang haba ng alambre sa pagitan ng SPD at circuit breaker ay dapat na ≤ 0.5m upang mabawasan ang natitirang boltahe.
Dapat isagawa ang mga regular na inspeksyon ng mga tagapagpahiwatig ng katayuan ng SPD, at dapat palitan ang mga sirang modyul sa tamang oras.

Ⅵ. Mga Trend sa Industriya at Mga Karaniwang Update
•Demand sa mataas na boltahe: Dahil sa malawakang paggamit ng mga 1500V photovoltaic system, ang mga antas ng resistensya ng boltahe ng mga SPD at circuit breaker ay kailangang sabay-sabay na pagbutihin.

•Matalinong pagsubaybay: Ang mga matatalinong SPD na may kasamang mga sensor ng temperatura at mga function ng wireless na komunikasyon ay unti-unting inilalapat upang makamit ang maagang babala sa malayuang pagkakamali.

•Karaniwang pampalakas: Ang bagong bersyon ng IEC 625482023 ay nagpataw ng mas mahigpit na mga kinakailangan sa koordinasyon sa mga aparatong pangproteksyon para sa mga sistemang photovoltaic.

Konklusyon
Sa mga photovoltaic system, ang mga surge protector, circuit breaker, at fuse ay bumubuo ng isang kumpletong "voltage-current" collaborative protection system. Ang tamang pagpili at pagsasaayos ng mga bahaging ito ay hindi lamang makakapagpahaba ng buhay ng kagamitan at makakabawas sa mga gastos sa operasyon at pagpapanatili, kundi pati na rin ay mahahalagang kondisyon para matiyak ang ligtas na operasyon ng mga power station. Sa pag-unlad ng teknolohiya, ang integrasyon at katalinuhan ng mga protection device na ito ay lalong magpapahusay sa pagiging maaasahan ng mga photovoltaic system sa hinaharap.