Pagpili ng mga Kagamitan sa Proteksyon ng Surge para sa mga PV System – Mga Uri ng SPD
Ang photovoltaic (PV) power generation ay isang mahalagang pinagkukunan ng renewable energy at lubos na mapagkumpitensya sa ekonomiya kumpara sa tradisyonal na power generation. Ang maliliit na distributed PV system, tulad ng mga rooftop solar panel, ay nagiging mas popular. Ang mga rooftop PV system ay may kasamang parehong AC at DC distribution na may boltaheng umaabot hanggang 1500V. Ang DC side, lalo na ang mga PV panel, ay maaaring direktang malantad sa mga tama ng kidlat sa mga lugar na may mataas na peligro, na ginagawa silang mahina sa pinsala ng kidlat.
Ang proteksyon sa kidlat para sa mga gusali ay nahahati sa panlabas na proteksyon (Lightning Protection System, LPS) at panloob na proteksyon (Surge Protective Measures, SPM), batay sa panganib ng kidlat. Ang mga Surge Protective Device (SPD), bilang bahagi ng panloob na proteksyon, ay nagpoprotekta laban sa mga transient overvoltage na dulot ng atmospheric lightning o switching operations. Ang mga SPD ay naka-install sa labas ng protektadong kagamitan at pangunahing gumagana tulad ng sumusunod: kapag walang surge sa power system, ang SPD ay hindi gaanong nakakaapekto sa normal na operasyon ng sistemang pinoprotektahan nito. Kapag nagkaroon ng surge, ang SPD ay nag-aalok ng mababang impedance, na inililihis ang surge current sa sarili nito at nililimitahan ang boltahe sa isang ligtas na antas. Kapag lumipas na ang surge at nawala na ang anumang residual current, ang SPD ay babalik sa isang mataas na impedance state.
1. Ang Lokasyon ng Pag-install ng mga Surge Protective Device (SPD)
Ang lokasyon ng pag-install ng mga SPD ay tinutukoy ayon sa antas ng banta ng kidlat at batay sa konsepto ng Lightning Protection Zones (LPZ) sa IEC 62305. Ang mga transient overvoltage ay unti-unting binabawasan sa isang ligtas na antas, na dapat ay mas mababa sa resistant voltage ng protektadong kagamitan. Gaya ng inilalarawan sa Figure, ang mga SPD ay inilalagay sa mga hangganan ng mga zone na ito, na nagbibigay-daan sa konsepto ng multi-level surge protection na ginagamit sa mga low-voltage system. Para sa mga PV system, ang pokus ay ang pagpigil sa pagpasok ng mga lightning surge sa mga gilid ng AC at DC, sa gayon ay pinoprotektahan ang mga kritikal na bahagi tulad ng mga inverter.
2. Mga Klase sa Pagsubok ng mga Surge Protective Device (SPD)
Ayon sa IEC 61643-11, ang mga SPD ay inuuri sa tatlong kategorya ng pagsubok batay sa uri ng impulso ng kasalukuyang kidlat na idinisenyo upang mapaglabanan ng mga ito. Ang mga pagsubok na Type I (minarkahan bilang T1) ay nilayon upang gayahin ang mga bahagyang alon ng kidlat na maaaring isagawa sa isang gusali. Gumagamit ang mga ito ng 10/350 µs waveform, tulad ng ipinapakita sa Figure blow, at karaniwang inilalapat sa hangganan sa pagitan ng LPZ0 at LPZ1—tulad ng sa mga pangunahing distribution board o mga low-voltage transformer incomer. Ang mga SPD para sa antas na ito ay karaniwang nasa uri ng voltage-switching, na may mga bahagi tulad ng mga gas discharge tube o mga spark gap (hal., mga horn gap o mga graphite gap).
Ang mga pagsubok na Type II (T2) at Type III (T3) ay gumagamit ng mga impulse na may mas maiikling tagal. Ang mga Type II SPD ay karaniwang mga aparatong naglilimita ng boltahe na gumagamit ng mga bahagi tulad ng metal oxide varistor (MOV). Sinusubukan ang mga ito gamit ang isang nominal na discharge current gamit ang isang 8/20 µs current waveform (tingnan ang Figure blow), at responsable para sa higit pang paglilimita sa natitirang surge voltage na nagmumula sa upstream protection device. Ang mga pagsubok na Type III ay gumagamit ng isang kombinasyon ng wave generator na may 1.2/50 µs voltage at 8/20 µs current impulse (tingnan ang Figure sa ibaba), na ginagaya ang mga surge na mas malapit sa mga kagamitang pang-end-use.
3. Uri ng Koneksyon ng Surge Protective Device (SPD)
Mayroong dalawang pangunahing paraan ng proteksyon laban sa mga transient overvoltage. Ang una ay ang common-mode protection (CT1), na idinisenyo upang protektahan laban sa mga surge sa pagitan ng mga live conductor at PE (protective earth). Halimbawa, ang mga tama ng kidlat ay maaaring magdulot ng mataas na boltahe kaugnay ng ground sa isang sistema. Ang common-mode protection ay nakakatulong na mabawasan ang epekto ng mga panlabas na kaguluhan, tulad ng kidlat, gaya ng inilalarawan sa ibaba.
Ang pangalawa ay ang differential-mode protection (CT2), na nagpoprotekta laban sa mga surge sa pagitan ng line conductor (L) at ng neutral conductor (N). Ang ganitong uri ng proteksyon ay lalong mahalaga para sa pagtugon sa mga panloob na kaguluhan, tulad ng electrical noise o interference na nalilikha sa loob mismo ng sistema, gaya ng ipinapakita sa diagram sa ibaba.
Sa pamamagitan ng pagpapatupad ng isa o pareho sa mga paraan ng proteksyon na ito, ang mga sistemang elektrikal ay maaaring mas maprotektahan mula sa mga potensyal na pinagmumulan ng surge, na sa huli ay mapapahusay ang tibay at pagiging maaasahan ng mga konektadong kagamitan.
Mahalagang tandaan na ang pagpili ng mga SPD protection mode ay dapat na naaayon sa grounding system na nakalagay. Para sa mga TN system, maaaring gamitin ang parehong CT1 at CT2 protection mode. Gayunpaman, sa mga TT system, ang CT1 ay maaari lamang ilapat sa ibaba ng isang RCD. Sa mga IT system—lalo na iyong mga walang neutral conductor—hindi naaangkop ang CT2 protection. Ito ay isang kritikal na konsiderasyon sa mga DC distribution system na gumagamit ng mga IT grounding configuration. Makikita ang mga detalye sa talahanayan sa ibaba.
4. Mga Pangunahing Parameter ng mga Surge Protective Device (SPD)
Ayon sa internasyonal na pamantayang IEC 61643-11, ang mga katangian at pagsubok ng mga SPD na konektado sa mga sistema ng distribusyon ng kuryente na mababa ang boltahe ay tinukoy, gaya ng ipinapakita sa Figure 7.
(1) Antas ng Proteksyon ng Boltahe (Pataas)
Ang pinakamahalagang aspeto sa pagpili ng SPD ay ang antas ng proteksyon ng boltahe (Up), na siyang nagpapakilala sa pagganap ng SPD sa paglilimita sa boltahe sa pagitan ng mga terminal. Ang halagang ito ay dapat na mas mataas kaysa sa pinakamataas na boltahe ng clamping. Nararating ito kapag ang kasalukuyang dumadaloy sa SPD ay katumbas ng nominal na discharge current na In. Ang napiling antas ng proteksyon ng boltahe ay dapat na mas mababa kaysa sa impulse resistant voltage na Uw ng load. Sa kaso ng mga tama ng kidlat, ang boltahe sa mga terminal ng SPD ay karaniwang pinapanatili sa ibaba ng Up. Para sa mga PV DC system, ang load ay karaniwang tumutukoy sa mga PV module at inverter.
(2) Pinakamataas na Patuloy na Boltahe ng Operasyon (Uc)
Ang Uc ay ang pinakamataas na boltahe ng DC na maaaring patuloy na ilapat sa SPD protection mode. Ito ay pinipili batay sa rated voltage at sa grounding configuration ng system at nagsisilbing activation threshold ng SPD. Para sa DC side ng mga PV system, ang Uc ay dapat na mas malaki o katumbas ng Uoc Max ng PV array. Ang Uoc Max ay tumutukoy sa pinakamataas na open-circuit voltage sa pagitan ng mga live terminal at sa pagitan ng live terminal at ground sa itinalagang punto ng PV array.
(3) Nominal na Agos ng Paglabas (In)
Ito ang pinakamataas na halaga ng isang 8/20 μs waveform current na dumadaloy sa SPD, na ginagamit para sa mga Type II test at para sa mga preconditioning test sa Type I at Uri IIKinakailangan ng IEC na ang SPD ay makatiis ng hindi bababa sa 19 na discharge na may 8/20 μs waveform current. Kung mas mataas ang halaga ng In, mas humahaba ang lifespan ng SPD, ngunit tumataas din ang gastos.
(4) Agos ng Impulso (Iimp)
Tinutukoy ng tatlong parametro: peak ng kasalukuyang (Ipeak), karga (Q), at tiyak na enerhiya (W/R), ang kasalukuyang ito ay ginagamit sa Uri I mga pagsubok. Ang karaniwang anyo ng alon ay 10/350 μs.