Saulės sistemos grandinės pertraukiklių tipai ir pritaikymas: išsamus vadovas

Įvadas

Šiuolaikinės saulės energijos sistemos projektavime dažnai daugiausia dėmesio skiriama energijos gamybai – plokščių efektyvumui ir keitiklių konversijos rodikliams. Nepaisant to, bet kurios saulės energijos įrangos ekonominis ir eksploatacinis tvarumas priklauso nuo jos apsaugos priemonių. Saulės sistemos saugos automatinis jungiklis yra šios saugos architektūros pagrindas, suteikiantis sistemos savininkams ramybę.

Saulės energijos sistema yra ne tik generatorius, bet ir ant gyvenamųjų namų stogų arba pramoninių laukų montuojama aukštos įtampos nuolatinės srovės (DC) jėgainė. Apsaugos reikalavimai didėja didėjant sistemos galiai. Stipri apsauga reikalinga visur, nesvarbu, ar tai būtų grandinių apsauga... PV jungimo dėžutė, kurioje sutelkta galia, arba kelių išėjimų valdymas nuolatinės srovės apkrovos skyduose, kur namų savininkai tiesiogiai naudoja nuolatinę srovę.

Šio nuolatinės srovės perdavimo pavojai, būtent ilgalaikis kibirkščiavimas ir elektros pavojai, nėra tokie patys kaip įprastų kintamosios srovės tinklų. Todėl grandinės apsaugos pasirinkimas – kiekvieno sprendimo, nesvarbu, ar tai būtų jungiamosios dėžutės, ar pagrindinis paskirstymo tinklas, – nėra lengvabūdiškas priedų pasirinkimas; tai svarbus inžinerinis skaičiavimas.

Šiame vadove išsamiai nagrinėjami saulės baterijų jungiklių tipai, jų panaudojimas fotovoltinės sistemos topologijoje ir matematinis modelis, reikalingas jų tinkamam dydžiui parinkti.

Kas yra saulės sistemos grandinės pertraukiklis?

Saulės energijos sistemos automatinis jungiklis yra automatinis apsaugos įtaisas, naudojamas elektros grandinėms apsaugoti nuo pažeidimų dėl perkrovos ar trumpojo jungimo, kurį sukelia per didelė srovė. Automatinis jungiklis yra patvarus perjungimo įtaisas, kitaip nei paprastas saugiklis, kuris suveikia tik vieną kartą ir turi būti pakeistas. Jį galima paleisti iš naujo (rankiniu arba automatiniu būdu), kad būtų tęsiamas įprastas veikimas, pašalinus klaidą.

Fotovoltinių elementų (PV) atveju nuolatinės srovės grandinės pertraukiklis turi dvi pagrindines paskirtis:

• Izoliacija ir perjungimas: Jame yra rankinis atjungimo taškas, leidžiantis techninės priežiūros personalui saugiai izoliuoti PV masyvą, akumuliatorių banką ar saulės keitiklį eksploatuoti be įtampos pavojaus. Tai ypač svarbu sistemose, kuriose naudojami transformatoriniai izoliaciniai keitikliai. Šiose konstrukcijose inžineriniai standartai paprastai reikalauja dvipolio nuolatinės srovės jungiklio, kurio srovės ribojimo galimybė yra bent 1.25 karto didesnė už saulės baterijos trumpojo jungimo srovę (Isc). PV masyvo ir 1.2 karto didesnės nei saulės baterijų atvirosios grandinės įtampa (Voc) PV masyvas.
• Apsauga nuo viršsrovių: Tai terminis ir magnetinis ekranas. Kai dėl gedimo ar laidų klaidos grandine tekanti srovė viršija vardinę srovę, grandinės pertraukiklis suveikia, nutraukdamas grandinę ir užtikrindamas, kad laido izoliacija neišsilydytų ir įranga nesugestų.

Reikia atskirti a DC izoliatorius ir nuolatinės srovės grandinės pertraukiklis. Nors izoliatorius gali būti naudojamas grandinei nutraukti ir išlaikyti srovę, jis nebūtinai užtikrina automatinę apsaugą nuo viršsrovės. Grandinės pertraukiklis užtikrina reikiamą izoliaciją, kaip minėta aukščiau, ir aktyvią apsaugą nuo gedimų.

Saulės sistemos grandinės pertraukiklis ir įprastas kintamosios srovės pertraukiklis: kodėl skirtumas svarbus

Kintamosios srovės (AC) pertraukiklių pakeitimas nuolatinės srovės (DC) jungikliais yra viena iš labiausiai paplitusių ir pavojingų saulės energijos įrengimo klaidų. Nepatyrusiai akiai šie prietaisai atrodo panašūs, tačiau fizikui ar elektrotechnikos inžinieriui jie egzistuoja visiškai kitokioje realybėje.

Svarbiausias skirtumas yra nulinio kirtimo reiškinys.

• AC realybė: Kintamoji srovė pakeičia poliškumą 50 arba 60 kartų per sekundę (hercų). Šio ciklo metu įtampa sumažinama iki nulio voltų 100 arba 120 kartų per sekundę. Kai suveikia kintamosios srovės pertraukiklis ir tarp kontaktų susidaro elektros lankas, šis nulinės įtampos taškas sukuriamas natūraliai ir padeda užgesinti lanką.
• DC pavojus: Nuolatinė srovė yra nuolatinė įtampa be nulinių sankirtų. Kai bandote atidaryti grandinę aukštos įtampos nuolatine srove, lankas pats neužgęsta. Priešingai, jis virsta ilgalaikiu plazminiu tiltu, kuris išskiria milžinišką šilumą (tūkstančius laipsnių Celsijaus).

Kai saulės energijos nuolatinės srovės grandinėje naudojamas įprastas kintamosios srovės jungiklis, suveikus jam gali nepavykti nutraukti lanko. Dėl to įvyksta kontaktinis sulydymas, kurio metu jungiklio saugikliai užsidaro ir neatjungia maitinimo arba visiškai sunaikinamas jungiklio korpusas, o tai dažnai sukelia elektros gaisrą.

Todėl saulės energijos nuolatinės srovės jungtuvai turi sudėtingas lanko gesinimo kameras. Jose naudojamos magnetinės išpūtimo ritės, kurios fiziškai ištempia lanką ir stumia jį į „lanko latakus“, kur jis padalijamas ir greitai aušinamas. Nuolatinės srovės apkrovoms privaloma naudoti specialų nuolatinės srovės jungiklį, o ne pasikliauti kintamosios srovės įvesties jungtuvo skydeliu.

Pagrindiniai saulės sistemos grandinės pertraukiklių tipai

Apsauga nuo saulės yra tiesiogiai proporcinga energijos tankiui. Rinkoje yra tiek mažų, net 15 amperų, ​​automatinių jungiklių, skirtų naudoti gyvenamųjų namų instaliacijoje, tiek didelių, net 6000 amperų, ​​skirto naudoti komunalinių paslaugų infrastruktūroje.

Nors funkciniu požiūriu labiausiai paplitusius jungtuvų tipus galima suskirstyti į standartinius, GFCI (įžeminimo gedimo) ir AFCI (Elektros lanko gedimų) tipai, kurių kiekvienas atlieka specifinį apsaugos vaidmenį, inžinieriai nustato pagrindinį pasirinkimą, atsižvelgdami į sistemos dydį ir įrenginio fizinę konstrukciją. Aparatinės įrangos hierarchija suskirstyta į tris plačias struktūrines kategorijas:

Pertraukiklio tipas	Tipinė srovės vertė	Įtampos įvertinimas	Pertraukimo pajėgumas	Pagrindinis taikymo scenarijus
DC MCB	1A - 125A	Iki 1000V DC	Mažas arba vidutinis (pvz., 6 kA)	Gyvenamųjų namų stogai, PV Kombinacinės dėžutės, stygų apsauga.
DC MCCB	63A - 1600A	Iki 1500V DC	Aukšta srovė (20 kA–50 kA)	Komercinės baterijos, centriniai keitikliai, pagrindinis akumuliatoriaus jungiklis.
ACB / BESS	2000A - 6300A	Iki 1500V DC	Labai aukštas (vakuumas/oras)	Komunalinio masto saulės jėgainės, tinklo masto energijos kaupimas (BESS).

DC MCB (Miniatiūrinis grandinės pertraukiklis)

Esant mažesnėms srovėms, naudojamas nuolatinės srovės miniatiūrinis grandinės pertraukiklis (MCB) daugiausia pakeitė senesnius 20 amperų arba 30 amperų saugiklius, naudojamus senesnėse lygiagrečių skydų instaliacijose. Šie įrenginiai yra maži ir turi modulinę konstrukciją, skirtą montuoti ant standartinių DIN bėgelių, todėl jie yra numatytasis pasirinkimas PV Jungiamosios dėžutės ir gyvenamųjų namų paskirstymo skydai.

• Inžinerijos apimtis: MCBPaprastai jų vardinė srovė yra 125 A, o nuolatinė įtampa – 1000 V.
• Mechanizmas: Juose naudojamas dviejų veiksmų terminis-magnetinis išjungimo mechanizmas. Terminis elementas naudojamas lėtoms, ilgalaikėms perkrovoms įveikti, o magnetinis elementas – nedelsiant nutraukti jungtį, kai įvyksta didelės srovės trumpasis jungimas, siekiant apsaugoti atskiras saulės baterijų stygas arba hibridinių inverterių įėjimus.

DC MCCB (Lietinio korpuso grandinės pertraukiklis)

Kai srovės stipris viršija gyvenamųjų namų diapazoną komercinėse saulės sistemose ir pramoniniuose (C&I) diapazone, apribojimas įsigalioja. MCB yra pasiektas. Šiuo atveju lietinio korpuso grandinės pertraukiklis (MCCB) bus privalomas standartas. Šie įrenginiai yra daug didesni ir tvirtesni, įmontuoti į tvirtą, lietos konstrukcijos izoliacinį korpusą ir yra skirti tvirtinti varžtais, kad atlaikytų didelės galios perjungimo mechanines jėgas.

• Inžinerijos apimtis: MCCBnaudojami sunkiems svoriams kelti, o jų vardinės srovės srovę paprastai sudaro nuo 63 A iki 1600 A, o nutraukimo galia – didelė (pvz., nuo 20 kA iki 50 kA).
• Nauda: Skirtingai nuo fiksuotų nustatymų, MCB, daug MCCBturi reguliuojamus išjungimo nustatymus. Tai leidžia inžinieriams pritaikyti apsaugos kreivę prie didelių apkrovos charakteristikų. PV akumuliatorių blokai arba masyvai, kurie yra pagrindinis centrinių keitiklių atjungiklis.

ACB ir BESS Saugikliai (aukštos įtampos / pramoniniai)

Oro jungikliai (ACB) naudojami komunalinių paslaugų zenite, kuris apima dideles elektrines ir akumuliatorines energijos kaupimo sistemas (BESS), kad būtų galima valdyti viršutinę nuolatinės srovės spektro dalį. Tai ne tik jungikliai, bet ir sudėtingos lanko gesinimo sistemos su suslėgto oro arba vakuuminėmis technologijomis.

BESS Specializacija: Standartiniai nuolatinės srovės jungikliai ne visada tinkami kaupimo kontekste. Didelės spartos nuolatinės srovės jungikliai yra būtini norint įveikti dideles trumpojo jungimo sroves, kurias gali tiekti ličio jonų akumuliatorių stovai. Šie įrenginiai turi sureaguoti per milisekundes, kad būtų išvengta pražūtingo perkaitimo.

Inžinerijos apimtis: Gali atlaikyti tūkstančius amperų (2000–6300 A).

Pritaikymas: kur įrengti saulės sistemos grandinės pertraukiklį PV sistemos

Saulės PV Sistema turi būti apsaugota įvairiuose energijos srauto logikos taškuose. Netinkamas jungiklių išdėstymas arba neatskyrimas tarp kintamosios ir nuolatinės srovės sričių atskleidžia pažeidžiamas sistemos dalis. Taigi, nustatome jungtuvų naudojimą keturiose gyvybiškai svarbiose srityse.

PV Masyvų jungimo dėžutė (eilučių apsauga)

Jungiklis yra pirmasis gynybos taškas daugiastygėse sistemose, kur kelių skydų stygų derinys suformuojamas į vieną išvestį. Prieš konsolidavimą, nuolatinės srovės... MCB turėtų būti pritvirtintas kiekvienos stygos gale. Toks išdėstymas yra ypač svarbus norint išspręsti esamos kryptingumo problemą, kaip nurodyta saugos priemonėse.

Kai viena iš stygų yra užtamsinta arba joje įvyksta gedimas, kitos stygos gali į ją tiekti srovę priešinga kryptimi. Kaip minėta, atsitiktinis krypties pakeitimas sukeltų rimtų saugumo problemų ir sugadintų saulės elementus. Nors jungiklis aktyviai nevaldo srovės, jis yra būtina apsauga nuo šių pavojingų grįžtamųjų srovių, kurios kitaip sukeltų gaisrą ir negrįžtamą modulių sugadinimą.

Akumuliatorių banko apsauga

Kalbant apie energijos kaupimo skyrių, akumuliatorių bloko ir keitiklio / įkroviklio sąsaja yra sudėtingiausia visos sistemos srovės perdavimo sritis. Ši dalis leidžia maksimaliai tekėti amperais ir stipriai nuolatinei srovei. MCCB arba aukštas įvertinimas MCB yra reikalaujama.

Čia įmontuotas jungiklis ne tik tam, kad apsaugotų storus akumuliatoriaus laidus nuo perkaitimo, kurį sukelia viršsrovių įtampa, bet ir, ko gero, dar svarbiau, tam, kad būtų užtikrintas saugus fizinis atjungimo būdas. Ši izoliacija leidžia techninės priežiūros personalui dirbti su akumuliatorių bloku nepatiriant mirtino nuolatinės srovės poveikio.

Pagrindinis keitiklio įėjimas (nuolatinės srovės paskirstymas)

Pagrindinė keitiklio įėjimo apsauga atlieka svarbiausio jungiamojo elemento tarp nuolatinės srovės generavimo ir kintamosios srovės konversijos vaidmenį. Šis jungiklis yra tarp jungiamosios dėžutės išėjimo ir keitiklio įėjimo ir veikia kaip pagrindinis visos generavimo pusės nuolatinės srovės jungiklis. Jis ne tik atlieka viršsrovės apsaugą, bet ir apsaugo jautrią keitiklio vidinę galios elektroniką nuo išorinių viršįtampių bei suteikia centralizuotą izoliacijos tašką visai nuolatinės srovės paskirstymo sistemai.

Nuolatinės apkrovos paskirstymas (gyvenamųjų pastatų nuolatinės srovės grandinės)

Galiausiai, yra tam tikrų pritaikymų vartojimo pusėje, ypač namų savininkams, kurie tiesiogiai naudoja nuolatinę srovę, kad pasiektų efektyvumą. Siekiant tai sustiprinti, montuotojai privalo įrengti atskiras skirstymo lentas (saugiklių dėžės) su specialiais automatiniais jungikliais, kurie visiškai skiriasi nuo kintamosios srovės skydinių.

Tai būtina tais atvejais, kai tokie prietaisai kaip LED lempos priklauso nuo nuolatinės nuolatinės srovės, kad galėtų veikti. Kadangi šiems prietaisams reikalinga tam tikra maitinimo aplinka, nuolatinės srovės jungikliai šiuo atveju naudojami šioms jautrioms apkrovoms apsaugoti. Jie užtikrina, kad maitinimas būtų tinkamai kontroliuojamas ir bet koks apšvietimo grandinės perkrovimas būtų kuo greičiau izoliuotas, nepaveikiant pagrindinės sistemos.

Atsižvelkite į veiksnius renkantis saulės sistemos grandinės pertraukiklį

Saulės energijos sistemų automatinių jungiklių pasirinkimas PV Sistemų tyrimai dažnai pamirštami, pirmenybę teikiant skydinėms arba inverterinėms alternatyvoms. Tačiau neatsargumas šiuo atveju yra brangus. Prastai parinktas jungiklis dažnai sugenda dėl terminio sumažėjimo, sukeldamas perkaitimo žalą ir, blogiausiu atveju, sistemos gaisrą.

Automatinio jungiklio pasirinkimas nėra atsitiktinumo žaidimas, o specifikacijų suderinimas su sistemos darbo sąlygomis.

Įtampos įvertinimai ir reguliavimo standartai

Jungiklio įtampa turi būti didesnė nei maksimali atvirosios grandinės įtampa (Voc). PV masyvą, bet esant žemiausiai numatomai temperatūrai. Be to, pasirinkimas turi atitikti keitiklio topologiją ir pramonės standartus, įskaitant UL508i ir IEC60947-3.

• 600 V nuolatinė srovė (UL508i): Tai yra standartinė gyvenamųjų namų įrenginių, naudojančių vienfazius keitiklius, specifikacija.
• 1000 V nuolatinė srovė (IEC60947-3): Komercinis stogo įrengimas ir trifazis styginių keitiklis.
• 1500 V DC: Dabartinis centralizuotų keitiklių ir didelio masto saulės energijos parkų standartas. Padidinta įtampa sumažina kabelių nuostolius, tačiau reikalauja geresnės izoliacijos ir lanko atsparumo jungiklių.

Stulpų konfigūracija ir stygų skaičius

Polių konfigūracija yra tiesiogiai proporcinga stygų skaičiui izoliatoriuje. Vienas iš svarbiausių nuolatinės srovės izoliacijos principų yra tas, kad visi faziniai laidininkai turi būti atjungti nuo įtampos vienu metu.

• 2P (dviejų polių): Vienos grandinės (nutraukiantis ir teigiamą, ir neigiamą polius) standartas. Tai galima naudoti su tipiniais grandinės inverteriais, kuriuose kaip keitiklis naudojamas vienas maksimalios galios taško sekiklis (MPPT).
• 4P (keturių polių): Tai reikalinga, kai vienu metu veikia dvi stygos arba aukštesnės įtampos sistemose (1000 V / 1200 V). Aukštos įtampos sistemose poliai dažniausiai sujungiami nuosekliai, kad būtų paskirstyta lanko įtampa tarp kelių kontaktinių taškų, todėl mažas jungiklis gali saugiai valdyti apkrovą.

Aplinkos patvarumas ir medžiagų saugumas

Įrengimo aplinkos poveikis yra vienas iš svarbiausių aspektų, kuris paprastai nėra įtrauktas į specifikacijų lapus. Saulės izoliatoriai ir jungikliai neveikia klimato kontroliuojamose serverių patalpose, bet veikia atšiauriomis sąlygomis.

• Temperatūros diapazonas: Įprasta tvirtų nuolatinės srovės jungiklių darbinė temperatūra turėtų būti nuo -40 °C iki 60 °C. Kai aplinkos temperatūra viršija šį diapazoną, jungiklių galią reikia sumažinti, kad būtų išvengta nepageidaujamo išjungimo.
• Degumo standartai: Kadangi pagrindinė užduotis yra užkirsti kelią gaisrui, korpuso medžiaga turi būti atspari ugniai. Specifikacijos turi griežtai atitikti UL 94V-0–UL 94V-2 standartus, pagal kuriuos korpuso dėžė turi būti savaime užgesinanti vidinių komponentų gedimo atveju.

Dydis ir skaičiavimas (kaip apskaičiuoti amperus)

Pagal Nacionalinį elektros kodeksą (NEC) ir bendrąją geriausią inžinerijos praktiką, jungiklis neturėtų nuolat veikti 100 % savo vardinės galios.

Skaičiavimo formulė:

Norėdami nustatyti minimalų jungiklio (I) srovės stiprumą amperais, turite taikyti saugos koeficientus PV matricos trumpojo jungimo srovė (Isc).

Supaprastinta:

Pavyzdys:

Jei turite keletą skydų, kurių Isc yra 10 A:

Turėtumėte suapvalinti iki artimiausio standartinio dydžio, kuris būtų 20 A nuolatinės srovės jungiklis.

Kodėl Pasirinkite BENY jungtuvo

Rinkoje, perpildytoje generinių komponentų, BENY yra gamintojas, specialiai orientuotas į sudėtingą nuolatinės srovės saulės apsaugą. Skirtumas slypi ne rinkodaroje, o inžineriniame tikslume.

Su daugiau nei 30 metų pramonės patirtimi, BENY inžinieriai saulės sistemos grandinės pertraukikliai kurie panaikina atotrūkį tarp ekonomiškumo ir pramoninio lygio atsparumo. Mūsų sprendimai sukurti taip, kad galėtų susidoroti su visu spektru PV poreikius – nuo ​​12 V iki 1500 V sistemų, palaikančių iki 630 A sroves su minimaliais energijos nuostoliais.

Saugumas yra neatsiejama mūsų „Sukurta ilgaamžiškumui“ filosofijos dalis. Kiekvienas jungiklis turi pažangius lanko slopinimo barjerus ir 6 kA atjungimo galią, kad gedimai būtų akimirksniu neutralizuojami. Praktinius įrengimo iššūkius sprendžiame naudodami nepoliarizuotą konstrukciją, kuri pašalina laidų klaidas, ir tvirtus IP65 korpusus, išbandytus veikti ekstremaliomis klimato sąlygomis nuo -40 °C iki 85 °C.

Suteikiama 5 metų garantija ir visą parą teikiama pagalba visame pasaulyje, pasirinkus BENY reiškia, kad jūsų infrastruktūrą užtikrinsite su partneriu, įsipareigojusiu užtikrinti bekompromisį saugumą ir ilgaamžiškumą.

Išvada

Fotovoltinės investicijos turi tylų apsaugą – saulės energijos grandinės pertraukiklį. Kolektoriai kuria vertę, o jungikliai ją išlaiko. Perėjimas prie sudėtingesnių aukštos įtampos komercinių konstrukcijų, o ne paprastų gyvenamųjų namų sistemų, reikalauja pakeisti mūsų požiūrį į komponentų pasirinkimą.

Turėtume nustoti laikyti jungiklius prekėmis ir laikyti juos svarbiais saugos ištekliais. Norėdami tai geriau suprasti, skaitykite Elektros saugos pagrindas: nuolatinės srovės grandinės pertraukikliai ir jų svarbaMontuotojai gali užtikrinti sistemų patikimumą, atsižvelgdami į unikalią nuolatinės srovės lankų fiziką, priskirdami jungiklius atitinkamoms jų taikymo sritims, pvz., jungiamąsias dėžes akumuliatorių blokams, ir laikydamiesi griežtų aplinkosaugos standartų bei amperų vertės.

Automatiniai jungikliai yra aukšto profilio apsauga, kurios reikia daugeliui sistemų. Laikantis teisingų laidų instrukcijų, saugos priemonių ir priežiūros, jie užtikrina ilgą fotovoltinės plokštės kokybę.

Asmenims, norintiems turėti tvirtus, sertifikuotus ir suprojektuotus nuolatinės srovės apsaugos sprendimus, BENY siūlo įrangą, kurios jiems reikia norint saugiai ir efektyviai pastatyti ateities saulės energijos sistemas.

DUK

K: Kokio tipo automatinis jungiklis naudojamas saulės baterijoms?

A: Saulės baterijų apsaugai turite naudoti specialų jungiklį, paprastai nuolatinės srovės grandinės pertraukiklį. Nenaudokite standartinių buitinių kintamosios srovės pertraukiklių. Nuolatinė srovė sukuria nuolatinius lankus, kuriuos sunkiau užgesinti nei kintamosios srovės. Saulės jungikliai (pvz., nuolatinės srovės MCBs arba MCCBs) turi specialius lanko kanalus ir magnetinius mechanizmus, skirtus saugiai nutraukti šiuos aukštos įtampos nuolatinės srovės lankus ir užkirsti kelią gaisrui.

K: Ar man reikia jungiklio tarp saulės baterijos ir keitiklio?

A: Taip. Tarp saulės baterijos reikia įrengti saulės baterijos grandinės pertraukiklį (arba nuolatinės srovės izoliatorių). PV masyvas ir keitiklis... Jis atlieka dvi gyvybiškai svarbias funkcijas: apsaugo keitiklio įvestį nuo elektros viršįtampių ar trumpųjų jungimų ir suteikia saugų fizinį atjungimo tašką, kad techninės priežiūros personalas galėtų aptarnauti sistemą neliesdamas įtampos srovių.

K: Kur saulės sistemoje įrengti automatinį jungiklį?

A: Saugikliai turėtų būti įrengti trijose svarbiausiose apsaugos zonose:

• Nuolatinės srovės paskirstymo plokštė: Nuolatinės srovės apkrovoms, tokioms kaip LED lempos ar siurbliai, apsaugoti.
• PV Kombinuotoji dėžutė: Apsaugoti atskiras saulės baterijų stygas nuo atvirkštinės srovės.
• Baterijos bankas: Tarp akumuliatoriaus ir keitiklio (tai paprastai yra didžiausias jungiklis).