EN
FV grandinės pertraukiklio pagrindinės apsaugos funkcijos
Perdėtų srovių ir trumpųjų jungčių apsauga naudojant šiluminį-magnetinį išjungimą
PV grandinės pertraukiklis turi šiluminį-magnetinį dvigubą sistemą, kuri gali reaguoti į ilgalaikius perkrovimus ir trumpalaikius staigius gedimus. Pavyzdžiui, jei per sistemą per ilgą laiką teka per didelė srovė, pvz., kai saulės baterijų modulis yra veikiamas per stiprios saulės šviesos, šiluminė pertraukiklio dalis inicijuoja grandinės nutraukimą išlenkdama ir sulaužydama metalinę juostelę. Kita vertus, magnetinė pertraukiklio dalis reaguoja į gedimą, kai srovė viršija normalias sistemos projektuotas vertes, o šiuo atveju srovė viršija normalią vertę tris kartus. Magnetinė ritė centruojasi ir nutraukia grandinės kontaktus taip, kad netinkamos srovės negalėtų netinkamu būdu tekėti per gedimą. Šis greitas atsakas neleidžia pažeisti izoliacijos, perkaisti ir sukurti ugnies šaltinių arti degių medžiagų (įskaitant PV laidus). Pagrindinė pertraukiklio savybė yra ta, kad jis skiriasi nuo saugiklių tuo, jog jį galima iš naujo įjungti, t. y. pertraukiklius galima vėl aktyvuoti ir padaryti veikiančiais, todėl tokiuose PV montavimuose sumažėja sistemos prastovos laikas. Šiuo požiūriu PV pertraukikliai ypač naudingi didelės apimties komercinėse saulės elektrinėse, kur sistemos veikimo laikas yra labai svarbus.
DC gedimo srovės nutraukimas: rizikos, susijusios su standartiniais kintamosios srovės (AC) pertraukikliais naudojimu fotovoltinėse sistemose
Standartiniai kintamosios srovės (AC) pertraukikliai nėra veiksmingi fotovoltinėse sistemose, nes jie negali veiksmingai užgesinti nuolatinės srovės (DC) lankų. Kintamosios srovės energija natūraliai kiekvieną sekundę 100–120 kartų pasiekia nulį, todėl lankas sustoja. Nuolatinės srovės sistemose tokių nulio perėjimų nėra, todėl lankai nepraeina savaime. Iš tiesų tyrimai parodė, kad standartiniai kintamosios srovės pertraukikliai yra prastesni už nuolatinės srovės specialiuosius pertraukiklius, kai kalbama apie staigaus lanko pakartotinį užsidegimą: pakartotinio užsidegimo dažnis siekia 78 %. Uždaryti lankai gali įkaitinti iki 6000 °F – tiek, kad ištirptų varinės autobusų juostos. Todėl standartiniai kintamosios srovės pertraukikliai netinka saulės energijos sistemoms; reikia naudoti nuolatinės srovės specialiuosius pertraukiklius, pvz., tuos, kurie turi lankų gesinimo kamerų (arc chutes). Lankų gesinimo kameros suprojektuotos taip, kad lankas būtų ne tik užgesinamas elektromagnetinio atstūmimo principu, bet ir ištemptas – taip jis atšąla prieš pakartotinai užsidegdamas. Tai būtina, kad būtų apsaugota investicija didelėse elektrinėse projektuose, kuriose naudojama 600–1500 V įtampa.
DC lanko slopinimas: kaip išspręsti nulio perėjimo problemą fotovoltinėse grandinėse
Kaip fotovoltinės grandinės pertraukikliai sumažina lankų susidarymą
Kadangi nuolatinės srovės (DC) įtampa neturi natūralaus nulio taško, kai įvyksta gedimas, nuolatinės srovės įtampa sukelia nepertraukiamus lankus, o 80 % atvejų – nepertraukiamus lankus (NREL, 2023). Šie lankai gali įkaitinti laidus virš 3000 °C temperatūroje, kuriant didelį gaisro pavojų. Norint to išvengti, fotovoltinės grandinės pertraukikliai turi komponentus, vadinamus magnetiniais lankų grioviais, kurie sukuria kontroliuojamą magnetinį lauką, kad „pagautų“, pailgintų ir atvėsintų lanką. Magnetinio lankų griovio veiksmingumas priklauso nuo jo gebėjimo padalyti lanką į mažesnius segmentus ir užgesinti jį per kelias milisekundes. Tai užtikrina šiluminio išbėgimo apsaugą ir eksploatacinę saugą aukštos įtampos nuolatinės srovės (DC) sistemose.
Paslaptis, supanti aukštos įtampos nuolatinės srovės (DC) sistemas ir grandinės pertraukiklius
Kai nuolatinės srovės (DC) sistemos įtampa didėja, taip pat didėja ir fotovoltinės (PV) sistemų naudingumo koeficientas, tačiau taip pat didėja ir galimo lankinimo susijusios energijos kiekis. Pavyzdžiui, 1500 V DC sistemose gali susidaryti iki 15 kartų daugiau lankinimo energijos nei 400 V DC sistemose. Tai mums kelia ypatingą iššūkį. Kuo didesnis naudingumo koeficientas, tuo greičiau reikia pašalinti gedimą ir tuo patikimesnes sistemas reikia įdiegti. Šiuolaikiniai fotovoltiniai grandinės pertraukikliai dabar gali šiuos problemas sumažinti, o keletas naujų funkcijų, susijusių su UL 2024 standarto atitikimu, kurias dabar aptarsime, leido sukurti šią perprojektuotą fotovoltinę grandinės pertraukiklių technologiją.
Ultragreiti išsijungimo laikai (3 ms arba mažiau) ir susijęs lankinimo slopinimas (tarpai tarp pertraukiklio kontaktų bei daugiapakopės lankų slopinimo kamerų konstrukcija skirti pagerinti lankinimo slopinimą, kai nutraukiama grandinė).
Pertraukiklio išjungimo nustatymai, susiję su nuolatinės srovės įtampa ir lankų gesinimo galimybėmis, taip pat buvo pritaikyti atitikti sistemoje naudojamą įtampą.
Apsaugos funkcija 400 V sistemos 1500 V sistemos Svarbi skirtis
Išjungimo greitis 10 ms ≤3 ms 70 % greitesnis reagavimas
Lankų gesintuvo skyriai 8–10 15–20 100 % daugiau skyrių
Kontaktų tarpas 10 mm 25 mm 150 % didesnis tarpas
Šios konstrukcinės savybės žymiai sumažins arba visiškai pašalins „nekontroliuojamą lankų susidarymą“ – gedimo būklę aukštos įtampos sistemose, kuri gali sukelti ilgalaikį, žalingą lankų susidarymą net po to, kai veikia pertraukiklis. Tai taip pat aiškiai parodo, kodėl įprasti kintamosios srovės pertraukikliai negali būti naudojami aukštos įtampos fotovoltinėse sistemose.
Eilutės lygio sauga: kaip išvengti atvirkštinių srovių ir gaisrų lygiagrečiose fotovoltinėse masyvuose
Atvirkštinės srovės pavojus esant šešėliavimui ir modulių gedimui bei tai, kaip grandininiai gedimai kontroliuojami naudojant fotovoltinius pertraukiklius.
Kai saulės baterijų plokštumose atsiranda šešėlis arba modulių gedimai *lygiagretiose* sistemose, pasireiškia tam tikri netikėti elektriniai reiškiniai. Susikaupus dėmesio į vieną paveiktą grandinę: ji pradeda elgtis kitaip nei likusios grandinės. Iš esmės ji nebešildo energijos, o ją sunaudoja. Šio elgesio pasekmė yra labai neraminanti: atvirkštinės srovės tekėjimas sukelia taip vadinamą *karštąją dėmę*. Tai vienas pavojingiausių reiškinių fotoelektrinėse sistemose ir žinoma, kad gali sukelti pačios izoliacinės medžiagos, esančios paveiktoje grandinėje, savaiminį užsiliepsnojimą. Jei tokio vieno gedimo nepastebima ir nepašalinama, jo pasekmės gali sukelti grandininį gedimą visoje grandinėje. Toks elgesys išsamiai aprašytas literatūroje. NREL praėjusiais metais paskelbta tyrimo rezultatai parodė, kad nepašalintų fotoelektrinių plokštumų grandinių gedimų pasekmių sąnaudos gali būti iki trijų kartų didesnės nei paties gedimo sąnaudos. Šis tyrimas aiškiai parodo, kaip greitai situacija gali išeiti iš kontrolės.
Fotovoltinės grandinės pertraukikliai nustato problemas ir neleidžia jiems plisti, nustatydami srovės kryptį. Jei atvirkštinė srovė viršija 10 % eilutės nominaliosios vertės, patentuoti įmontuoti magnetiniai jutikliai aktyvuojasi per milisekundes ir atjungia maitinimą nuo defektinės dalies, palikdami likusią sistemą nepažeistą. Be to, šie pertraukikliai turi specialų modulinį dizainą, kuris nutraukia lanką ir laiko jį už pertraukiklio ribų, neleisdami susidaryti pavojingai nuolatinės srovės (DC) plazmai, kuri gali sukelti gaisrą. Apribojant problemas vienoje eilutėje, šie įrenginiai padeda saulės elektrinėms išvengti brangios įrangos pažeidimų, užtikrinti saugų veikimą ir, svarbiausia, neleisti gaisrams plisti didelio masto saulės elektrinėse.
Integruota žemės nuotėkio aptikimo sistema ir atitiktis NEC reikalavimams. Saulės elektrinės (PV) grandinės jungikliai turi žemės nuotėkio aptikimo sistemas, kurios padeda apsaugoti asmenis nuo pavojingų nutekėjimo srovių, kurios gali sukelti elektros smūgį ar gaisrą. Šie įrenginiai nuolat stebi vidines laidininkų sroves ir atjungia grandinę, kai žemės nuotėkio srovė viršija 6 mA ribą, nustatytą NEC 690 straipsnyje. Šie jungikliai gali aptikti ir atjungti nuolatinės srovės (DC) žemės nuotėkius, kurie yra pavojingesni už kitų tipų žemės nuotėkius. Žemės nuotėkiai atsiranda, kai į sistemą pateksta drėgmė arba kai sistemos izoliacija sugenda ir susidaro žemės nuotėkiai. Dauguma buitinės kintamosios srovės (AC) grandinės jungiklių negali aptikti žemės nuotėkių dėl mažesnio jautrumo ir perjungimo mechanizmo, kuris neleidžia nutraukti nuolatinės srovės (DC) nuotėkio grandinės. Jautrumas ir nutraukimo galia turi atitikti 2020 m. NEC taisyklių reikalavimus, ypač 690.41(B) skirsnyje. Naujieji saulės elektrinės (PV) grandinės jungikliai viršija aukščiau minėtus reikalavimus dėl realaus laiko gedimų aptikimo ir tinkamo nuolatinės srovės (DC) magnetinio išmetimo įrenginio kombinacijos. Ši kombinacija ir integruota žema varža turinti įrangos žemės jungimo laidininko (EGC) grandinė užtikrina aukštą gedimų pašalinimo patikimumą ir greitį daugelyje Šiaurės Amerikoje įrengtų saulės elektrinių. DUK Kuo saulės elektrinės (PV) grandinės jungiklis skiriasi nuo įprasto grandinės jungiklio? Skirtingai nuo įprastų kintamosios srovės (AC) grandinės jungiklių, kurie negali apsaugoti nuo ilgalaikių nuolatinės srovės (DC) lankų ir todėl gali sukelti gaisrą bei žalą, saulės elektrinės (PV) grandinės jungikliai tikrai apsaugo nuo ilgalaikių nuolatinės srovės (DC) lankų ir todėl sėkmingai veikia fotovoltinėse sistemose.
Kokią apsaugos funkciją atlieka magnetiniai lankų užtvarai?
Magnetiniai lankų užtvarai yra esminiai nuolatinės srovės (DC) lankų nutraukimui ir aušinimui bei šiluminio nekontroliuojamo augimo (thermal runaway) prevencijai. Jie užtikrina saugą ir patikimumą fotovoltinėms (PV) sistemoms net labai aukštos įtampos (pvz., 1500 V) sąlygomis.
Ką reiškia aukštesnės įtampos nuolatinės srovės sistemos?
Aukštesnės nuolatinės srovės sistemos įtampa reiškia didesnį naudingumo koeficientą, tačiau taip pat ir didesnę lanko energiją. Tai kelia poreikį greitesniems išjungimo charakteristikoms ir stipresniam lanko gesinimui, kad būtų sumažintas žalos mastas ir užtikrinta sauga.
Ką daryti su atvirkštinėmis srovėmis PV grandinės pertraukikliai?
PV grandinės pertraukikliai aptinka atvirkštinę srovę ir, naudodami magnetinius jutiklius, atjungia grandinę tik paveiktoje sekcijoje, taip neleisdami „domino“ efektui ir gaisrui.
Kaip šie pertraukikliai atitinka NEC standartus?
Norėdami atitikti NEC standartus, PV grandinės pertraukikliai yra suprojektuoti su žemės nuotėkio grandinės pertraukikliais (GFCI), kurie kontroliuoja ir aptinka nuolatinės srovės gedimus bei nutekėjimo sroves, kad būtų išvengta elektros smūgio ir gaisro.