Фотоволтайк систем дэх хэт хүчдэлийн хамгаалалт, хэлхээний таслуур болон гал хамгаалагчийн хамтын ажиллагаа: Функциональ шинжилгээ ба зайлшгүй байдлын хэлэлцүүлэг
Танилцуулга
Дэлхийн фотоволтайкийн салбар хурдацтай хөгжиж байгаатай холбогдуулан нарны эрчим хүч үйлдвэрлэх системийн аюулгүй байдал, тогтвортой байдал нь салбарын анхаарлын төвд байна. Фотоволтайк системүүд нь удаан хугацаанд гадаа байдаг бөгөөд аянга цахилгаан, цахилгаан сүлжээний хэлбэлзэл, тоног төхөөрөмжийн эвдрэл зэрэг аюулд өртөмтгий байдаг бөгөөд энэ нь тоног төхөөрөмжийн эвдрэл, тэр ч байтугай гал түймэрт хүргэж болзошгүй юм. Хэт хүчдэлийн хамгаалалт (SPD), хэлхээний таслуур, гал хамгаалагч нь тус бүр өөрийн үүргээ гүйцэтгэж, системийн аюулгүй ажиллагааг хангахын тулд бие биетэйгээ хамтран ажилладаг гол хамгаалалтын төхөөрөмжүүд юм. Энэхүү нийтлэлд тэдгээрийн үүрэг, зохицуулалтын механизм, салбарын хэрэглэгчдэд лавлагаа өгөх шаардлагатайг гүнзгий судлах болно.
I. Фотоволтайк системүүдтэй тулгарч буй "Үл үзэгдэх алуурчин"
Фотоволтайк цахилгаан станцууд нь задгай агаарт ажиллаж, янз бүрийн хатуу ширүүн туршилтыг байнга тэсвэрлэдэг "ган дайчид" шиг юм.
1.1 Аянга цохихтой холбоотой асуудлууд:
Ялангуяа Ойрхи Дорнод болон Зүүн Өмнөд Азид ганцхан удаагийн аадар борооны улирал хамгаалалтгүй системийг саажилттай болгодог.
1.2 Цахилгаан сүлжээний хэлбэлзэл:
Миний хариуцаж байсан Чилийн төсөлд цахилгааны хүчдэл гэнэт нэмэгдсэний улмаас хэд хэдэн тоног төхөөрөмж шатсан.
1.3 Богино залгааны эрсдэл:
Өнгөрсөн жил Германд болсон нэгэн төсөлд кабелийн хуучирснаас болж богино холболт үүсч, гал гарах шахсан.
Эдгээр эрсдэлүүд хэтрүүлэг биш юм. Олон улсын фотоволтайк аюулгүй байдлын холбооны мэдээлснээр фотоволтайк системийн эвдрэлийн 60 гаруй хувь нь цахилгаан хамгаалалт хангалтгүй байгаагаас үүдэлтэй байдаг.
II. Хэт хүчдэлээс хамгаалах төхөөрөмжүүдийн (SPD) үндсэн функцууд
2.1 Ажиллах зарчим
SPD нь металл ислийн варистор (MOV) эсвэл хийн гаралтын хоолой (GDT)-ээр дамжуулан түр зуурын хэт хүчдэлийг газарт шилжүүлж, хүчдэлийг аюулгүй хүрээнд хязгаарладаг. Фотоэлектрик системд SPD-г ихэвчлэн дараах байршилд суурилуулдаг:
DC тал (модулиуд болон инвертерийн хооронд): Аянга цахилгааны хэт халалтаас хамгаалах зориулалттай.
Хувьсах гүйдлийн тал (инвертер болон сүлжээний хооронд): Сүлжээний талаас хэт хүчдэлийг дарах зориулалттай.
2.2 Гол параметрүүд
Хамгийн их тасралтгүй ажиллах хүчдэл (Uc): Фотоэлектрик системийн хүчдэлийн түвшинтэй тохирч байх ёстой (жишээлбэл, 1000V DC эсвэл 1500V DC).
Цэнэггүйжүүлэх гүйдэл (In/Iimp): Аянгын гүйдэл гаргах чадварыг тусгадаг бөгөөд фотоэлектрик системүүд нь ихэвчлэн 20кА ба түүнээс дээш гүйдэл шаарддаг.
Хүчдэлийн хамгаалалтын түвшин (Дээд): Үлдэгдэл хүчдэлийн хэмжээг тодорхойлдог бөгөөд хамгаалагдсан төхөөрөмжийн тэсвэрлэх хүчдэлээс бага байх ёстой.
2.3 Шаардлагатай байдал
Инвертер болон комбайн хайрцаг зэрэг үнэтэй тоног төхөөрөмжийг хэт хүчдэлээс болж гэмтээхээс сэргийлнэ.
Фотоэлектрик цахилгаан станцуудын олон улсын стандарт (IEC 6164331, UL 1449 гэх мэт) болон хүлээн авах шаардлагыг дагаж мөрдөх.
Ⅲ. Хэлхээ таслагч болон гал хамгаалагчийн функц ба сонголт
3.1 Хэлхээ таслагч
Чиг үүрэг:
•Хэт ачааллаас хамгаалах: Гүйдэл нь тогтоосон утгаас (жишээлбэл, нэрлэсэн гүйдлийн 1.3 дахин) хэтэрсэн үед дулааны тасалдлын механизм ажилладаг.
•Богино залгааны хамгаалалт: Цахилгаан соронзон таслах механизм нь богино залгааны гүйдлийг (жишээлбэл, 10 кА) миллисекундын дотор тасалдаг.
• Фотоволтайкийн хэрэглээний шинж чанарууд:
Зориулалтын тогтмол гүйдлийн хэлхээний таслуур (жишээ нь, DC 1000V/1500V) сонгох шаардлагатай.
Таслах хүчин чадал нь системийн богино залгааны гүйдэлтэй (ихэвчлэн ≥ 15кА) тохирч байх ёстой.
3.2 Гал хамгаалагч
Чиг үүрэг:
Гал хамгаалагчийн элементийг хайлуулснаар эвдэрсэн хэлхээг хурдан тусгаарлаж, цуваа холбогдсон салбарыг хамгаалж чадна.
Давуу талууд:
Салгах хурд нь илүү хурдан (микросекундын түвшинд) бөгөөд богино залгааны гүйдлийн өндөр нөхцөлд тохиромжтой.
Энэ нь жижиг хэмжээтэй бөгөөд хязгаарлагдмал зайтай гүйдэл дамжуулах хайрцагт тохиромжтой.
3.3 SPD-тэй хамтран ажиллах
SPD нь хүчдэлийн хамгаалалтыг хариуцдаг бол хэлхээний таслуур/гал хамгаалагч нь гүйдлийн хамгаалалтыг хариуцдаг.
Хэт хүчдэлийн эвдрэлээс болж SPD ажиллахаа больсон тохиолдолд хэлхээний таслуур эсвэл гал хамгаалагч нь галаас урьдчилан сэргийлэхийн тулд эвдэрсэн хэлхээг нэн даруй тасалж чадна.
Ⅳ. Олон түвшний хамгаалалтын системийн кейс судалгаа
Жишээ болгон 1МВт-ын фотоэлектрик цахилгаан станцыг авч үзье.
4.1 DC талын хамгаалалт
Бүрэлдэхүүн хэсгийн цувралын салбарууд: Цуврал бүрийн хувьд гал хамгаалагч (жишээ нь 10A gPV төрөл) суурилуулна.
Хослогчийн хайрцгийн оруулга: II төрлийн SPD (1.5 кВ хүртэл) болон тогтмол гүйдлийн хэлхээний таслуур (63А)-г суурилуулна уу.
4.2 Агааржуулагчийн талын хамгаалалт
Инвертерийн гаралтын төгсгөл: 1+2 төрлийн SPD (Iimp ≥ 12.5kA) болон цутгасан хайрцагтай хэлхээний таслуур (250A)-г тохируулна уу.
4.3 Алдааны хувилбарын симуляци
Аянга цохих үед: SPD нь хэт хүчдэлийг ялгаруулж, 2 кВ-аас доош хүчдэлийг дардаг; хэрэв SPD нь богино холболтын улмаас ажиллахаа больвол хэлхээний таслуур ажиллана.
Шугамын богино холболт үүссэн үед: Дулааны толбоны нөлөө тархахаас сэргийлж гал хамгаалагч 5мс дотор хайлдаг.
i. Сонголт болон суурилуулалтын урьдчилан сэргийлэх арга хэмжээ
5.1 SPD сонголт
DC талын хувьд ердийн хувьсах гүйдлийн SPD-ийн урвуу гүйдлийн асуудлаас зайлсхийхийн тулд фотоволтайкийн тусгай SPD (PVSPD гэх мэт) сонгох хэрэгтэй.
Температурын хязгаарыг харгалзан үзэх хэрэгтэй (Uc нь өндөр температуртай орчинд хязгаар үлдээх шаардлагатай).
5.2 Хэлхээ таслагч/гал хамгаалагчийн тохируулга
Таслах хүчин чадал нь системийн хамгийн их богино залгааны гүйдлээс өндөр байх ёстой (жишээлбэл, утсан дээрх гэмтлийн гүйдэл 1.5 кА хүрч болно).
Гал хамгаалагчийн нэрлэсэн гүйдэл нь бүрэлдэхүүн хэсгийн богино залгааны гүйдэл (Isc)-ээс 1.56 дахин их байх ёстой (NEC 690.8 стандартын дагуу).
5.3 Системийн интеграцийн саналууд
Үлдэгдэл хүчдэлийг бууруулахын тулд SPD болон хэлхээний таслуурын хоорондох утасны урт нь ≤ 0.5м байх ёстой.
SPD-ийн төлөв байдлын үзүүлэлтүүдийг тогтмол шалгаж, эвдэрсэн модулиудыг цаг тухайд нь солих шаардлагатай.
Ⅵ. Салбарын чиг хандлага ба стандарт шинэчлэлтүүд
•Өндөр хүчдэлийн эрэлт: 1500В фотоэлектрик системийг өргөнөөр нэвтрүүлснээр SPD болон хэлхээний таслуурын тэсвэрлэх хүчдэлийн түвшинг синхрончлон сайжруулах шаардлагатай байна.
•Ухаалаг хяналт: Алсын зайнаас алдааг эрт илрүүлэх сэрэмжлүүлгийг бий болгохын тулд температур мэдрэгч болон утасгүй холбооны функцуудыг нэгтгэсэн ухаалаг SPD-үүдийг аажмаар ашиглаж байна.
•Стандарт арматур: IEC 625482023 стандартын шинэ хувилбар нь фотоволтайк системийн хамгаалалтын төхөөрөмжүүдэд илүү хатуу зохицуулалтын шаардлагыг ногдуулсан.
Дүгнэлт
Фотоволтайк системд хүчдэлийн хэт халалтаас хамгаалагч, хэлхээний таслуур болон гал хамгаалагч нь "хүчдэл-гүйдлийн" хамтын ажиллагааны бүрэн системийг бүрдүүлдэг. Эдгээр бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг зөв сонгож, тохируулах нь тоног төхөөрөмжийн ашиглалтын хугацааг уртасгаж, ашиглалт, засвар үйлчилгээний зардлыг бууруулаад зогсохгүй цахилгаан станцуудын аюулгүй ажиллагааг хангах зайлшгүй нөхцөл болдог. Технологийн хөгжлөөр эдгээр хамгаалалтын төхөөрөмжүүдийн нэгдэл, ухаалаг байдал нь ирээдүйд фотоволтайк системийн найдвартай байдлыг улам бүр нэмэгдүүлэх болно.