PV системд зориулсан хэт хүчдэлээс хамгаалах төхөөрөмжийн сонголт - SPD-ийн төрлүүд

Фотоволтайк (PV) цахилгаан үйлдвэрлэл нь сэргээгдэх эрчим хүчний гол эх үүсвэр бөгөөд уламжлалт цахилгаан үйлдвэрлэлтэй харьцуулахад эдийн засгийн хувьд өндөр өрсөлдөх чадвартай. Дээврийн нарны хавтан гэх мэт жижиг тархсан PV системүүд улам бүр түгээмэл болж байна. Дээврийн PV системүүд нь 1500В хүртэл хүчдэлтэй хувьсах болон тогтмол гүйдлийн тархалтыг хоёуланг нь хамардаг. Тогтмол гүйдлийн тал, ялангуяа PV хавтангууд нь өндөр эрсдэлтэй газарт аянга цахилгаанд шууд өртөж, аянга цахилгаанд өртөмтгий болгодог.

Барилгын аянга хамгаалалтыг аянга цахилгааны эрсдэлд үндэслэн гадаад хамгаалалт (Аянга цахилгаанаас хамгаалах систем, LPS) болон дотоод хамгаалалт (Хэт хүчдэлээс хамгаалах арга хэмжээ, SPM) гэж хуваадаг. Хэт хүчдэлээс хамгаалах төхөөрөмж (ХХТ) нь дотоод хамгаалалтын нэг хэсэг бөгөөд агаар мандлын аянга цахилгаан эсвэл унтраалгын үйлдлээс үүдэлтэй түр зуурын хэт хүчдэлээс хамгаалдаг. ХХТ-г хамгаалагдсан тоног төхөөрөмжийн гадна суурилуулсан бөгөөд голчлон дараах байдлаар ажилладаг: цахилгаан системд хэт хүчдэл байхгүй үед ХХТ нь хамгаалж буй системийн хэвийн ажиллагаанд мэдэгдэхүйц нөлөөлдөггүй. Хэт хүчдэл үүсэх үед ХХТ нь бага эсэргүүцэлтэй тулгарч, хэт хүчдэлийн гүйдлийг өөрөөр нь дамжуулж, хүчдэлийг аюулгүй түвшинд хүртэл хязгаарладаг. Хэт хүчдэл өнгөрч, үлдэгдэл гүйдэл тасарсны дараа ХХТ нь өндөр эсэргүүцлийн төлөвт буцаж ордог.

1. Хэт хүчдэлээс хамгаалах төхөөрөмж (SPD) суурилуулах байршил

SPD-ийн суурилуулах байршлыг аянгын аюулын зэргээс хамааран IEC 62305 стандартын Аянга хамгаалах бүс (LPZ) концепц дээр үндэслэн тодорхойлно. Түр зуурын хэт хүчдэлийг аажмаар аюулгүй түвшинд хүртэл бууруулдаг бөгөөд энэ нь хамгаалагдсан тоног төхөөрөмжийн тэсвэрлэх хүчдэлээс доогуур байх ёстой. Зурагт үзүүлсэнчлэн, SPD-ийг эдгээр бүсийн хил хязгаарт суурилуулсан нь бага хүчдэлийн системд ашигладаг олон түвшний хэт хүчдэлийн хамгаалалтын концепцийг бий болгосон. PV системийн хувьд аянгын хэт хүчдэлийг хувьсах болон тогтмол гүйдлийн талуудаар нэвтрэхээс урьдчилан сэргийлэх, улмаар инвертер зэрэг чухал бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг хамгаалахад анхаарлаа хандуулдаг.

2. Хэт хүчдэлээс хамгаалах төхөөрөмжүүдийн (SPD) туршилтын ангиуд

IEC 61643-11 стандартын дагуу SPD-үүдийг тэсвэрлэх зориулалттай аянгын гүйдлийн импульсийн төрлөөс хамааран гурван туршилтын ангилалд ангилдаг. I хэлбэрийн туршилтууд (T1 гэж тэмдэглэгдсэн) нь барилга руу дамжуулж болох хэсэгчилсэн аянгын гүйдлийг дуурайлган хийх зориулалттай. Эдгээр нь Зурагт үзүүлсэн шиг 10/350 µs долгионы хэлбэрийг ашигладаг бөгөөд ихэвчлэн LPZ0 болон LPZ1-ийн хоорондох хил дээр, тухайлбал гол хуваарилах самбар эсвэл бага хүчдэлийн трансформаторын оролт дээр ашиглагддаг. Энэ түвшний SPD-үүд нь ихэвчлэн хүчдэл солих төрөлтэй бөгөөд хийн гаралтын хоолой эсвэл очны зай (жишээлбэл, эвэрт зай эсвэл бал чулуун зай) зэрэг бүрэлдэхүүн хэсгүүдтэй байдаг.

II төрлийн (T2) болон III төрлийн (T3) туршилтууд нь богино хугацааны импульс ашигладаг. II төрлийн SPD нь ихэвчлэн металл ислийн варистор (MOV) зэрэг бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг ашигладаг хүчдэл хязгаарлах төхөөрөмж юм. Тэдгээрийг 8/20 мкс гүйдлийн долгионы хэлбэрийг ашиглан нэрлэсэн цэнэгийн гүйдэлээр туршдаг (зураг үлээлтийг үзнэ үү) бөгөөд дээд урсгалын хамгаалалтын төхөөрөмжөөс ирж буй үлдэгдэл хэт хүчдэлийг цаашид хязгаарлах үүрэгтэй. III төрлийн туршилтууд нь 1.2/50 мкс хүчдэл ба 8/20 мкс гүйдлийн импульс (доорх зургийг үзнэ үү) бүхий хосолсон долгионы үүсгүүрийг ашигладаг бөгөөд эцсийн хэрэглээний тоног төхөөрөмжид ойртох хэт хүчдэлийг дуурайдаг.

3. Хэт хүчдэлээс хамгаалах төхөөрөмжийн холболтын төрөл (SPD)

Түр зуурын хэт хүчдэлээс хамгаалах хоёр үндсэн горим байдаг. Эхнийх нь гүйдэл дамжуулагч болон хамгаалалтын газардуулгын хоорондох хэт хүчдэлээс хамгаалах зориулалттай нийтлэг горимын хамгаалалт (CT1) юм. Жишээлбэл, аянга цахилгаан нь системд газартай харьцуулахад өндөр хүчдэл оруулж ирдэг. Доор үзүүлсэн шиг нийтлэг горимын хамгаалалт нь аянга цахилгаан гэх мэт гадны нөлөөллийн нөлөөллийг бууруулахад тусалдаг.

Хоёр дахь нь дифференциал горимын хамгаалалт (CT2) бөгөөд энэ нь шугаман дамжуулагч (L) болон төвийг сахисан дамжуулагч (N)-ийн хоорондох хэт хүчдэлээс хамгаалдаг. Энэ төрлийн хамгаалалт нь доорх диаграммд үзүүлсэн шиг цахилгааны дуу чимээ эсвэл систем дотор үүссэн хөндлөнгийн оролцоо зэрэг дотоод саад тотгорыг арилгахад онцгой чухал юм.

Эдгээр хамгаалалтын горимуудын аль нэгийг эсвэл хоёуланг нь хэрэгжүүлснээр цахилгаан системийг болзошгүй хэт хүчдэлийн эх үүсвэрээс илүү сайн хамгаалж, эцэст нь холбогдсон тоног төхөөрөмжийн ашиглалтын хугацаа, найдвартай байдлыг нэмэгдүүлэх боломжтой.

SPD хамгаалалтын горимын сонголт нь газардуулгын системтэй тохирч байх ёстой гэдгийг тэмдэглэх нь чухал юм. TN системүүдийн хувьд CT1 болон CT2 хамгаалалтын горимуудыг хоёуланг нь ашиглаж болно. Гэсэн хэдий ч TT системд CT1-ийг зөвхөн RCD-ийн дараа хэрэглэж болно. Мэдээллийн технологийн системд, ялангуяа төвийг сахисан дамжуулагчгүй системд CT2 хамгаалалт хамаарахгүй. Энэ нь мэдээллийн технологийн газардуулгын тохиргоог ашигладаг тогтмол гүйдлийн түгээлтийн системд чухал ач холбогдолтой юм. Дэлгэрэнгүй мэдээллийг доорх хүснэгтээс харж болно.

4. Хэт хүчдэлээс хамгаалах төхөөрөмжийн (SPD) гол үзүүлэлтүүд

Олон улсын IEC 61643-11 стандартын дагуу бага хүчдэлийн цахилгаан түгээлтийн системд холбогдсон SPD-ийн шинж чанар, туршилтыг Зураг 7-д үзүүлсэн шиг тодорхойлсон болно.

(1) Хүчдэлийн хамгаалалтын түвшин (дээш)

SPD сонгоход хамгийн чухал тал нь түүний хүчдэлийн хамгаалалтын түвшин (Up) бөгөөд энэ нь терминалуудын хоорондох хүчдэлийг хязгаарлах SPD-ийн гүйцэтгэлийг тодорхойлдог. Энэ утга нь хамгийн их хавчих хүчдэлээс өндөр байх ёстой. SPD-ээр урсаж буй гүйдэл нь нэрлэсэн цэнэгийн гүйдэл In-тэй тэнцүү үед хүрдэг. Сонгосон хүчдэлийн хамгаалалтын түвшин нь ачааллын импульсийн тэсвэрлэх хүчдэл Uw-ээс бага байх ёстой. Аянга цохих тохиолдолд SPD терминалууд дээрх хүчдэлийг ерөнхийдөө Up-ээс доош байлгадаг. PV DC системийн хувьд ачаалал нь ихэвчлэн PV модуль болон инвертерийг хэлдэг.

(2) Хамгийн их тасралтгүй ажиллах хүчдэл (Uc)

Uc нь SPD хамгаалалтын горимд тасралтгүй хэрэглэгдэж болох хамгийн их тогтмол гүйдлийн хүчдэл юм. Үүнийг нэрлэсэн хүчдэл болон системийн газардуулгын тохиргоонд үндэслэн сонгож, SPD-ийн идэвхжүүлэлтийн босго болж үйлчилнэ. PV системийн тогтмол гүйдлийн талын хувьд Uc нь PV массивын Uoc Max-аас их буюу тэнцүү байх ёстой. Uoc Max нь PV массивын заасан цэг дээр амьд терминалуудын хоорондох болон амьд терминал ба газардуулгын хоорондох хамгийн өндөр нээлттэй хэлхээний хүчдэлийг хэлнэ.

(3) Нэрлэсэн цэнэг алдалтын гүйдэл (In)

Энэ нь II төрлийн туршилт болон I төрлийн урьдчилсан тохируулгын туршилтад ашиглагддаг SPD-ээр урсах 8/20 μs долгионы хэлбэрийн гүйдлийн оргил утга юм. II төрөлIEC нь SPD нь 8/20 μs долгионы хэлбэрийн гүйдлийн дор хаяж 19 удаагийн цэнэг алдалтыг тэсвэрлэх чадвартай байхыг шаарддаг. In утга өндөр байх тусам SPD-ийн ашиглалтын хугацаа уртсах боловч өртөг нь мөн нэмэгддэг.

(4) Импульсийн гүйдэл (Iimp)

Гүйдлийн оргил (Ip), цэнэг (Q), хувийн энерги (W/R) гэсэн гурван параметрээр тодорхойлогддог энэхүү гүйдлийг дараах байдлаар ашигладаг. I төрөл туршилтууд. Ердийн долгионы хэлбэр нь 10/350 μs байна.