Travagliu collaborativu di prutettori di sovratensione, interruttori automatichi è fusibili in sistemi fotovoltaici: analisi funzionale è discussione di necessità
Introduzione
Cù u rapidu sviluppu di l'industria fotovoltaica mundiale, a sicurezza è a stabilità di i sistemi di generazione di energia solare sò diventate u centru di l'attenzione di l'industria. I sistemi fotovoltaici sò esposti à l'esternu per un bellu pezzu è sò vulnerabili à minacce cum'è fulmini, fluttuazioni di a rete elettrica è guasti à l'apparecchiature, chì ponu causà danni à l'apparecchiature o ancu incendi. I protettori di sovratensione (SPD), l'interruttori automatichi è i fusibili sò dispositivi di prutezzione chjave chì svolgenu ognunu u so duvere è cooperanu trà di elli per assicurà u funziunamentu sicuru di u sistema. Questu articulu analizzerà in prufundità e so funzioni, i meccanismi di coordinazione è a necessità di furnisce riferimenti per l'utilizatori di l'industria.
I. L'"assassinu invisibile" chì affrunta i sistemi fotovoltaichi
E centrale fotovoltaiche sò cum'è "guerrieri d'acciaiu" chì travaglianu à l'aria aperta, sopportendu constantemente diverse prove dure.
1.1 Prublemi di fulmini:
In particulare, in u Mediu Oriente è in l'Asia sudorientale, una sola stagione di temporali pò paralizà i sistemi chì ùn sò micca prutetti.
1.2 Fluttuazioni di a rete elettrica:
In u prugettu cilenu di u quale eru incaricatu, parechji pezzi d'equipaggiu sò stati brusgiati per via di un aumentu bruscu di a tensione di a rete.
1.3 Risicu di curtcircuitu:
L'annu scorsu, un prughjettu in Germania hà subitu un cortu circuitu per via di cavi invechjati, chì hà guasi pruvucatu un incendiu.
Questi risichi ùn sò micca una esagerazione. Sicondu l'Alleanza Internaziunale per a Sicurezza Fotovoltaica, più di u 60% di i fallimenti di i sistemi fotovoltaici sò dovuti à una prutezzione elettrica inadeguata.
II. Funzioni principali di i dispositivi di prutezzione da sovratensioni (SPD)
2.1 Principiu di funziunamentu
L'SPD devia a sovratensione transitoria à a terra per mezu di varistori d'ossidu metallicu (MOV) o tubi di scarica di gas (GDT), limitendu a tensione in un intervallu sicuru. In i sistemi fotovoltaici, l'SPD sò tipicamente installati in i seguenti lochi:
Latu CC (trà i moduli è l'inverter): Per prutege contr'à e sovratensioni indotte da u fulmine.
Latu AC (trà l'inverter è a rete): Per supprimà a sovratensione da u latu di a rete.
2.2 Parametri chjave
Tensione massima di funziunamentu cuntinuu (Uc): Deve currisponde à u livellu di tensione di u sistema fotovoltaicu (cum'è 1000V DC o 1500V DC).
Corrente di scarica (In/Iimp): Riflette a capacità di scaricà a corrente di u fulmine, è i sistemi fotovoltaici richiedenu tipicamente 20 kA o più.
Livellu di prutezzione di tensione (Up): Determina a dimensione di a tensione residuale è deve esse inferiore à a tensione di resistenza di l'equipaggiu prutettu.
2.3 Necessità
Impedisce chì l'apparecchiature costose cum'è l'inverter è e scatole di combinazione sianu danneggiate da sovratensioni.
Rispettà e norme internaziunali (cum'è IEC 6164331, UL 1449) è i requisiti di accettazione per e centrale fotovoltaiche.
Ⅲ.Funzione è selezzione di interruttori automatichi è fusibili
3.1 Interruttore di circuitu
Funzione:
• Prutezzione di sovraccaricu: Quandu a corrente supera u valore impostu (cum'è 1,3 volte a corrente nominale), u mecanismu di scattu termicu funziona.
• Prutezzione di cortu circuitu: U mecanismu di scattu elettromagneticu taglia a corrente di cortu circuitu (cum'è 10 kA) in millisecondi.
• Caratteristiche di l'applicazione per u fotovoltaicu:
Ci vole à sceglie un interruttore di circuitu CC dedicatu (cum'è DC 1000V/1500V).
A capacità di interruzione deve currisponde à a corrente di cortocircuitu di u sistema (tipicamente ≥ 15kA).
3.2 Fusibile
Funzione:
Fundendu l'elementu fusibile, pò isolà rapidamente u circuitu difettuosu è prutege a branca cunnessa in serie.
Vantaghji:
A velocità di disconnessione hè più rapida (à u livellu di microsecondi), adatta per scenarii di corrente di cortocircuitu elevata.
Hè di dimensioni chjuche è adattatu per e scatule chì portanu corrente cù spaziu limitatu.
3.3 Cullaburazione cù SPD
L'SPD hè rispunsevule di a prutezzione di a tensione, mentre chì l'interruttori automatichi / prutettori di fusibili sò rispunsevuli di a prutezzione di a corrente.
Quandu l'SPD falla per via di una rottura di sovratensione, l'interruttori automatichi o i prutettori di fusibili ponu taglià subitu u circuitu difettuosu per impedisce u focu.
Ⅳ. Studiu di casu di un sistema di prutezzione multilivellu
Pigliate cum'è esempiu una centrale fotovoltaica di 1 MW:
4.1 Prutezzione da u latu DC
Ramificazioni di a serie di cumpunenti: Installate fusibili (cum'è u tipu 10A gPV) per ogni serie.
Entrata di a scatula di u cumbinatore: Installate un SPD di tipu II (Up ≤ 1,5 kV) è un interruttore CC (63 A).
4.2 Prutezzione da u latu AC
Estremità di uscita di l'inverter: Cunfigurà un SPD di tipu 1+2 (Iimp ≥ 12.5kA) è un interruttore automaticu in scatula stampata (250A).
4.3 Simulazione di scenarii di guasti
Quandu si verifica un fulmine: L'SPD libera una sovracorrente è blocca a tensione sottu à 2kV; se l'SPD falla per via di un cortocircuitu, l'interruttore automaticu si attiva.
Quandu ci hè un cortu circuitu di linea: U fusibile si fonde in 5 ms per impedisce a propagazione di l'effettu di puntu termicu.
Ⅴ. Precauzioni per a selezzione è l'installazione
5.1 Selezzione SPD
Per u latu DC, un SPD specificu per u fotovoltaicu (cum'è PVSPD) deve esse sceltu per evità u prublema di corrente inversa di l'SPD AC ordinariu.
U margine di temperatura deve esse cunsideratu (Uc hà bisognu di lascià un margine in ambienti à alta temperatura).
5.2 Corrispondenza interruttore/fusibile
A capacità di rottura deve esse più alta chè a corrente massima di cortocircuitu di u sistema (per esempiu, a corrente di difettu di a stringa pò ghjunghje à 1,5 kA).
A corrente nominale di u fusibile deve esse più di 1,56 volte a corrente di cortocircuitu di u cumpunente (Isc) (in cunfurmità cù NEC 690.8).
5.3 Suggerimenti per l'integrazione di u sistema
A lunghezza di u filu trà SPD è l'interruttore automaticu deve esse ≤ 0,5 m per riduce a tensione residuale.
Ispezioni regulari di l'indicatori di statu di SPD devenu esse realizate, è i moduli difettosi devenu esse rimpiazzati in tempu.
Ⅵ. Tendenze di l'industria è aghjurnamenti standard
• Dumanda d'alta tensione: Cù l'adopzione generalizzata di sistemi fotovoltaici di 1500 V, i livelli di tensione di resistenza di SPD è interruttori automatichi devenu esse migliorati in modu sincronizatu.
• Monitoraghju intelligente: L'SPD intelligenti chì integranu sensori di temperatura è funzioni di cumunicazione senza filu sò applicati gradualmente per ottene un avvisu precoce di guasti remoti.
• Rinforzu standard: A nova versione di IEC 625482023 hà impostu esigenze di coordinazione più strette nantu à i dispositivi di prutezzione per i sistemi fotovoltaici.
Cunclusione
In i sistemi fotovoltaici, i prutettori di sovratensione, l'interruttori automatichi è i fusibili custituiscenu un sistema cumpletu di prutezzione collaborativa "tensione-corrente". A selezzione è a cunfigurazione curretta di sti cumpunenti ùn solu ponu allargà a vita di serviziu di l'apparecchiature è riduce i costi di funziunamentu è di manutenzione, ma sò ancu cundizioni essenziali per assicurà u funziunamentu sicuru di e centrale elettriche. Cù u sviluppu di a tecnulugia, l'integrazione è l'intelligenza di sti dispusitivi di prutezzione migliuraranu ulteriormente l'affidabilità di i sistemi fotovoltaici in u futuru.