ფოტოელექტრულ სისტემებში ძაბვის დამცავების, ამომრთველებისა და დაუკრავენების ერთობლივი მუშაობა: ფუნქციური ანალიზი და აუცილებლობის განხილვა

შესავალი

გლობალური ფოტოელექტრული ინდუსტრიის სწრაფი განვითარების შედეგად, მზის ენერგიის გენერაციის სისტემების უსაფრთხოება და სტაბილურობა ინდუსტრიის ყურადღების ცენტრში მოექცა. ფოტოელექტრული სისტემები დიდი ხნის განმავლობაში ღია ცის ქვეშ იმყოფებიან და დაუცველები არიან ისეთი საფრთხეების მიმართ, როგორიცაა ელვა, ელექტროქსელის რყევები და აღჭურვილობის გაუმართაობა, რამაც შეიძლება გამოიწვიოს აღჭურვილობის დაზიანება ან ხანძარიც კი. ძაბვის დამცველები (SPD), ავტომატური ამომრთველები და დაუკრავენები ძირითადი დამცავი მოწყობილობებია, რომლებიც ასრულებენ თავიანთ მოვალეობებს და თანამშრომლობენ ერთმანეთთან სისტემის უსაფრთხო მუშაობის უზრუნველსაყოფად. ეს სტატია ღრმად გააანალიზებს მათ ფუნქციებს, კოორდინაციის მექანიზმებს და აუცილებლობას, რათა უზრუნველყონ მითითებები ინდუსტრიის მომხმარებლებისთვის.

I. ფოტოელექტრული სისტემების წინაშე მდგარი „უხილავი მკვლელი“

ფოტოელექტრული ელექტროსადგურები ღია ცის ქვეშ მომუშავე „ფოლადის მეომრებს“ ჰგვანან, რომლებიც მუდმივად უძლებენ სხვადასხვა მკაცრ გამოცდას.

1.1 ელვის დარტყმასთან დაკავშირებული პრობლემები:

კერძოდ, ახლო აღმოსავლეთსა და სამხრეთ-აღმოსავლეთ აზიაში, ერთმა ჭექა-ქუხილის სეზონმა შეიძლება პარალიზება მოახდინოს იმ სისტემების მიმართ, რომლებსაც დაცვა არ აქვთ.
1.2 ელექტრო ქსელის რყევები:
ჩილეს პროექტში, რომელსაც მე ვხელმძღვანელობდი, ქსელის ძაბვის უეცარი ზრდის გამო რამდენიმე მოწყობილობა დაიწვა.

1.3 მოკლე ჩართვის რისკი:
გასულ წელს გერმანიაში ერთ-ერთ პროექტს დაძველებული კაბელების გამო მოკლე ჩართვა შეექმნა, რამაც კინაღამ ხანძარი გამოიწვია.

ეს რისკები გაზვიადებული არ არის. საერთაშორისო ფოტოელექტრული უსაფრთხოების ალიანსის მონაცემებით, ფოტოელექტრული სისტემების გაუმართაობის 60%-ზე მეტი არასაკმარისი ელექტროდაცვით არის გამოწვეული.

II. ტალღური ძაბვისგან დამცავი მოწყობილობების (SPD) ძირითადი ფუნქციები

2.1 მუშაობის პრინციპი
ფოტოელექტრული ძაბვის გამტარი (SPD) გარდამავალ გადაჭარბებულ ძაბვას მიწაზე გადამისამართებს ლითონის ოქსიდის ვარისტორის (MOV) ან გაზის განმუხტვის მილების (GDT) მეშვეობით, რაც ძაბვას უსაფრთხო დიაპაზონში ზღუდავს. ფოტოელექტრულ სისტემებში, SPD, როგორც წესი, შემდეგ ადგილებშია დამონტაჟებული:
DC მხარე (მოდულებსა და ინვერტორს შორის): ელვისებური ძაბვის ტალღებისგან დასაცავად.
ცვლადენოვანი დენის მხარე (ინვერტორსა და ქსელს შორის): ქსელის მხრიდან გადაჭარბებული ძაბვის ჩასახშობად.

2.2 ძირითადი პარამეტრები
მაქსიმალური უწყვეტი სამუშაო ძაბვა (Uc): უნდა შეესაბამებოდეს ფოტოელექტრული სისტემის ძაბვის დონეს (მაგალითად, 1000 ვ DC ან 1500 ვ DC).
განმუხტვის დენი (In/Iimp): ასახავს ელვისებური დენის განმუხტვის უნარს და ფოტოელექტრული სისტემები, როგორც წესი, 20 კA ან მეტს საჭიროებენ.
ძაბვის დაცვის დონე (Up): განსაზღვრავს ნარჩენი ძაბვის ზომას და ის უნდა იყოს დაბალი, ვიდრე დაცული აღჭურვილობის გამძლე ძაბვა.

2.3 აუცილებლობა
თავიდან აიცილეთ ძვირადღირებული აღჭურვილობის, როგორიცაა ინვერტორები და კომბაინერების ყუთები, დაზიანება ძაბვის გადაჭარბებული ტალღებით.
ფოტოელექტრული ელექტროსადგურების საერთაშორისო სტანდარტების (როგორიცაა IEC 6164331, UL 1449) და მიღების მოთხოვნების დაცვა.

Ⅲ. ამომრთველებისა და დაუკრავენების ფუნქცია და შერჩევა

3.1 ავტომატური ამომრთველი
ფუნქცია:
• გადატვირთვისგან დაცვა: როდესაც დენი აღემატება დადგენილ მნიშვნელობას (მაგალითად, ნომინალურ დენზე 1.3-ჯერ მეტი), თერმული გამორთვის მექანიზმი იმუშავებს.
• მოკლე ჩართვისგან დაცვა: ელექტრომაგნიტური გამორთვის მექანიზმი მოკლე ჩართვის დენს (მაგალითად, 10 კA) მილიწამებში წყვეტს.

• ფოტოელექტრული ენერგიის გამოყენების მახასიათებლები:
საჭიროა სპეციალური DC ამომრთველის (მაგალითად, DC 1000V/1500V) შერჩევა.
გათიშვის სიმძლავრე უნდა შეესაბამებოდეს სისტემის მოკლე ჩართვის დენს (როგორც წესი, ≥ 15 კA).

3.2 დაუკრავენი
ფუნქცია:
დაუკრავენი ელემენტის დნობით, მას შეუძლია სწრაფად იზოლირება გაუმართავი წრედი და დაიცვას სერიასთან დაკავშირებული განშტოება.

უპირატესობები:
გათიშვის სიჩქარე უფრო მაღალია (მიკროსეკონდულ დონეზე), შესაფერისია მაღალი მოკლე ჩართვის დენის სცენარებისთვის.
ის პატარა ზომისაა და შესაფერისია შეზღუდული სივრცის მქონე დენის გამტარ ყუთებისთვის.

3.3 თანამშრომლობა SPD-თან

SPD პასუხისმგებელია ძაბვისგან დაცვაზე, ხოლო ამომრთველები/დამცავი დამცველები პასუხისმგებელნი არიან დენისგან დაცვაზე.
როდესაც SPD გაფუჭებულია ძაბვის ავარიის გამო, ავტომატური ამომრთველები ან დამცავი მოწყობილობები დაუყოვნებლივ გათიშავენ გაუმართავ წრედს ხანძრის თავიდან ასაცილებლად.

Ⅳ. მრავალდონიანი დაცვის სისტემის შემთხვევის შესწავლა

მაგალითად, ავიღოთ 1 მეგავატიანი ფოტოელექტრული ელექტროსადგური:
4.1 დაცვა DC მხარეს
კომპონენტების სერიის განშტოებები: დააინსტალირეთ დამცველები (მაგალითად, 10A gPV ტიპის) თითოეული სერიისთვის.
კომბინატორის ყუთის შესასვლელი: დააინსტალირეთ II ტიპის გადამრთველი (Up ≤ 1.5kV) და მუდმივი დენის ამომრთველი (63A).

4.2 დაცვა AC მხარეს
ინვერტორის გამომავალი ბოლო: კონფიგურაცია გაუკეთეთ 1+2 ტიპის SPD-ს (Iimp ≥ 12.5kA) და ჩამოსხმული კორპუსის ამომრთველს (250A).

4.3 შეცდომის სცენარის სიმულაცია
ელვის დარტყმის დროს: SPD გამოყოფს ტალღურ დენს და ძაბვას 2 კვ-ზე დაბლა აჩერებს; თუ SPD გაფუჭდება მოკლე ჩართვის გამო, ამომრთველი გამოირთვება.
ხაზზე მოკლე ჩართვისას: დაუკრავენი დნება 5 მილიწამში, რათა თავიდან იქნას აცილებული თერმული ლაქების ეფექტის გავრცელება.

Ⅴ. შერჩევისა და მონტაჟის სიფრთხილის ზომები

5.1 SPD-ის შერჩევა
მუდმივი დენის მხარისთვის, უნდა შეირჩეს ფოტოელექტრული სპეციფიკური SPD (მაგალითად, PVSPD), რათა თავიდან იქნას აცილებული ჩვეულებრივი ცვლადი დენის SPD-ის უკუ დენის პრობლემა.
გასათვალისწინებელია ტემპერატურის ზღვარი (Uc-ს მაღალი ტემპერატურის გარემოში გარკვეული ზღვარი სჭირდება).

5.2 ავტომატური ამომრთველის/დამცავი მოწყობილობის შესაბამისობა
გათიშვის სიმძლავრე უნდა იყოს სისტემის მაქსიმალურ მოკლე ჩართვის დენზე მაღალი (მაგალითად, სტრიქონის გაუმართაობის დენმა შეიძლება 1.5 კA-ს მიაღწიოს).
დაუკრავენის ნომინალური დენი უნდა იყოს კომპონენტის მოკლე ჩართვის დენის (Isc) 1.56-ჯერ მეტი (NEC 690.8-ის შესაბამისად).

5.3 სისტემის ინტეგრაციის შემოთავაზებები
ნარჩენი ძაბვის შესამცირებლად, SPD-სა და ამომრთველს შორის მავთულის სიგრძე უნდა იყოს ≤ 0.5 მ.
უნდა ჩატარდეს SPD სტატუსის ინდიკატორების რეგულარული შემოწმება და დროულად უნდა შეიცვალოს გაუმართავი მოდულები.

Ⅵ. ინდუსტრიის ტენდენციები და სტანდარტული განახლებები
• მაღალი ძაბვის მოთხოვნა: 1500 ვოლტიანი ფოტოელექტრული სისტემების ფართოდ გავრცელებასთან ერთად, საჭიროა SPD-ებისა და ავტომატური ამომრთველების გამძლე ძაბვის დონის სინქრონულად გაზრდა.

• ინტელექტუალური მონიტორინგი: ინტელექტუალური SPD-ები, რომლებიც აერთიანებენ ტემპერატურის სენსორებს და უსადენო კომუნიკაციის ფუნქციებს, თანდათანობით გამოიყენება დისტანციური გაუმართაობის ადრეული გაფრთხილების მისაღწევად.

• სტანდარტული გამაგრება: IEC 625482023-ის ახალ ვერსიაში ფოტოელექტრული სისტემების დამცავ მოწყობილობებზე უფრო მკაცრი კოორდინაციის მოთხოვნებია დაწესებული.

დასკვნა
ფოტოელექტრულ სისტემებში, ძაბვის დამცველები, ავტომატური ამომრთველები და დაუკრავენები ქმნიან სრულ „ძაბვა-დენის“ ერთობლივ დაცვის სისტემას. ამ კომპონენტების სწორი შერჩევა და კონფიგურაცია არა მხოლოდ ახანგრძლივებს აღჭურვილობის მომსახურების ვადას და ამცირებს ექსპლუატაციისა და მოვლა-პატრონობის ხარჯებს, არამედ წარმოადგენს ელექტროსადგურების უსაფრთხო მუშაობის უზრუნველყოფის აუცილებელ პირობებს. ტექნოლოგიების განვითარებასთან ერთად, ამ დამცავი მოწყობილობების ინტეგრაცია და ინტელექტი მომავალში კიდევ უფრო გაზრდის ფოტოელექტრული სისტემების საიმედოობას.