Fotovoltaik Sistemlərdə Gərginlik Qoruyucularının, Dövrə Kəsicilərinin və Qoruyucuların Birgə İşi: Funksional Analiz və Zərurət Müzakirələri
Giriş
Qlobal fotovoltaik sənayesinin sürətli inkişafı ilə günəş enerjisi istehsal sistemlərinin təhlükəsizliyi və sabitliyi sənayenin diqqət mərkəzinə çevrilmişdir. Fotovoltaik sistemlər uzun müddət açıq havada qalır və ildırım vurması, elektrik şəbəkəsindəki dalğalanmalar və avadanlıqların sıradan çıxması kimi təhlükələrə qarşı həssasdır ki, bu da avadanlıqların zədələnməsinə və hətta yanğına səbəb ola bilər. Gərginlikdən qoruyucular (SPD), elektrik açarları və qoruyucular sistemin təhlükəsiz işləməsini təmin etmək üçün hər biri öz vəzifələrini yerinə yetirən və bir-biri ilə əməkdaşlıq edən əsas mühafizə cihazlarıdır. Bu məqalədə onların funksiyaları, koordinasiya mexanizmləri və sənaye istifadəçiləri üçün istinad təmin etmək zərurəti dərindən təhlil ediləcək.
I. Fotovoltaik Sistemlərlə Qarşılaşan "Görünməz Qatil"
Fotovoltaik elektrik stansiyaları açıq havada çalışan və daim müxtəlif sərt sınaqlara dözən "polad döyüşçülər" kimidir.
1.1 İldırım vurması ilə bağlı problemlər:
Xüsusilə, Yaxın Şərq və Cənub-Şərqi Asiyada tək bir ildırım mövsümü qorunmayan sistemləri iflic edə bilər.
1.2 Elektrik şəbəkəsindəki dalğalanmalar:
Rəhbərlik etdiyim Çili layihəsində şəbəkə gərginliyində qəfil artım səbəbindən bir neçə avadanlıq yanıb sıradan çıxdı.
1.3 Qısaqapanma riski:
Keçən il Almaniyada bir layihədə kabellərin köhnəlməsi səbəbindən qısaqapanma baş vermiş və bu da az qala yanğına səbəb olmuşdu.
Bu risklər şişirtmə deyil. Beynəlxalq Fotovoltaik Təhlükəsizlik Alyansının məlumatına görə, fotovoltaik sistem nasazlıqlarının 60%-dən çoxu qeyri-kafi elektrik mühafizəsi ilə bağlıdır.
II. Gərginlikdən Qoruyucu Qurğuların (SPD) əsas funksiyaları
2.1 İş prinsipi
SPD, metal oksid varistorları (MOV) və ya qaz boşaltma boruları (GDT) vasitəsilə keçici həddindən artıq gərginliyi yerə yönəldir və gərginliyi təhlükəsiz diapazonda məhdudlaşdırır. Fotovoltaik sistemlərdə SPD-lər adətən aşağıdakı yerlərdə quraşdırılır:
DC tərəfi (modullar və inverter arasında): İldırımın yaratdığı gərginlik dalğalanmalarından qorunmaq üçün.
AC tərəfi (invertor və şəbəkə arasında): Şəbəkə tərəfdən həddindən artıq gərginliyi yatırmaq üçün.
2.2 Əsas Parametrlər
Maksimum davamlı işləmə gərginliyi (Uc): Fotovoltaik sistemin gərginlik səviyyəsinə uyğun olmalıdır (məsələn, 1000V DC və ya 1500V DC).
Boşaltma cərəyanı (In/Iimp): İldırım cərəyanını boşaltma qabiliyyətini əks etdirir və fotovoltaik sistemlər adətən 20 kA və ya daha yüksək cərəyan tələb edir.
Gərginlikdən qorunma səviyyəsi (Yuxarı): Qalıq gərginlik ölçüsünü təyin edir və qorunan avadanlığın tab gətirmə gərginliyindən aşağı olmalıdır.
2.3 Zərurət
İnvertorlar və kombinator qutuları kimi bahalı avadanlıqların gərginlik dalğalanmaları nəticəsində zədələnməsinin qarşısını alın.
Fotovoltaik elektrik stansiyaları üçün beynəlxalq standartlara (məsələn, IEC 6164331, UL 1449) və qəbul tələblərinə uyğunluq.
Ⅲ.Açarların və qoruyucuların funksiyası və seçimi
3.1 Dövrə Kəsici
Funksiya:
•Artıq yüklənmədən qorunma: Cərəyan təyin olunmuş dəyərdən (məsələn, nominal cərəyanın 1,3 misli) artıq olduqda, istilik söndürmə mexanizmi işləyir.
•Qısa Qapanmadan Mühafizə: Elektromaqnit söndürmə mexanizmi qısaqapanma cərəyanını (məsələn, 10 kA) millisaniyə ərzində kəsir.
• Fotovoltaik üçün Tətbiq Xüsusiyyətləri:
Xüsusi bir DC dövrə açarı (məsələn, DC 1000V/1500V) seçilməlidir.
Qırılma qabiliyyəti sistemin qısaqapanma cərəyanına (adətən ≥ 15 kA) uyğun olmalıdır.
3.2 Qoruyucu
Funksiya:
Qoruyucu elementi əritməklə, nasaz dövrəni tez bir zamanda təcrid edə və ardıcıl qoşulmuş budağı qoruya bilər.
Üstünlüklər:
Qoşulma sürəti daha sürətlidir (mikrosaniyə səviyyəsində), yüksək qısaqapanma cərəyanı ssenariləri üçün uyğundur.
Kiçik ölçülüdür və məhdud sahəsi olan cərəyan daşıyan qutular üçün uyğundur.
3.3 SPD ilə əməkdaşlıq
SPD gərginlikdən qorunmaqdan, dövrə açarları/qoruyucu qoruyucuları isə cərəyandan qorunmaqdan məsuldur.
SPD gərginlik artımının pozulması səbəbindən sıradan çıxdıqda, avtomatik açarlar və ya qoruyucu qoruyucular yanğının qarşısını almaq üçün nasaz dövrəni dərhal kəsə bilər.
Ⅳ. Çoxsəviyyəli mühafizə sisteminin nümunə tədqiqatı
Misal olaraq 1 MVt gücündə fotovoltaik elektrik stansiyasını götürək:
4.1 DC tərəfində qorunma
Komponent seriyası şaxələri: Hər seriya üçün qoruyucular (məsələn, 10A gPV tipli) quraşdırın.
Kombinator qutusunun girişi: II Tip SPD (1.5kV-a qədər) və DC dövrə açarını (63A) quraşdırın.
4.2 Kondisioner tərəfində qorunma
İnverterin çıxış ucu: 1+2 tipli SPD (Iimp ≥ 12.5kA) və qəliblənmiş korpuslu dövrə açarını (250A) konfiqurasiya edin.
4.3 Xəta ssenarisinin simulyasiyası
İldırım vurması baş verdikdə: SPD gərginlik cərəyanını buraxır və 2 kV-dan aşağı gərginliyi sıxır; qısaqapanma səbəbindən SPD sıradan çıxarsa, dövrə açarı işə düşür.
Xəttdə qısaqapanma olduqda: İstilik nöqtəsi effektinin yayılmasının qarşısını almaq üçün qoruyucu 5 ms ərzində əriyir.
Ⅴ. Seçim və quraşdırma üçün tədbirlər
5.1 SPD Seçimi
DC tərəfi üçün adi AC SPD-nin tərs cərəyan problemindən qaçınmaq üçün fotovoltaikə xas bir SPD (məsələn, PVSPD) seçilməlidir.
Temperatur fərqi nəzərə alınmalıdır (Uc yüksək temperaturlu mühitlərdə fərq qoymalıdır).
5.2 Dövrə Kəsici/Qoruyucu Uyğunluğu
Qırılma qabiliyyəti sistemin maksimum qısaqapanma cərəyanından (məsələn, simin nasazlıq cərəyanı 1,5 kA-a çata bilər) daha yüksək olmalıdır.
Qoruyucunun nominal cərəyanı komponent qısaqapanma cərəyanının (Isc) 1,56 mislindən çox olmalıdır (NEC 690.8-ə uyğun olaraq).
5.3 Sistem İnteqrasiyası Təklifləri
Qalıq gərginliyi azaltmaq üçün SPD ilə dövrə açarı arasındakı telin uzunluğu ≤ 0,5 m olmalıdır.
SPD status göstəricilərinin müntəzəm yoxlamaları aparılmalı və sıradan çıxmış modullar vaxtında dəyişdirilməlidir.
Ⅵ. Sənaye Trendləri və Standart Yeniləmələr
•Yüksək gərginlik tələbi: 1500V fotovoltaik sistemlərin geniş yayılması ilə SPD-lərin və dövrə açarlarının davamlı gərginlik səviyyələri sinxron şəkildə artırılmalıdır.
•Ağıllı monitorinq: Uzaqdan nasazlıq barədə erkən xəbərdarlıq əldə etmək üçün temperatur sensorlarını və simsiz rabitə funksiyalarını birləşdirən ağıllı SPD-lər tədricən tətbiq olunur.
•Standart möhkəmləndirmə: IEC 625482023-ün yeni versiyası fotovoltaik sistemlər üçün mühafizə cihazlarına daha sərt koordinasiya tələbləri tətbiq etmişdir.
Nəticə
Fotovoltaik sistemlərdə gərginlik qoruyucuları, avtomatik açarlar və qoruyucular tam "gərginlik-cərəyan" birgə mühafizə sistemini təşkil edir. Bu komponentlərin düzgün seçilməsi və konfiqurasiyası yalnız avadanlıqların xidmət müddətini uzada və istismar və texniki xidmət xərclərini azalda bilməz, həm də elektrik stansiyalarının təhlükəsiz işləməsini təmin etmək üçün vacib şərtlərdir. Texnologiyanın inkişafı ilə bu mühafizə cihazlarının inteqrasiyası və zəkası gələcəkdə fotovoltaik sistemlərin etibarlılığını daha da artıracaq.