Selección y Diseño de Dispositivos de Seguridad en Sistemas Fotovoltaicos

Las centrales eléctricas se instalan generalmente en la naturaleza o en el tejado, y los componentes deben instalarse al aire libre. El entorno natural es duro y los desastres naturales y provocados por el hombre son inevitables. Los desastres naturales como tifones, tormentas de nieve, arena y polvo dañarán el equipo. La seguridad de la central eléctrica es muy importante. Ya sea una pequeña central eléctrica distribuida o una central eléctrica terrestre centralizada a gran escala, existen ciertos riesgos. Por lo tanto, el equipo debe estar equipado con dispositivos de seguridad especiales, como fusibles y dispositivos de protección contra rayos. , Proteja siempre la seguridad de la central eléctrica.

1. Fusible
El fusible CHYT es un protector de corriente fabricado según el principio de romper el circuito derritiendo la masa fundida con el calor generado por sí mismo después de que la corriente excede el valor especificado durante un cierto período de tiempo. Los fusibles se utilizan ampliamente en sistemas de distribución de energía, sistemas de control y equipos eléctricos de bajo voltaje. Como protección contra cortocircuitos y sobrecorriente, los fusibles son uno de los dispositivos de protección más utilizados. Los fusibles de las centrales fotovoltaicas se dividen en fusibles de CC y fusibles de CA.
El lado de CC de la central fotovoltaica conecta varias cadenas en paralelo a la barra colectora de CC de la caja combinadora de CC (esquema centralizado) o al inversor de cadena (esquema de inversor de cadena) según la configuración del esquema. Cuando se conectan varias cadenas fotovoltaicas en paralelo, si se produce un fallo de cortocircuito en una determinada cadena, las otras cadenas en el bus de CC y la red proporcionarán corriente de cortocircuito al punto de cortocircuito. Si no se toman las medidas de protección correspondientes, se producirán quemaduras en los equipos, como por ejemplo los cables conectados a ellos. Al mismo tiempo, puede provocar quemaduras en los accesorios cercanos al equipo. En la actualidad, hay muchos accidentes similares por incendio de tejados fotovoltaicos en China, por lo que es necesario instalar dispositivos de protección en los circuitos paralelos de cada cadena para mejorar la seguridad de las plantas de energía fotovoltaica.

En la actualidad, los fusibles de CC se utilizan en cajas combinadoras e inversores para protección contra sobrecorriente. Los principales fabricantes de inversores también consideran los fusibles como los componentes básicos de la protección de CC. Al mismo tiempo, fabricantes de fusibles como Bussman y Littelfuse también han lanzado fusibles de CC específicos para fotovoltaica.
Con la creciente demanda de fusibles de CC en la industria fotovoltaica, cómo seleccionar correctamente los fusibles de CC para una protección eficaz es un problema al que tanto los usuarios como los fabricantes deben prestar mucha atención. Al seleccionar fusibles de CC, no puede simplemente copiar los fusibles de CA. Las especificaciones eléctricas y las dimensiones estructurales, debido a que existen muchas especificaciones técnicas y conceptos de diseño diferentes entre los dos, están relacionadas con la consideración integral de si la corriente de falla se puede cortar de manera segura y confiable sin accidentes.
1) Dado que la corriente continua no tiene un punto de cruce por cero, al interrumpir la corriente de falla, el arco solo puede extinguirse rápidamente por sí solo bajo la acción del enfriamiento forzado del relleno de arena de cuarzo, que es mucho más difícil que romper el Arco CA. El diseño razonable y el método de soldadura del chip, la pureza y la proporción del tamaño de las partículas de la arena de cuarzo, el punto de fusión, el método de curado y otros factores determinan la eficiencia y el efecto sobre la extinción forzada del arco de CC.
2) Bajo el mismo voltaje nominal, la energía de arco generada por el arco de CC es más del doble que la energía de arco de CA. Para garantizar que cada sección del arco pueda limitarse dentro de una distancia controlable y extinguirse rápidamente al mismo tiempo, no aparecerá ninguna sección. El arco se conecta directamente en serie para provocar una enorme acumulación de energía, lo que provoca un accidente que el fusible Las ráfagas debido al tiempo de arco continuo son demasiado largas. El cuerpo del tubo del fusible de CC es generalmente más largo que el del fusible de CA; de lo contrario, el tamaño no se puede ver en el uso normal. La diferencia, cuando se produzca la corriente de falla, tendrá graves consecuencias.
3) Según los datos recomendados por la Organización Internacional de Tecnología de Fusibles, la longitud del cuerpo del fusible debe aumentarse en 10 mm por cada aumento de voltaje de 150 V CC, y así sucesivamente. Cuando el voltaje CC es de 1000 V, la longitud del cuerpo debe ser de 70 mm.
4) Cuando se utiliza el fusible en el circuito de CC, se debe considerar la influencia compleja de la energía de inductancia y capacitancia. Por lo tanto, la constante de tiempo L/R es un parámetro importante que no se puede ignorar. Debe determinarse de acuerdo con la aparición y la tasa de caída de la corriente de falla de cortocircuito del sistema de línea específico. Una evaluación precisa no significa que puedas elegir una especialidad o una especialidad a voluntad. Dado que la constante de tiempo L/R del fusible de CC determina la energía del arco de ruptura, el tiempo de ruptura y el voltaje de paso, el espesor y la longitud del cuerpo del tubo deben seleccionarse de manera razonable y segura.
Fusible de CA: en el extremo de salida del inversor fuera de la red o en el extremo de entrada de la fuente de alimentación interna del inversor centralizado, se debe diseñar e instalar un fusible de CA para evitar que la carga sufra sobrecorriente o cortocircuito.

2. Protector contra rayos
La mayor parte del sistema fotovoltaico está instalada al aire libre y el área de distribución es relativamente grande. Los componentes y soportes son conductores, lo que resulta bastante atractivo para los rayos, por lo que existe peligro de caída directa e indirecta de rayos. Al mismo tiempo, el sistema está conectado directamente a los equipos y edificios eléctricos relacionados, por lo que los rayos en el sistema fotovoltaico también afectarán a los equipos, edificios y cargas eléctricas relacionados. Para evitar daños por rayos al sistema de generación de energía fotovoltaica, es necesario configurar un sistema de protección contra rayos y puesta a tierra para protección.
Los rayos son un fenómeno de descarga eléctrica en la atmósfera. Durante la formación de nubes y lluvia, algunas partes acumulan cargas positivas y la otra parte acumula cargas negativas. Cuando estas cargas se acumulan hasta cierta cantidad, se producirá un fenómeno de descarga, formándose un rayo. Los rayos se dividen en rayos directos y rayos de inducción. Los rayos directos se refieren a rayos que caen directamente sobre paneles fotovoltaicos, sistemas de distribución de energía de CC, equipos eléctricos y su cableado, así como áreas cercanas. Hay dos formas de intrusión de rayos directos: una es la descarga directa de paneles fotovoltaicos, etc., mencionada anteriormente, de modo que la mayor parte de la corriente del rayo de alta energía se introduce en edificios o equipos, líneas; la otra es que el rayo puede pasar directamente a través de pararrayos, etc. El dispositivo que transmite la corriente del rayo al suelo se descarga, provocando que el potencial de tierra aumente instantáneamente, y una gran parte de la corriente del rayo se conecta inversamente a los equipos y líneas. a través del cable de conexión a tierra de protección.

Los rayos inductivos se refieren a los rayos generados cerca y más lejos de edificios, equipos y líneas relacionados, lo que provoca sobretensión en edificios, equipos y líneas relacionados. Esta sobretensión se conecta en serie mediante inducción electrostática o inducción electromagnética. a equipos y líneas electrónicos relacionados, causando daños a equipos y líneas.
Para sistemas de generación de energía a gran escala o fotovoltaicos instalados en campos abiertos y altas montañas, especialmente en áreas propensas a rayos, se deben equipar dispositivos de puesta a tierra de protección contra rayos.
El dispositivo de protección contra sobretensiones (dispositivo de protección contra sobretensiones) es un dispositivo indispensable en la protección contra rayos de equipos electrónicos. Solía ​​​​llamarse "pararrayos" o "protector de sobretensión". La abreviatura en inglés es SPD. La función del protector contra sobretensiones es limitar la sobretensión instantánea que ingresa a la línea eléctrica y a la línea de transmisión de señales dentro del rango de voltaje que el equipo o sistema puede soportar, o filtrar la poderosa corriente del rayo al suelo, para proteger el área protegida. equipo o sistema de ser dañado. Dañado por impacto. A continuación se describe los principales parámetros técnicos de los pararrayos comúnmente utilizados en los sistemas de generación de energía fotovoltaica.

(1) Tensión máxima de funcionamiento continuo Ucpv: este valor de tensión indica la tensión máxima que se puede aplicar a través del descargador. Bajo este voltaje, el descargador debe poder funcionar normalmente sin fallas. Al mismo tiempo, el voltaje se carga continuamente en el pararrayos sin cambiar las características de trabajo del pararrayos.
(2) Corriente de descarga nominal (In): También se denomina corriente de descarga nominal, que se refiere al valor máximo actual de la forma de onda de corriente del rayo de 8/20 μs que el pararrayos puede soportar.
(3) Corriente de descarga máxima Imax: cuando se aplica una vez al protector una onda de rayo estándar con una forma de onda de 8/20 ms, el valor máximo máximo de la corriente de choque que el protector puede soportar.
(4) Nivel de protección de voltaje Up(In): El valor máximo del protector en las siguientes pruebas: el voltaje de descarga disruptiva con una pendiente de 1KV/ms; la tensión residual de la corriente de descarga nominal.
El protector contra sobretensiones utiliza un varistor con excelentes características no lineales. En circunstancias normales, el protector contra sobretensiones se encuentra en un estado de resistencia extremadamente alta y la corriente de fuga es casi nula, lo que garantiza el suministro de energía normal del sistema de energía. Cuando ocurre una sobretensión en el sistema de energía, el protector contra sobretensiones se activará inmediatamente en nanosegundos para limitar la magnitud de la sobretensión dentro del rango de trabajo seguro del equipo. Al mismo tiempo se libera la energía de la sobretensión. Posteriormente, el protector cambia rápidamente a un estado de alta impedancia, sin afectar así el suministro normal de energía del sistema eléctrico.

Además de que los rayos pueden generar sobretensiones y corrientes, también ocurrirán en el momento de cerrar y desconectar un circuito de alta potencia, en el momento de encender o apagar una carga inductiva y capacitiva, y en la desconexión de un sistema de energía grande o transformador. Las sobretensiones y corrientes de conmutación grandes también causarán daños a los equipos y líneas relacionados. Para evitar la inducción de rayos, se agrega un varistor al extremo de entrada de CC del inversor de baja potencia. La corriente de descarga máxima puede alcanzar los 10 kVA, lo que básicamente puede satisfacer las necesidades de los sistemas de protección contra rayos fotovoltaicos domésticos.