ทำไมระบบ PV ของคุณจึงต้องมีอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก SPD DC

ทำไมระบบ PV จึงต้องการการป้องกันไฟกระชาก DC โดยเฉพาะ

อาร์เรย์โฟโตโวลตาอิกถูกติดตั้งกลางแจ้ง บนหลังคาหรือในทุ่งโล่ง ซึ่งทำให้เสี่ยงต่อฟ้าผ่าและทรานเซียนต์จากการสวิตช์ของโครงข่ายไฟฟ้า ด้าน DC ของระบบโซลาร์ทำงานที่ระดับแรงดันสูง — 500 V, 1000 V หรือ 1500 V — และแรงดันเกินชั่วขณะใด ๆ อาจทำให้ฉนวนเครียด ทำลายสารกึ่งตัวนำ และลดอายุการใช้งานของอินเวอร์เตอร์และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อื่น ๆ ต่างจากระบบ AC อาร์ก DC ดับได้ยากกว่า ดังนั้นไฟกระชากที่ทะลุเข้าไปถึงอินพุตอินเวอร์เตอร์อาจทำให้เกิดความเสียหายร้ายแรง

อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก (SPD) DC โดยเฉพาะคือแนวป้องกันชั้นแรก SGS5-40P DC SPD จาก SINGI ได้รับการออกแบบมาเพื่อตรวจจับสไปก์แรงดันเกินและระบายลงดิน จำกัดระดับแรงดันที่ไปถึงอุปกรณ์ปลายน้ำ หากไม่มีการป้องกันเช่นนี้ ค่าซ่อมและเวลาหยุดทำงานอาจมากกว่าการลงทุนเริ่มต้น มาตรฐานสากล IEC 61643-11:2011 กำหนดข้อกำหนดด้านสมรรถนะและการทดสอบสำหรับอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก (SPD) แรงดันต่ำ เพื่อเป็นเกณฑ์อ้างอิงสำหรับการป้องกัน DC ที่เชื่อถือได้ในระบบ PV

อะไรเป็นสาเหตุของแรงดันเกินชั่วขณะในอาร์เรย์โฟโตโวลตาอิก

แรงดันเกินชั่วขณะในอาร์เรย์ PV เกิดจากหลายแหล่ง:

• ฟ้าผ่าโดยตรง: การฟาดลงในบริเวณอาร์เรย์สามารถฉีดกระแสสูงเข้าสู่ระบบสายไฟ ทำให้เกิดความต่างศักย์สูงระหว่างอุปกรณ์ต่าง ๆ
• ฟ้าผ่าโดยอ้อม: ฟ้าผ่าในบริเวณใกล้เคียงเหนี่ยวนำแรงดันในแนวเดินสายเคเบิล DC ที่ยาวผ่านการคัปปลิงแม่เหล็กไฟฟ้า
• การสับเปลี่ยนวงจร: การสวิตช์ของอินเวอร์เตอร์ การทำงานของเบรกเกอร์โครงข่าย หรือการทำงานของฟิวส์ สามารถสร้างทรานเซียนต์แบบฟรอนต์เร็วได้
• การเพิ่มขึ้นของศักย์ดิน: เมื่อฟ้าผ่าคลายประจุลงสู่พื้นดิน อาจเกิดการเพิ่มขึ้นชั่วคราวของศักย์ดินบนตัวนำลบ DC หรือตัวนำสายดิน

เหตุการณ์แต่ละอย่างเหล่านี้อาจสร้างแรงดันพุ่งสูงที่เกินขีดความสามารถในการทนทานของโมดูล PV กล่องรวมสาย และขั้นอินพุตของอินเวอร์เตอร์ SGS5-40P รับมือกับความเสี่ยงเหล่านี้โดยหนีบแรงดันไฟกระชากให้อยู่ในระดับปลอดภัยและระบายพลังงานออกโดยไม่รบกวนการทำงานปกติ

SGS5-40P แก้ไขช่องโหว่การป้องกันทั่วไปอย่างไร

เบรกเกอร์ อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก DC SPD รุ่น SGS5-40P เป็น SPD ประเภท 2 ที่สร้างขึ้นสำหรับงาน PV โดยติดตั้งทางฝั่ง DC ระหว่างเครื่องกำเนิด PV กับอินเวอร์เตอร์ อุปกรณ์จะตรวจสอบระดับแรงดันที่ขั้วต่ออย่างต่อเนื่อง เมื่อทรานเซียนต์เกินค่าขีดเริ่มของวาริสเตอร์ มันจะกลายเป็นเส้นทางความต้านทานต่ำและนำกระแสไฟกระชากลงดิน หลังจากทรานเซียนต์ผ่านไป มันจะกลับสู่สภาวะความต้านทานสูงโดยอัตโนมัติ พร้อมสำหรับเหตุการณ์ครั้งถัดไป

คุณสมบัติการออกแบบหลักของ SGS5-40P ประกอบด้วยกระแสคายประจุพิกัด 40 kA (In) ระดับการป้องกันแรงดันต่ำ (Up) และอุปกรณ์ตัดการเชื่อมต่อทางความร้อนที่แยกวาริสเตอร์ออกในกรณีรับเกินพิกัดเป็นเวลานานหรือหมดอายุการใช้งาน อุปกรณ์ยังมีไฟแสดงสถานะแบบมองเห็นได้ ช่วยให้ทีมบำรุงรักษาตรวจสอบการทำงานได้ในพริบตา เป็นไปตามทั้ง IEC 61643-11 และ UL 1449 โดย SGS5-40P เป็นไปตามข้อกำหนดของตลาด PV หลัก ๆ ทั่วยุโรป อเมริกาเหนือ และเอเชีย

ตารางด้านล่างเปรียบเทียบ SPD สามประเภทที่ใช้กันทั่วไปในระบบ PV ช่วยให้ผู้ซื้อเข้าใจว่าทำไมอุปกรณ์ Type 2 อย่าง SGS5-40P เหมาะกับโครงการผลิตไฟฟ้าแบบกระจายส่วนใหญ่

สตริง PV ส่วนใหญ่เผชิญกับไฟกระชากจากการสวิตช์และการเหนี่ยวนำมากกว่าการฟาดของฟ้าผ่าโดยตรง ดังนั้น SPD Type 2 ที่มีกระแสคายประจุพิกัด 40 kA จึงเป็นสมดุลที่มั่นคงระหว่างต้นทุนและการป้องกัน SGS5-40P ได้รับการกำหนดพิกัดสำหรับหน้าที่นี้

พารามิเตอร์ใดของอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก (SPD) ที่สำคัญที่สุดสำหรับงาน DC

เมื่อกำหนดสเปก SPD DC สำหรับระบบ PV วิศวกรจำเป็นต้องประเมินพารามิเตอร์หลายอย่างเพื่อให้มั่นใจว่าเข้ากับการกำหนดค่าของอาร์เรย์อย่างเหมาะสม:

• ระดับแรงดันใช้งานต่อเนื่องสูงสุด (Ucpv): ต้องสูงกว่าแรงดันวงจรเปิดสูงสุดของสตริง PV ที่อุณหภูมิต่ำสุดที่คาดไว้
• กระแสคายประจุพิกัด (In): แทนกระแสไฟกระชากที่ SPD สามารถรองรับได้หลายครั้ง SGS5-40P ให้กระแส 40 kA ต่อขั้ว เหมาะสำหรับระบบ PV แบบกระจายส่วนใหญ่
• กระแสคายประจุสูงสุด (Imax): พิกัดกระแสพีกต่อเหตุการณ์ครั้งเดียว SGS5-40P ให้กระแสได้สูงถึง 120 kA ในการใช้งานมาตรฐาน (โปรดตรวจสอบตามรุ่นย่อย)
• ระดับการป้องกันแรงดัน (Up): แรงดันตกค้างที่ปรากฏคร่อมขั้วของ SPD ระหว่างเกิดไฟกระชาก ค่านี้ต้องต่ำกว่าแรงดันทนทานต่ออิมพัลส์ของอุปกรณ์ที่ได้รับการป้องกัน
• การตัดวงจรด้วยความร้อน: ปกป้องวาริสเตอร์จากการหลุดควบคุมเชิงความร้อนหากเสื่อมสภาพ SGS5-40P มีคุณสมบัตินี้เป็นส่วนหนึ่งของดีไซน์ด้านความปลอดภัย

ในระบบ PV ทั้งตัวนำบวกและลบต่างสัมผัสอยู่ ดังนั้น SGS5-40P จึงถูกกำหนดค่าเป็นอุปกรณ์ 2 ขั้วหรือ 4 ขั้ว ขึ้นอยู่กับรูปแบบการต่อลงดินของอาร์เรย์ SINGI ทีมเทคนิคสามารถแนะนำการกำหนดค่าขั้วที่ถูกต้องและตัวเลือกการส่งสัญญาณระยะไกลสำหรับแต่ละโครงการ

ควรติดตั้งและบำรุงรักษา SGS5-40P อย่างไร

การติดตั้งที่ถูกต้องสำคัญพอ ๆ กับตัวอุปกรณ์เอง SGS5-40P DC SPD ควรติดตั้งให้ใกล้กับอินเวอร์เตอร์หรือกล่องรวมสายมากที่สุด โดยให้ความยาวตัวนำไปยังบัสกราวด์สั้นที่สุดเท่าที่เป็นไปได้ ใช้สายไฟที่ผ่านพิกัดสำหรับกระแสไฟกระชากที่คาดไว้ และแยกสายขาเข้าและขาออกออกจากกันเพื่อหลีกเลี่ยงการเชื่อมโยงสัญญาณ SPD ต้องได้รับการป้องกันทางฝั่ง DC ด้วยฟิวส์หรือเบรกเกอร์ที่เหมาะสมตาม IEC 62548:2016 ซึ่งกำหนดให้มีการป้องกันไฟกระชากในกรณีที่อาร์เรย์ PV เสี่ยงต่อฟ้าผ่า

การตรวจสอบตามระยะควรรวมถึงการตรวจไฟแสดงสถานะ — สีเขียวหมายความว่าวาริสเตอร์ยังดีอยู่ สีแดงหรือสีเหลืองบ่งชี้ว่าหมดอายุการใช้งาน ฟังก์ชันตัดการเชื่อมต่อทางความร้อนจะแยกวาริสเตอร์ออกจากวงจรทางกายภาพ ทำให้ระบบปลอดภัยทางไฟฟ้าแต่ไม่มีการป้องกัน เปลี่ยน SPD ทันทีเมื่อไฟแสดงเปลี่ยนไป กลยุทธ์การเปลี่ยนเชิงรุกทุก 5–8 ปี ขึ้นอยู่กับความถี่ของไฟกระชาก จะช่วยให้ระบบ PV คงความทนทาน

เอกสารอ้างอิง

[1] IEC 61643-11:2011. อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากแรงดันต่ำ — ส่วนที่ 11: SPD ที่เชื่อมต่อกับระบบไฟฟ้าแรงดันต่ำ — ข้อกำหนดและวิธีการทดสอบ [S].

[2] UL 1449. มาตรฐานสำหรับอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก. [S]. 2021.

[3] IEC 62548:2016. อาร์เรย์โฟโตโวลตาอิก (PV) — ข้อกำหนดการออกแบบ. [S].