Sulakkeiden kehittäminen ja käyttö aurinkosähköjärjestelmän suojaamiseksi
Tiivistelmä: Esittäkää ylivirtasuojauksessa käytettyjen sulakkeiden kehityshistoria aurinkosähköjärjestelmissä. Anna aurinkosähkövarokkeita koskevien IEC- ja UL-standardien säännösten sekä tunnettujen taajuusmuuttaja- ja tasavirtayhdistelmälaatikkovalmistajien suunnittelukäytäntöjen avulla kotona ja ulkomailla varotoimet varokkeiden valinnalle aurinkosähköjärjestelmän suojaamiseksi.
Asiasanat: ylivirtasuojaus; gPV-luokan sulake; aurinkosähköinen DC-yhdistelmärasia: suuritehoinen keskitetty invertteri
PV-sulakkeet Johdanto
Vuonna 1864 sähköteollisuus käytti platinajohtoa sulakkeena merenalaisen kaapelin suojaamiseksi. Sulake syntyi hehkulamppujen aikakaudella, ja sitä on käytetty yli 0 vuotta. Sulake ei ole koskaan vanhentunut, ja sen luotettavuudesta on tullut GG: n viimeinen puolustuslinja" sähköpiirin suojaamiseksi.
DC-sähköjärjestelmän sulakkeen johtosuoja voidaan jäljittää vuoteen 1879. Professori Thampson tuotti parannetun sulakkeen sinä vuonna. Kaksi rautalangaa on kytketty metallipalloon. Pallo on lyijyä ja tinaa. Seos tai muut matalalla sulamispisteellä johtavat materiaalit. Kun riittävän suuri virta kulkee sulakkeen läpi riittävän kauan, metallipallo sulaa ja putoaa, niin että johdot erotetaan ja piiri katkeaa. On syytä huomata, että ennen vuotta 1890 suurin osa piireistä käytti tasavirtaa, joten kun piiri oli yhtäkkiä irrotettu, epäilemättä esiintyy kaari. Siksi sulakkeen suojaus kohdistetaan ensin DC-ympäristöön ja sitten AC-ympäristöön.
Sulakkeen perusperiaatteena on antaa pienen palan johtavaa materiaalia sulautua tarvittaessa, jotta suojatun piirin terve osa ei vahingoittuisi ja viallisen osan vauriot rajoitettaisiin mahdollisimman pienelle alueelle
Nimellisvirran mukaan sulake voi koostua yhdestä tai useammasta sulasta rinnakkain. Kun sulakkeen läpi virtaa riittävän suuri ylivirta, sula sulaa ja sitten syntyy kaari.
Yksi
1 Sulakkeen standardi on laadun kulmakivi
Kansainvälinen sähkötekninen toimikunta (IEC) totesi jo vuonna 1931, että:
l) Jokaisen suunnitellun ja tuotetun sulakkeen on kyettävä jatkuvaan käyttöön nimellisvirta-alueella;
2) Kun virta ylittää tietyn ylikuormituksen aiheuttaman arvon, sulakkeen pitäisi pystyä toimimaan riittävän lyhyessä ajassa suojaamaan laitetta vaurioilta;
3) Kun laitteelle tai linjalle tapahtuu onnettomuus, sulakkeen on toimittava nopeasti onnettomuusosan vahingoittumisen minimoimiseksi eikä terveellisen osan vahingoittamiseksi.
Siksi sulakkeella on oltava käänteiset aikavirtaominaisuudet. Kaikissa sovelluksissa sulake on valittava oikein. Kun vika ilmenee, vian aste voidaan tunnistaa oikein tarpeettoman irtikytkennän välttämiseksi. Taulukossa 1 luetellaan aurinkosähköteollisuudessa käytettävien eri maiden ja alueiden sulakestandardit.
AURINKOENERGIA
Taulukko 1
Vakioluku Soveltamisala
IEC 60269. 6. 2010 Ed.l
GB / T 13539, 6 · 2013 UL 2579. 2m3 Toim. 9
DIN EN 60269 · 6 一 2011 Lisävaatimukset sulakkeille aurinkosähköjärjestelmien suojaamiseksi
Pienjännitesulakkeet - Osa 6: Lisävaatimukset aurinkosähköjärjestelmän suojaussulakkeille
Sulakkeet aurinkosähköjärjestelmille
Pienjännitesulakkeet · Osa 6: Lisävaatimukset aurinkosähköenergian suojaamiseen tarkoitetuille rungoille (International Electrotechnical Commission)
(Sovellettavissa Euroopassa) Kiinan kansallinen standardi, Amerikan UL-standardi, Saksan standardi
2 Sulakkeiden yleinen käyttö aurinkosähköjärjestelmissä Euroopan ja Amerikan maissa. Tutkijat, jotka osallistuivat koko aurinkosähköjärjestelmän suunnitteluun ja analysointiin Euroopan ja Amerikan maissa, ovat huolellisen vertailun ja mittauksen jälkeen valinneet sulakkeet matalajännitteisiksi sähkölaitteiksi ylivirtasuojaksi aurinkosähköjärjestelmissä. Sulakkeiden yleinen käyttö aurinkosähköteollisuudessa. Professori John Wiles kirjoitti artikkelin vuonna 2008 ja huomautti, että syy miksi sulaketta suositellaan ylivirtasuojalaitteeksi ympäristössä, jonka tasajännite on yli 0 V, johtuu nykyisen tason, tehokkuuden ja alhaisempien kustannusten perusteellisesta huomioon ottamisesta .]
Voidaan todeta, että aurinkosähkömoduulien tarrat merkitään
sarja Fuse" ;! Ge" Sarjan enimmäissulake
Taulukko 2 Aurinkosähkömoduulien oikosulkuvirta ja sarjasulakkeiden maksimivirta-tilastot
Akun valmistaja Isc / A-sulakevirta Akkutyyppi
Ensimmäinen aurinko
Ensimmäinen aurinko
Hanergy-aurinkosähkö Trina Solar
Solarfun (Hanwha Solar () ne)
Kanadan aurinko
ET Solar
Toisin sanoen komponentin kanssa sarjaan kytketyn sulakkeen suurin virtataso. Taulukosta 2 voidaan nähdä, että ero aurinkopaneelien valmistusprosessissa johtaa suuriin eroihin oikosulkuvirrassa.
3 Sulakkeiden käyttöasento ja tyypit koko aurinkosähköjärjestelmässä. Otetaan esimerkkinä ABB: n Pohjois-Amerikan markkinoilla julkaisemat invertterit. Euroopan ja Amerikan maiden ja alueiden aurinkosähköjärjestelmissä sulakkeiden käytöllä on yleensä seuraavat sijainnit:
1) DC-yhdistelmälaatikon tuleva puoli: aurinkoparistoketjun suojaamiseksi (gPV-luokan sulake, IEC 60269-6):
2) Keskitetyn invertterin DC-tulopuoli: suojaa DC-puolen tuloliitäntä (gPV-luokan sulake);
3) Keskitetty taajuusmuuttajan sisäinen moduulisuoja: suojaa taajuusmuuttajamoduulia (R-luokan sulake, IEC 60269 · 4);
4) Keskitetyn taajuusmuuttajan latauskontaktorin sulake: esilatauspiirin kontaktorin suojaus (gPV-luokan sulake);
5) Maavikahälytyksen havaitseminen GFPD: käytetään maasulkuhälytykseen (GPV-luokan sulake);
6) Keskitetyn invertterin vaihtovirtapuoli: suojaa invertterimoduulia ja pääpiirin sähkölaitteita vaihtovirtapuolella (R-luokan sulake).
Niiden joukossa ja gpv-luokan sulake on sulaketyyppi. Sulakkeita käytetään aurinkosähköjärjestelmässä yhteensä 6 asennossa. Sulakkeet ovat vastuussa lähes kaikesta yhdistysrasian ja invertterin tasavirtapuolen ylivirtasuojasta ja suurimmasta osasta vaihtovirtapuolen ylivirtasuojausta.
Taulukossa 3 luetellaan yleiset sulaketyypit. Niiden käyttöpaikkojen näkökulmasta voidaan nähdä, että sulakkeet ovat päävirtatuotteita tehoelektroniikkapiirien suojaamiseksi keskitetyissä aurinkosähköverkkoon liitetyissä sähköntuotantojärjestelmissä. Suuren alueen ja pitkäaikaisen käytön perusteella Euroopassa ja Amerikassa, niin kauan kuin sulake voidaan valita oikein, koko sähköjärjestelmän komponentteja ei voida vain suojata pitkään vakaasti, vaan myös itse keskitetty invertteri voi tehokkaasti suojattava.
Taulukko 3 Käytä yleisten sulakkeiden luokkia
gG
olen
aR
gR
gB: tä käytetään yleensä sulakkeisiin, joissa on täysi katkaisukyky, pääasiassa kaapeleiden ja johtojen suojaamiseen
Sulake suojaa osaa moottoripiirin katkaisukyvystä
Sulake suojaa osaa puolijohdelaitteiden murtokyvystä
Sulake suojaa puolijohdelaitteiden (nopeampi kuin gS) katkaisukapasiteettia
Lisää johtojen käyttöä puolijohdelaitteiden katkaisukapasiteetin suojaamiseksi. Mitoitetut sulakelinkit. Sulakkeen linkit kaikilla kaivosten murtokyvyllä
Taulukossa 3 ensimmäinen pieni kirjain osoittaa sulakkeen rikkoutumisalueen; toinen ja sitä seuraavat isot kirjaimet osoittavat ominaisuuksia, ts. osoittavat käyttöluokan ja määrittelevät sovellusalueen.
l)&"; g GG"; edustaa murtokapasiteettisulakkeen linkkiä, mikä tarkoittaa, että sulakelinkki voi rikkoa kaikki ylivirrat pienimmästä sulamisvirrasta murtokykyyn. Täyden kantaman murtokapasiteetin sulaketta voidaan käyttää erillisenä suojalaitteena.
2)"" edustaa osittaista murtokapasiteettisulakkeen linkkiä, mikä tarkoittaa, että sulakelinkki voi rikkoa vain sen nimellisvirran tietyn moninkertaisen virran. Osa katkaisukapasiteetin sulakelinkkien valikoimasta voidaan käyttää vain oikosulkusuojaukseen, joten sitä voidaan käyttää yhdessä muiden ylivirtasuojaa tarjoavien laitteiden kanssa. Alueen katkaisukapasiteetin sulakelinkkejä käytetään usein myös varmuuskopiona muille kytkinlaitteille, joiden katkaisukyky on pienempi (kuten kontaktorit tai katkaisijat).
Ehdotetaan 4gPV-luokan sulakkeen käsitettä
gpv: tä voidaan pitää yleissulakkeena, jota käytetään aurinkosähköjärjestelmissä, ja se edustaa myös sulaketta, jolla on täysi katkaisukyky.
Tämän tyyppisen sulakkeen käsite syntyi ottamalla käyttöön 1 E c 60269-6 -standardi. Aikaisemmin gR: tä käytettiin suojavarokkeena DC-puolella Euroopassa. Kun gpv-sulakekonsepti on esitetty, gR-sulake PV DC -puolen sijainti korvataan. Amerikkalaista UL 2579 -standardia (sulakkeet aurinkosähköjärjestelmille) ehdotettiin ensimmäisen kerran joulukuussa 2007. Nämä standardit perustuvat sulakkeiden perusstandardiin UL248, jossa säädetään enemmän testivaatimuksia, jotka täyttävät aurinkosähköpiirin suojauksen ominaisuudet.
IEC-standardin mukaan tasavirtapiirissä käytettävän aurinkosähköjärjestelmän suojauksen sulakkeen (gPV-luokan sulake) on täytettävä seuraavat vaatimukset. 7]: l) Pienin mitoitettu murtokyky on 10 kA DC
2) Tavanomainen sulakevirta Inf: 1 彐 3 / ,,, sulakevirta / f: L45 巛 Huomaa: UL-standardin mukainen sovitettu sulakevirta: L35 0, jossa / n on sulakkeen nimellisvirta.
3) Nimellisvirran tarkastus suoritetaan 3000 virtasyklillä.
4) Lisää hyväksyttävän lämpöindusoidun ajelehduksen tasoa ja toiminnallista todentamista ääriolosuhteissa. Lisäksi sulakkeen linkin sovittu virta- ja murtokapasiteettitesti tulisi järjestää sen jälkeen, kun hyväksyttävän lämpöinduktiotaivutustason (ts. Lämpötilajakson) todentaminen on ohi, ja testituote olisi palautettava huoneenlämpötilaan (25 ° C) vähintään 3 tuntia ennen jatkamista.
Nykyisen jaksotestin tarkoituksena on varmistaa gpvtJk-sulakkeen vakaa toiminta pitkällä aikavälillä jatkuvasti muuttuvan lämpötilan ja nykyisen kuormituksen mukaan aurinkokennon todellisessa teknisessä ympäristössä. Lisäksi standardissa säädetään vain vähimmäisvaatimuksista. Todellisesta käytöstä lähtien sulake Euroopassa ja Amerikassa on erittäin vakaa ja luotettava kentällä.
Lisäksi gpv-luokan sulakkeet ovat vaikuttaneet merkittävästi koko aurinkosähköjärjestelmän DC-maavian ennustamiseen. Vuonna 2013 Yhdysvaltain Sandian kansallinen laboratorio valitsi tutkimuskohteeksi yhteensä 8 sulakevalmistajan gPV-sulakkeet ja tutki maadoitusta. Hälytyshäiriön (GFPD) herkkyys on ongelma.
Mitä tulee gPV-luokan sulakkeen ja muiden aikavirta-käyrän sulakkeiden väliseen eroon, kuvio 1 osoittaa, että gpv-luokan sulakkeella on erittäin nopea vastenopeus. Se alkaa puhaltaa, kun se siirtyy L45 UL -standardin / 0L350-sulakevirran alueelle varmistaen, että se on
AURINKOENERGIA
Vastaanottaja
DC-ympäristössä oikosulkuvirta voidaan katkaista nopeasti ja tehokkaasti, vaikka järjestelmän oikosulkuvikavirta on pieni.
Tasavirran ominaisuuksien perusteella (nollakohdetta ei ole AC-virtaan nähden), mitä nopeammin DC-sulake liikkuu, sitä tehokkaammin oikosulkuvian vaikutus järjestelmään vähenee ja DC-vika virta voidaan katkaista luotettavasti.
Sulakevirta / A
Huomautuksia:" ×" kuvassa edustaa kokeellisen virran kokoa sulakkeen sulamisajan testaamiseksi
Kuva 1 GPV-luokan sulakkeiden ja muun tyyppisten sulakkeiden käyrien välinen ero
5 Valitse yhdistysrasian tulopuolelta oikein gPV-luokan sulake
50 Aurinkosulakkeen nimellisjännitetason määrittäminen
Un 冫 1.2Uoc (STC) (l) Kaavassa 0 on valittavan aurinkosulakkeen nimellisjännite; Q (STC) on aurinkosähköjärjestelmän avoimen piirin jännite mitattuna STC-olosuhteissa (STC, eli säteilytys huoneenlämpötilassa), kun aste on 10 m W / m).
On huomattava, että standardin NEC 690.7 mukaan, jos aurinkosähköjärjestelmän on toimittava alle 40 ℃: n lämpötilassa, kerroin 1,2 tulisi nostaa arvoon L25.
5 2 Vaiheet aurinkosähkövarokkeiden ampeeriluvun määrittämiseksi
l) Määritä suurin linjavirta 0. Aurinkosähköpiirin ulostuloa varten on otettava huomioon kunkin rinnakkain kytketyn jonon nimellisen oikosulkuvirran summa kertomalla L25: n varmuuskerroin. Otetaan merkkijono esimerkkinä, kaava on:
enintään: 1,25 (/ scl {{2}} / sc2+ / sc3+" ;, kymmenen Iscn) (2) NEC 60,8 · 0 A: ssa ja 2: ssa, tämän säännön on otettava huomioon luokiteltu lyhytaikainen komponentin / GG-piirin virtavirta; on kokeessa Sisätiloissa käytettävä testiympäristö (mitattu STO: n mukaan, mutta kun aurinkosähkömoduulit käyvät paikan päällä äärimmäisissä ympäristöissä, kuten matalassa lämpötilassa ja voimakkaassa auringonvalossa talvella tai lumen heijastumisesta vuoret ja lumi lisäävät valaisevuutta, aurinkokennot Levyn lähtövirta ylittää 7" ;, joten NEC: n mukaan 7" on kerrottava kertoimella L25 laskemiseksi,
2) Määritä sulakkeen nimellisvirran nimellisarvo. N EC 690.8 · Lausekkeessa A määrätään, että ylivirtasuojalaitteen vakuutuskerroin ei voi olla pienempi kuin 125%, kun otetaan huomioon ylivirtasuojalaitteen vakuutuskerroin. Toisin sanoen ylivirtasuojalaite ei voi jatkaa toimintaansa yli 80%: n nimellisvirralla. /0,8: L25: 125%).
In=1.251mas (3)
(4) 3) Tarvittaessa normaalin työalueen ulkopuolella oleva äärimmäinen ympäristö on vähennettävä.
mitoitettu (5) Kaavassa 7.1. d on valittavan sulakkeen nimellisarvo; K on alentava tekijä, tämä parametri voidaan määrittää sulakkeen valmistajan antamalla laskevalla viivalla
4) Määritä sulakkeen nykyinen luokitus. 7. t. d Yleensä se ei ole täsmälleen sama kuin sulakkeen vakiovirtaluokka, ja vakiovirtaluokkaan kuuluva sulake tulisi määrittää korkeamman virtaluokan mukaan. Yhdistysrasiassa käytettyjen sulakkeiden nykyiset luokitukset ovat seuraavat (yksikkö: A): 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 10,
1 2, sattuma, 16, 20, 25.
5) Tarkista, että kaapeli on suojattu sulakkeella. On varmistettava, että valitun vakiovirran sulakevirta on pienempi kuin valitun kaapelijohtimen ampeeriluku. Jos se ei täytä vaatimuksia, turvallisuussyistä kaapelin johtimen halkaisijaa on kasvatettava.