Scelta e Progettazione dei Dispositivi di Sicurezza negli Impianti Fotovoltaici

Le centrali elettriche sono generalmente installate all'aperto o sul tetto e i componenti devono essere installati all'aperto. L’ambiente naturale è duro e i disastri naturali e causati dall’uomo sono inevitabili. Disastri naturali come tifoni, tempeste di neve, sabbia e polvere danneggeranno l'apparecchiatura. La sicurezza della centrale elettrica è molto importante. Che si tratti di una piccola centrale elettrica distribuita o di una centrale elettrica terrestre centralizzata su larga scala, esistono alcuni rischi. Pertanto l'apparecchiatura deve essere dotata di particolari dispositivi di sicurezza, quali fusibili e dispositivi parafulmine. , Salvaguardare sempre la sicurezza della centrale elettrica.

1. Fusibile
Il fusibile CHYT è un protettore di corrente realizzato secondo il principio di interruzione del circuito sciogliendo la massa fusa con il calore generato da esso stesso dopo che la corrente supera il valore specificato per un certo periodo di tempo. I fusibili sono ampiamente utilizzati nei sistemi di distribuzione dell'energia a bassa tensione, nei sistemi di controllo e nelle apparecchiature elettriche. Come protezione da cortocircuito e sovracorrente, i fusibili sono uno dei dispositivi di protezione più comunemente utilizzati. I fusibili degli impianti fotovoltaici si dividono in fusibili DC e fusibili AC.
Il lato DC della centrale fotovoltaica collega più stringhe in parallelo alla sbarra DC del combiner box DC (schema centralizzato) o all'inverter di stringa (schema inverter di stringa) a seconda della configurazione dello schema. Quando più stringhe fotovoltaiche sono collegate in parallelo, se si verifica un guasto di cortocircuito in una determinata stringa, le altre stringhe sul bus CC e la rete forniranno corrente di cortocircuito al punto di cortocircuito. La mancanza delle misure di protezione adeguate può causare l'incendio delle apparecchiature, ad esempio dei cavi ad esse collegati. Allo stesso tempo, gli accessori vicini all'apparecchiatura potrebbero bruciarsi. Al momento, in Cina si verificano molti incidenti simili dovuti ad incendi di impianti fotovoltaici sui tetti, pertanto è necessario installare dispositivi di protezione nei circuiti paralleli di ciascuna stringa per migliorare la sicurezza degli impianti fotovoltaici.

Attualmente i fusibili CC vengono utilizzati nei quadri elettrici e negli inverter per la protezione da sovracorrente. Anche i principali produttori di inverter considerano i fusibili come componenti fondamentali della protezione CC. Allo stesso tempo, produttori di fusibili come Bussman e Littelfuse hanno lanciato anche fusibili CC specifici per il fotovoltaico.
Con la crescente domanda di fusibili DC nel settore fotovoltaico, come selezionare correttamente i fusibili DC per una protezione efficace è un problema a cui sia gli utenti che i produttori dovrebbero prestare molta attenzione. Quando si selezionano i fusibili CC, non è possibile semplicemente copiare i fusibili CA. Le specifiche elettriche e le dimensioni strutturali, poiché ci sono molte specifiche tecniche e concetti di progettazione diversi tra i due, sono legate alla considerazione globale se la corrente di guasto può essere interrotta in modo sicuro e affidabile senza incidenti.
1) Poiché la corrente continua non ha un punto di passaggio per lo zero, quando si interrompe la corrente di guasto, l'arco può essere spento rapidamente da solo solo sotto l'azione del raffreddamento forzato del riempitivo di sabbia di quarzo, che è molto più difficile che interrompere la corrente Arco CA. La progettazione ragionevole e il metodo di saldatura del chip, il rapporto di purezza e dimensione delle particelle della sabbia di quarzo, il punto di fusione, il metodo di indurimento e altri fattori determinano tutti l'efficienza e l'effetto sull'estinzione forzata dell'arco CC.
2) Alla stessa tensione nominale, l'energia dell'arco generata dall'arco CC è più del doppio di quella dell'energia dell'arco CA. Per garantire che ogni sezione dell'arco possa essere limitata entro una distanza controllabile e allo stesso tempo estinta rapidamente, non apparirà alcuna sezione L'arco è direttamente collegato in serie per provocare un'enorme riserva di energia, provocando un incidente che il fusibile gli scoppi dovuti alla durata dell'arco continuo sono troppo lunghi. Il corpo del tubo del fusibile DC è generalmente più lungo del fusibile AC, altrimenti la dimensione non può essere vista durante l'uso normale. La differenza, quando si verifica la corrente di guasto, avrà gravi conseguenze.
3) Secondo i dati raccomandati dall'International Fuse Technology Organization, la lunghezza del corpo del fusibile dovrebbe essere aumentata di 10 mm per ogni aumento di tensione di 150 V CC e così via. Quando la tensione CC è 1000 V, la lunghezza del corpo dovrebbe essere 70 mm.
4) Quando il fusibile viene utilizzato nel circuito CC, è necessario considerare la complessa influenza dell'energia di induttanza e capacità. Pertanto la costante di tempo L/R è un parametro importante che non può essere ignorato. Dovrebbe essere determinato in base alla frequenza e al tasso di decadimento della corrente di guasto di cortocircuito del sistema di linea specifico. Una valutazione accurata non significa che tu possa scegliere un major o un minor a piacimento. Poiché la costante di tempo L/R del fusibile CC determina l'energia dell'arco di interruzione, il tempo di interruzione e la tensione passante, lo spessore e la lunghezza del corpo del tubo devono essere selezionati in modo ragionevole e sicuro.
Fusibile CA: all'estremità di uscita dell'inverter di rete ad isola o all'estremità di ingresso dell'alimentazione interna dell'inverter centralizzato, è necessario progettare e installare un fusibile CA per evitare sovracorrente o cortocircuito del carico.

2. Parafulmine
La parte principale dell'impianto fotovoltaico è installata all'aperto e l'area di distribuzione è relativamente ampia. I componenti e i supporti sono conduttori, che attirano molto i fulmini, quindi esiste il pericolo di fulmini diretti e indiretti. Allo stesso tempo, il sistema è direttamente collegato alle relative apparecchiature elettriche ed edifici, quindi i fulmini sull'impianto fotovoltaico coinvolgeranno anche le relative apparecchiature, edifici e carichi elettrici. Per evitare danni da fulmini al sistema di generazione di energia fotovoltaica, è necessario predisporre un sistema di protezione contro i fulmini e un sistema di messa a terra di protezione.
Il fulmine è un fenomeno di scarica elettrica nell'atmosfera. Durante la formazione delle nuvole e della pioggia, alcune parti accumulano cariche positive e l'altra parte accumula cariche negative. Quando queste cariche si accumulano in una certa misura, si verificherà un fenomeno di scarica, formando un fulmine. I fulmini si dividono in fulmini diretti e fulmini induttivi. I fulmini diretti si riferiscono ai fulmini che cadono direttamente sugli impianti fotovoltaici, sui sistemi di distribuzione dell'energia CC, sulle apparecchiature elettriche e sui loro cablaggi, nonché sulle aree vicine. Esistono due modalità di intrusione dei fulmini diretti: una è la suddetta scarica diretta di campi fotovoltaici, ecc., per cui la maggior parte della corrente di fulmine ad alta energia viene introdotta negli edifici o nelle apparecchiature, nelle linee; l'altro è che il fulmine può passare direttamente attraverso i parafulmini, ecc. Il dispositivo che trasmette la corrente del fulmine nel terreno si scarica, provocando un aumento istantaneo del potenziale di terra e gran parte della corrente del fulmine è collegata inversamente alle apparecchiature e alle linee attraverso il filo protettivo di terra.

I fulmini induttivi si riferiscono a fulmini generati vicino e lontano da edifici, apparecchiature e linee correlate, causando sovratensione di edifici, apparecchiature e linee correlate. Questa sovratensione è collegata in serie tramite induzione elettrostatica o induzione elettromagnetica. alle relative apparecchiature elettroniche e alle linee, causando danni alle apparecchiature e alle linee.
Per gli impianti di produzione di energia su larga scala o fotovoltaici installati in campo aperto e in alta montagna, soprattutto in zone soggette a fulmini, devono essere dotati di dispositivi di messa a terra di protezione contro i fulmini.
Il dispositivo di protezione contro le sovratensioni (Surge Protection Device) è un dispositivo indispensabile nella protezione contro i fulmini delle apparecchiature elettroniche. Un tempo si chiamava "parafulmine" o "protezione da sovratensione". L'abbreviazione inglese è SPD. La funzione del limitatore di sovratensione è quella di limitare la sovratensione istantanea che entra nella linea elettrica e nella linea di trasmissione del segnale entro l'intervallo di tensione che l'apparecchiatura o il sistema può sopportare, o di disperdere la potente corrente del fulmine nel terreno, in modo da proteggere l'oggetto protetto l'apparecchiatura o il sistema vengano danneggiati. Danneggiato dall'impatto. Di seguito è riportata una descrizione dei principali parametri tecnici degli scaricatori comunemente utilizzati nei sistemi di generazione di energia fotovoltaica.

(1) Tensione operativa continua massima Ucpv: questo valore di tensione indica la tensione massima che può essere applicata allo scaricatore. Sotto questa tensione, lo scaricatore deve essere in grado di funzionare normalmente senza guasti. Allo stesso tempo, la tensione viene continuamente caricata sullo scaricatore senza modificare le caratteristiche di funzionamento dello scaricatore.
(2) Corrente di scarica nominale (In): è detta anche corrente di scarica nominale, e si riferisce al valore di picco della forma d'onda della corrente di fulmine 8/20μs che lo scaricatore può sopportare.
(3) Corrente di scarica massima Imax: quando un'onda di fulmine standard con una forma d'onda di 8/20 ms viene applicata una volta al protettore, il valore di picco massimo della corrente di shock che il protettore può sopportare.
(4) Livello di protezione della tensione Up(In): Il valore massimo della protezione nei seguenti test: la tensione di flashover con una pendenza di 1KV/ms; la tensione residua della corrente di scarica nominale.
Il limitatore di sovratensione utilizza un varistore con eccellenti caratteristiche non lineari. In circostanze normali, il dispositivo di protezione da sovratensione si trova in uno stato di resistenza estremamente elevata e la corrente di dispersione è quasi pari a zero, garantendo la normale alimentazione del sistema di alimentazione. Quando si verifica una sovratensione nel sistema di alimentazione, il dispositivo di protezione da sovratensione verrà attivato immediatamente entro pochi nanosecondi per limitare l'entità della sovratensione entro l'intervallo di funzionamento sicuro dell'apparecchiatura. Allo stesso tempo viene rilasciata l'energia della sovratensione. Successivamente, la protezione passa rapidamente allo stato ad alta impedenza, senza compromettere la normale alimentazione del sistema di alimentazione.

Oltre a generare sovratensioni e correnti, i fulmini possono verificarsi anche al momento della chiusura e della disconnessione del circuito ad alta potenza, al momento dell'accensione o dello spegnimento del carico induttivo e capacitivo e alla disconnessione di grandi sistemi di alimentazione o trasformatore. Inoltre, sovratensioni e correnti di commutazione elevate possono causare danni alle apparecchiature e alle linee correlate. Per prevenire l'induzione di fulmini, viene aggiunto un varistore all'estremità di ingresso CC dell'inverter a bassa potenza. La corrente di scarica massima può raggiungere 10kVA, che può sostanzialmente soddisfare le esigenze dei sistemi di protezione contro i fulmini fotovoltaici domestici.