태양 광 시스템에 대한 서지 보호

출처 : iaeimagazine.org

2021-03-littelfuse-intro

파괴를위한 Lightning의 완벽한 폭풍은 태양 광장에 있습니다. 태양 전지판의 대형 - 및 종종 노출 및 분리 된 - 위치는 수명을 지속하기 위해 서지 보호를 중요하게 만듭니다.

번개는 대기의 전기 방전입니다. 번개가 발생하면 에너지의 방출로 인해 화재가 발생하기 쉽습니다. Nimbus 구름 (비 구름)은 전하의 농도가 높으며 축적은 공기의 이온화를 만듭니다. 지면과 nimbus 구름 사이에있는 공기의 이온화는 구름에서 땅으로 배출됩니다. Nimbus 구름은 번개를 생성하기 때문에 가장 큰 서지를 유발합니다.

간접 번개 파업은 파괴적입니다. 번개 활동에 대한 일화 관찰은 일반적으로 PV 어레이에서 번개 수준 - 유도 과전압의 열악한 지표입니다.¹. 간접 번개 타격은 PV 장비 내에서 민감한 구성 요소를 쉽게 손상시킬 수 있으며, 종종 손상된 구성 요소를 수리 또는 교체하는 데 비용이 많이 드는 비용이 크며 PV 시스템의 신뢰성에 영향을 미칩니다.¹. 과전압은 각 PV 시스템의 설정 조건 및 배선에 따라 다릅니다.

PV 시스템은 넓은 열린 공간, 일반적으로 필드 또는 건물 꼭대기에 노출됩니다. 그러한 열린 들판에 축적되는 충전 된 비 구름은 번개 형태로 충전을 방출하는 경향이 있습니다. 이런 일이 발생하면 전압 서지가 발생할 수 있습니다. 분야가 더 광범위할수록 파괴가 발생할 가능성이 높습니다.

전자 장비는 서지에 의한 치명적인 실패 지점까지 쉽게 손상 될 수 있습니다. 직원이있을 때 서지가 발생하면 안전을 위태롭게합니다. 사람이 번개 타격 지점에서 60 피트 이내에 있으면 간접 번개 타격이 치명적일 수 있습니다 [2]. PV 시스템이 산업 현장에 있으면 비즈니스 운영 및 장비도 위험에 처해 있습니다. 인버터는 비싸지 만 산업 응용 분야의 경우 훨씬 더 비싼 실패는 가동 중지 비용입니다.

번개가 태양 광 PV 시스템에 부딪 치면 태양 광 PV 시스템 와이어 루프 내에서 유도 된 과도 전류 및 전압이 발생합니다. 이러한 과도 전류 및 전압은 장비 터미널에 나타나며 PV 패널, 인버터, 제어 및 통신 장비와 같은 태양 광 발전 및 전자 장치 내에서 절연 및 유전력 장애가 발생할 수 있습니다.²건물 설치 장치뿐만 아니라 장치³. 배열 박스, 인버터 및 MPPT (Maximum Power Point Tracker) 장치는 고장 지점이 가장 높습니다.

고 에너지가 전자 장치를 통과하지 못하고 PV 시스템에 높은 전압 손상을 입히기 위해서는 전압 서지가 접지 경로를 가져야합니다. 이를 위해서는 모든 전도성 표면을 직접 접지해야하며 시스템으로 들어가서 이더넷 케이블 및 AC 주와 같은 모든 배선이 SPD (Surge Protection Device)를 통해 접지에 연결됩니다.

배열 박스 내의 각 문자열 그룹에 SPD가 필요합니다.

서지 보호 장치 분류

SPD는 서지로 인한 위험에 대한 보호를 제공합니다.

UL 1449 [4] 유형 1, 유형 2 및 유형 3 SPD를 정의합니다.

Type 1:WATT - 시간 미터 소켓 인클로저를 제외하고 영구적으로 연결된 SPD의 한 포트, 서비스 변압기의 보조제와 서비스 장비 과전류 장치의 라인 측면과로드 측면과로드 측면을 포함하여 -} 시간 미터 소켓 인클로저 및 성형 된 케이스 스포츠를 포함한로드 측면을 설치하기위한 것입니다. PV 시스템에서 사용할 유형 1 SPD는 PV 어레이와 기본 서비스 분리 사이에 연결할 수 있습니다.

2 형 2 : 2 형 2 : : : : 2 : : : : : 2 : : : 2 형 : : 2 형 : : 2 형 2 : : 2 형 2 : : 2 형 : : 2 형 2 : : 2 형 2 : : 2 형 2 : : 2 형 2 : 2 형 2 : 2 형 2 : 2 형 2 : 2 형 2 : 2 형 2 : 2 형 2 : 2 형 2 : 2 형 2 : 2 형 2 : 2 형 2 : 2 형 2 : 2 형 2 : 2 형 2 : 2 형 2 : 2 형 2 : 2 형 2 : 2 형 2 : 2 형 2 : 2 형 2 : 2 형 2 : : 2 형 2 : 2 형 2 : 2 형 2 : 2 형 2 : 2 형 : 2 형 2 : 2 형 2 : 2 형 2 : 2 형 2 : 2 형 2 : 2 형 2 형서비스 장비 과전류 장치의 부하 측에 설치를위한 영구적으로 연결된 SPD; 분기 패널 및 성형 케이스 SPD에 위치한 SPD를 포함합니다. IMAX 값은 SPD가 지원할 수있는 8/20 µs 파형으로 표시되는 최대 단일 방전 전류입니다.

: 3 형 3 : : : : : : : : : : : 3 : : : : : 3 형 : : 3 형 : : 3 형 : : 3 형 : : 3 형 : : 3 형 : : 3 형 : : 3 형Utilization SPDS는 전기 서비스 패널에서 사용 지점까지 최소 10 미터의 도체 길이에 설치됩니다. 예를 들어 코드 연결, 직접 플러그 -, 리셉터클 유형 및 SPD가 보호되는 활용 장비에 설치되었습니다. 거리 (10 미터)는 SPD와 함께 제공되거나 부착하는 데 사용되는 도체가 제외됩니다.

타입 1 SPD는 직접 번개 타격을 방지하며 10/350 µs 전류 파동으로 특징 지어집니다. 타입 1 SPD는 중앙 인버터에 사용됩니다.

유형 2 SPD는 8/20 µs 파형으로 특징 지어지는 간접 번개 타격을 방지합니다. 8/20 µs 파형은 스트라이크가 8 µs 상승 시간과 지속 시간이 1 - 절반 피크 20 µs임을 의미합니다. 2 형 SPD는 과전압이 전기 설치 및 장비로 확산되는 것을 방지합니다. 또한 와이어 내의 서지를 전파하는 Lightning의 전자기 효과로부터 보호합니다.

유형 2 SPD는 각 MPPT 및 문자열 인버터 및 배열 상자 내에 사용해야합니다.

서지가 발생하는 상자는 일반적으로 간접적 인 파업으로 인해 손상됩니다. 재료와 높이의 유형 일뿐 만 아니라 낙뢰를 유치하는 물체의 능력에 영향을 미치는 모양도 있습니다. 상자의 모양이나 재료가 번개 타격을 유치하는 경향이있는 경우 1 형 SPD 또는 번개로드를 사용해야합니다.

높이, 뾰족한 모양 및 격리는 번개가 발생하는 위치를 결정하는 지배적 인 특성입니다. 금속이 번개를 끌어들이는 것은 신화입니다. 그러나 PV 팜이 어디에 있는지 또는 근처 물체의 모양에 관계없이 직접 및 간접 파업에 대한 고유 한 감수성으로 인해 SPD가 모든 PV 시스템에 필수적이라는 점에 유의해야합니다.

PV 시스템의 서지 보호 장치 선택 및 설치

PV 시스템은 고유 한 특성을 가지므로 PV 시스템을 위해 특별히 설계된 SPD를 사용해야합니다.

PV 시스템은 최대 1500V의 높은 DC 시스템 전압을 가지고 있습니다. 최대 파워 포인트는 시스템의 단락 전류 아래 몇 백분위 수에서만 작동합니다.

PV 시스템 및 설치에 대한 적절한 SPD 모듈을 결정하려면 다음을 알아야합니다.

번개 라운드 플래시 밀도;

시스템의 작동 온도;

시스템의 전압;

시스템의 단락 전류 등급;

(간접 또는 직접 번개)로부터 보호 될 파형의 수준; 그리고

공칭 방전 전류.

외부 번개 보호 시스템 (LPS)에 의해 보호되는 설치에 대한 SPD 요구 사항은 LPS의 선택된 클래스와 LPS와 PV 설치 사이의 분리 거리가 분리되어 있는지 또는 - 분리되어 있는지 여부에 따라 다릅니다 [4]. IEC 62305-3은 외부 LPS의 분리 거리 요구 사항을 자세히 설명합니다.

보호 효과를 얻으려면 SPD의 전압 보호 수준 (UP)은 시스템 터미널 장비의 유전체 강도보다 20 % 낮아야합니다.

SPD가 연결된 Solar Array String의 단락 전류보다 큰 단락 내차 전류가있는 SPD를 사용하는 것이 중요합니다. DC 출력에 제공되는 SPD는 패널의 최대 광전지 시스템 전압보다 동일한 DC MCOV를 가져야합니다.

지점 A에서 번개가 발생하면 (그림 1 참조) 태양 광 PV 패널과 인버터가 손상 될 수 있습니다. 지점 B에서 번개가 치면 인버터 만 손상됩니다. 그러나 인버터는 일반적으로 PV 시스템 내에서 가장 비싼 구성 요소이므로 AC 및 DC 라인에서 올바른 SPD를 올바르게 선택하고 설치하는 것이 필수적입니다. 파업이 인버터에 가까울수록 인버터가 더 손상 될 것입니다.

FIGURE 1. Lightning strike location.

그림 1.번개 스트라이크 위치.

태양 광 시스템의 DC 측을위한 SPD

PV 소스는 전통적인 DC 소스와 매우 다른 전류 및 전압 특성을 가지고 있습니다. 비 - 선형 특성을 가지며, 긴 - 점화 된 아크의 끈기를 유발합니다. 따라서, PV 전류 소스는 더 큰 PV 스위치와 PV 퓨즈뿐만 아니라 이러한 고유 한 특성에 적응하고 PV 전류에 대처할 수있는 서지 보호 장치에 대한 분리기를 필요로합니다.

DC 측에 설치된 SPD는 항상 DC 응용 프로그램을 위해 특별히 설계되어야합니다. 잘못된 AC 또는 DC 측에서 SPD를 사용하는 것은 결함 조건에서 위험합니다.

SPD가 DC 측에서 사용되는 경우 잠재적 차이로 인해 AC 측에서도 사용해야합니다.

AC 측의 SPD

서지 보호는 DC 측과 마찬가지로 AC 측에서도 중요합니다. SPD가 AC 측을 위해 특별히 설계되었는지 확인하십시오.

최적의 보호를 위해서는 SPD의 크기가 시스템을 위해 크기가 있어야합니다. 적절한 선택은 가장 긴 수명으로 최상의 보호를 보장합니다.

AC 측에서 동일한 그리드 연결을 공유하면 여러 인버터가 동일한 SPD에 연결할 수 있습니다.

설치

SPD는 항상 보호 할 장치의 상류에 설치해야합니다. NFPA 780 12.4.2.1은 태양 전지판의 DC 출력에 양수에서 지상 및 지상으로, 다중 태양 전지판의 결합기 및 재결합 상자 및 인버터의 AC 출력에 서지 보호가 제공되어야한다고 말합니다.

SPD의 적절한 설치는 세 가지 값에 의존합니다.

최대 연속 작동 전압 : SPD가 활성화하는 전압.

전압 보호 수준 : 장비의 과전압 범주는 SPD의 전압 보호 수준보다 높아야합니다.

공칭 방전 전류 : SPD가 반복적 인 서지 후 견딜 수있는 파형 (유형 2 SPD의 경우 8/20 µs)의 피크 값.

케이블

PV 시스템의 케이블은 종종 그리드 연결 지점에 도달 할 수 있도록 장거리에 걸쳐 확장됩니다. 그러나 긴 케이블 길이는 권장되지 않으며 PV 시스템은 예외가 아닙니다.

이는 필드 -의 영향이 케이블 길이 및 도체 루프 증가와 관련하여 번개 방전으로 인해 발생하는 전기 간섭을 수행하기 때문입니다. 일시적 과전압이 발생하면 연결 케이블의 유도 전압 강하가 SPD의 보호 효과를 약화시킬 수 있습니다. 케이블이 가능한 한 짧게 라우팅되면 발생할 가능성이 적습니다.

서지 전압은 케이블 고장에 상당한 기여를하며 케이블의 각 충동은 케이블의 단열 강도의 악화에 기여합니다.

서지가 스탠드에 주입되는 경우 - 단독 PV 시스템 (전력 그리드와는 거리가 높은 시스템)에 주입되면 의료 장비 또는 물 공급과 같은 태양 전기로 구동되는 모든 장비 작업이 중단 될 수 있습니다.

DC쪽에 설치할 SPD의 위치 및 수량은 태양 전지판과 인버터 사이의 케이블 길이에 따라 다릅니다 (표 1 참조). 길이가 10 미터 미만인 경우 하나의 SPD 만 필요하며 SPD는 인버터와 동일한 근처에 설치해야합니다. 케이블의 길이가 10 미터 이상인 경우 인버터 근처에 하나의 SPD와 태양 전지판에 가깝게 두 번째 SPD를 설치하십시오.

큰 도체 루프를 피하는 방식으로 케이블을 경로. AC 및 DC 라인 및 데이터 라인은 전체 경로를 따라 장비 결합 도체와 함께 라우팅되어 도체 루프가 여러 문자열 위로 라우팅되지 않거나 인버터를 그리드 연결에 연결할 때 형성되지 않도록해야합니다.

TABLE 1. SPD selection.

표 1.SPD 선택.

SPD를 인버터와 결합하는 방법

PV 농장은 광범위한 보호가 필요한 매우 민감한 장비로 구성되어 있습니다. PV 농장은 직류 (DC) 전력을 생성하기 때문에 인버터 (이 전력을 DC에서 AC로 변환하는 데 필요한)는 전기 생산에 필수적인 구성 요소입니다. 불행히도, 인버터는 번개가 발생하는 데 매우 취약 할뿐만 아니라 엄청나게 비싸다.

NFPA 780,번개 보호 시스템 설치 표준, 12.4.2.3에서 시스템 인버터가 가장 가까운 콤비너 또는 재결합형 상자에서 30 미터 이상인 경우 인버터의 DC 입력에서 추가 SPD가 필요합니다.

문자열 보호기 (예 : 퓨즈, DC 차단기 또는 문자열 다이오드)가있는 경우 퓨즈와 인버터 사이에 SPD를 설치하십시오 [그림 2].

FIGURE 2. SPD correctly and incorrectly connected to inverter with string protectors.