Prepäťová ochrana vo fotovoltických systémoch
Zariadenia na ochranu proti prepätiu (Surge Protective Devices-SPD) sú nelineárne odporové prvky zapojené v sieti medzi aktívny vodič a neutrálne, alebo zemné spojenie.
Hlavná funkcia SPD je obmedziť prechodné napätie na základe nasmerovania prebytku elektric-kého prúdu do zeme, čo obme-dzuje prechodné napätia a umož-ňuje tak ochranu celého systému. SPD sa po prechode elektrického prúdu dostáva naspäť do stavu vysokej impedancie (zdanlivý odpor elektrotechnickej súčias-tky a fázový posun napätia oproti prúdu pri prechode harmonic-kého striedavého elektrického prúdu danej frekvencie).
Základným rozdielom medzi fotovoltickými a inými systémami je v pomerne vysokom napätí na obmedzený okruh toku elektric-kého prúdu. To si vyžaduje prispôsobenie vodičov prepätia s ohľadom na typ pripojenia a použitie prvkov v danom systéme.
Najbežnejšie zapojenia SPD vo fotovolických systémoch sú:
1.V pripojenie
2. L pripojenie
3. zapojenie do trojuholníka
4. Y pripojenie
Polovodič MOV (Metal Oxide Varistor - polovodič s premen-livým odporom v závislosti na napätí) a poistka proti blesku - bleskoistka (Gass Discharge Tube - GDT) sú dva bežne používané prvky v zariadeniach SPD. GDT sa nesmie používať samostatne ako vodič prepätia, pretože nemôže zmierniť elektrický výboj. To je dôvod, prečo sú vždy spojené do série s MOV. Používajú sa predovšetkým ako galvanická ochrana pre MOV tým, že unikajúci prúd môže prechádzať aj poistkami proti blesku.
V prípade aplikácií SPD, sa najmä v DC aplikáciách (aplikácie jednosmerného el. prúdu), začali objavovať určité chyby, ktoré predtým neboli známe v AC aplikáciách (aplikácie striedavé-ho el. prúdu). V DC aplikáciách sa problémy s unikajúcim prúdom typické pre MOV začali objavo-vať, pretože ten znižuje výkon MOV oveľa rýchlejšie. Prejavilo sa to predovšetkým znížením prevádzkového napätia MOV. Pomerne extrémne prevádzkové teploty a vlhkosti len urýchli proces zhoršenia vlastností MOV.
Aj keď riešenia využívajúce tepelné ističe integrované v SPD sú známe už dlhší čas ako ochrana proti znehodnocovaniu a ničeniu SPD, v DC aplikáciách to nieje najspoľahlivejšie riešenie. Nižšie uvedená schéma ilustruje funkčný vzťah medzi prúdom, napätím a vzdialenosťou medzi elektródami a jasne ukazuje, prečo spomenuté riešenie nie je vhodné. Vzdialenosť, ktorá by mala spoľahlivo zabrániť vzniku elektrického oblúku medzi tepelným ističom a odpojenou elektródou, jednoducho nie je dosť veľká na to, aby sa usku-točnilo bezpečné odpojenie.
Charakteristiky jednosmerného napätia elektrického oblúku a elektrického prúdu
Úlohy a potreby nových tech-nológií
Všetky vyššie uvedené problémy a niektoré z nich známe z pred-chádzajúcich aplikácií sú v súčas-nosti riešené inovatívnym spô-sobom s technológiou známu ako SAFETEC TC a jej rozšírenou verziou SAFETEC TC-G, ktorá úplne eliminuje unikajúci prúd.
Nová technológia rieši nasle-dovné výzvy:
1. Ako zaistiť bezpečnejší prechod MOV do tzv. nízko-ohmické stavu, keď dôjde k ná-rastu, ktorý prekračuje menovité napätie MOV?
Známe riešenia využívajú pre-chod MOV do skratového (nizko-ohmického) stavu. To má za následok zničenie MOV a SPD sa musí vymeniť. Keď zariadenie dosiahne tento stav, ochrana proti el. prúdu sa aktivuje, čo môže byť buď externou formou, alebo ako súčasť SPD. Ako je všeobecne známe, všetky aktu-álne riešenia ďalej zvyšujú nákla-dy na základnú prepäťovú ochra-nu a poruchy SPD môžu taktiež spôsobiť servisné opravy. Tento problém je typický pre SPD používané v aplikáciách AC DC a niektoré ďalšie aplikácie, v kto-rých nie je skratový prúd zdroja obmedzený (ako napr. v napätí).
2. Ako zabrániť, alebo as-poň spomaliť opotrebenie MOV vzhľadom na únik prúdu a tým predĺžiť jeho životnosť?
Najjednoduchšie a štandardné riešenie je sériové zapojenie GDT a MOV. Jeho nevýhodou je však zníženie stupňa prepäťovej ochrany.
Nová technológia TC-G v sku-točnosti vytvára dva nezávislé okruhy:
Safetec TC-G
1. Uzavretý okruh pozostá-vajúci z GDT a MOV. Pôsobí ako ochrana proti prepätiu v nestá-lom prostredí, alebo v napäťo-vých vlnách, ktoré sa vyznačujú rýchlym zvýšením prúdu a napä-tia v pomerne krátkom časovom období. Typické nestále prepätie je spôsobené napr. priamymi a nepriamymi atmosférickými výbojmi.
2. Druhý okruh sa skladá z pokročilej TC-G technológie. Prvky sú aktivované v prípade zvýšeného napätia, ak toto prevyšuje deklarované napätie medzi svorkami SPD. Funkcie prvkov zapojených do druhého okruhu umožňujú:
a. vytvárať dynamický úbytok napätia, ktorý je potrebný pre aktiváciu GDT v systéme
b. galvanicky oddeliť MOV od napájaného napätia. Ako už bolo spomenuté, je to unikajúci prúd, ktorý spôsobuje rýchlejšie opo-trebenie a degradáciu základ-ných parametrov MOV. Inštalá-ciou tohto prvku v procese sério-vej výroby sa môže dosiahnuť, že MOV je v skutočnosti aktívne iba v prípadoch prepätia
c. obmedziť prúd pretekajúci cez MOV aj v prípade, že sa napätie zvýši nad deklarovanú hranicu. Jeho hodnota je starostlivo regulovaná tak, aby maximálna hodnota prúdu prechádzajúceho cez MOV v počiatočnom stave vodivosti bola približne 1A. Po cca 40 sekundách klesne aktu-álny zostatok elektrického prúdu na úroveň okolo 10 mA. Uvedené prúdy nepresahujú energetickú kapacitu MOV a to je riešenie zaisťujúce, že aj pri vyšších hodnotách napätia je MOV stále funkčný.
3. Dôležitou vlastnosťou je mechanické vyhotovenie výrob-ku realizované prostredníctvom špeciálneho rotačného vypínača, ktorý sa používa na uhasenie elektrického oblúku v blízkosti MOV. Základným designovým prvkom je izolovaný kryt nachá-dzajúci sa na vodivom povrchu, ktorý by mohol vyvolať elektrický oblúk.
4. Ďalšia funkcia, tzv. ochrana proti preťaženiu, jednoducho odpojí SPD od napájacieho zdroja, keď hodnota el. prúdu narastie na hraničnú hodnotu (Imax).
Text: Igor Juricev,
Iskra Zascite d.o.o.
Iskra Zaščite hľadá distribútora a predajcu
Viac informácií získate, ak napíšete alebo zavoláte:
e-mail: info@iskrazascite.si
Tel.: +386 1 5003 100
www.iskrazascite.si
Pridať komentár
Aktuálne vydanie
Partnerské periodiká
Copyright © 2008 TechPark, o.z. | Všetky práva vyhradené | Realizácia: Webmax