تطوير وتطبيق الصمامات لحماية النظام الكهروضوئي

تطوير وتطبيق الصمامات لحماية النظام الكهروضوئي

الخلاصة: التعرف على تاريخ تطور الصمامات المستخدمة للحماية من التيار الزائد في الأنظمة الكهروضوئية. من خلال أحكام معايير IEC و UL للصمامات الكهروضوئية ، جنبًا إلى جنب مع الممارسات الهندسية لمصنعي العواكس المشهورين وصناديق تجميع التيار المستمر في الداخل والخارج ، قم بإعطاء الاحتياطات اللازمة للاختيار الصحيح للصمامات لحماية النظام الكهروضوئي.

الكلمات الرئيسية: حماية التيار الزائد ؛ فتيل فئة gPV ؛ صندوق تجميع الطاقة الكهروضوئية DC: عاكس مركزي عالي الطاقة

مقدمة عن الصمامات الكهروضوئية

في عام 1864 ، استخدمت الصناعة الكهربائية الأسلاك البلاتينية كمصهر لحماية الكابلات البحرية. وُلد المصهر في عصر المصابيح المتوهجة وله تاريخ يمتد لأكثر من 0 عام من الاستخدام. لم يكن المصهر قديمًا أبدًا وأصبحت موثوقيته" ؛ خط الدفاع الأخير" ؛ لحماية الدوائر الكهربائية.

يمكن إرجاع حماية خط الصمامات إلى النظام الكهربائي للتيار المستمر إلى عام 1879. أنتج البروفيسور تامبسون فتيلًا محسنًا في ذلك العام. سلكان حديديان متصلان بكرة معدنية. الكرة مصنوعة من الرصاص والقصدير. سبيكة أو غيرها من المواد الموصلة ذات نقطة الانصهار المنخفضة. عندما يمر تيار كبير بما يكفي عبر المصهر لفترة طويلة بما فيه الكفاية ، فإن الكرة المعدنية سوف تذوب وتسقط ، بحيث يتم فصل الأسلاك وتنكسر الدائرة. تجدر الإشارة إلى أنه قبل عام 1890 ، كانت معظم الدوائر تستخدم التيار المباشر ، لذلك بعد فصل الدائرة فجأة ، سيحدث قوس بلا شك. لذلك ، يتم تطبيق حماية المصهر أولاً على بيئة DC ، ثم يتم تطبيقها على بيئة التيار المتردد.

المبدأ الأساسي للمصهر هو السماح لقطعة صغيرة من المواد الموصلة بالانصهار عند الضرورة ، بحيث لا يتضرر الجزء الصحي من الدائرة المحمية ، ويقتصر تلف الجزء المعيب على أصغر نطاق ممكن

وفقًا للتيار المقنن ، يمكن أن يتكون المصهر من ذوبان واحد أو عدة مصهور على التوازي. عندما يتدفق تيار زائد كبير بما فيه الكفاية عبر المصهر ، يذوب المصهور ، ثم يتولد قوس.

واحد

1 معيار المصهر هو حجر الزاوية في الجودة

في وقت مبكر من عام 1931 ، ذكرت اللجنة الكهرتقنية الدولية (IEC) ما يلي:

ل) يجب أن يكون كل مصهر مصمم ومنتَج قادرًا على الاستخدام المستمر ضمن النطاق الحالي المقدر ؛

2) عندما يتجاوز التيار قيمة معينة بسبب الحمل الزائد ، يجب أن يكون المصهر قادرًا على العمل في وقت قصير بما يكفي لحماية المعدات من التلف ؛

3) عند وقوع حادث للجهاز أو الخط ، يجب أن يعمل المصهر بسرعة لتقليل الضرر الذي يلحق بجزء الحادث وعدم إتلاف الجزء الصحي.

لذلك ، يجب أن يكون للصهر خصائص عكسية للوقت الحالي. بالنسبة لأي تطبيق ، يجب اختيار المصهر بشكل صحيح. بمجرد حدوث الخطأ ، يمكن تحديد درجة الخطأ بشكل صحيح لتجنب انقطاع الاتصال غير الضروري. يسرد الجدول 1 معايير الصمامات لمختلف البلدان والمناطق المستخدمة في الصناعة الكهروضوئية.

طاقة شمسية

الجدول 1 تنفيذ معايير الصمامات الكهروضوئية في مختلف البلدان والمناطق

الرقم القياسي النطاق القابل للتطبيق

IEC 60269. 6. 2010 Ed.l

GB / T 13539، 6 · 2013 UL 2579. 2m3 Ed. 9

DIN EN 60269 · 6 2011 المتطلبات التكميلية لوصلات الصمامات لحماية أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية

الصمامات منخفضة الجهد - الجزء 6: المتطلبات التكميلية لوصلات الصمامات لحماية نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية

الصمامات للأنظمة الكهروضوئية

الصمامات منخفضة الجهد · الجزء 6: المتطلبات التكميلية لوصلات fuselink لحماية أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية معايير اللجنة الكهروتقنية الدولية

(قابل للتطبيق في أوروبا) المعيار الوطني الصيني ، معيار UL الأمريكي ، المعيار الألماني

2 التطبيق الشامل للصمامات في الأنظمة الكهروضوئية في الدول الأوروبية والأمريكية. اختار الباحثون الذين شاركوا في تصميم وتحليل النظام الكهروضوئي بأكمله في الدول الأوروبية والأمريكية الصمامات كأجهزة كهربائية منخفضة الجهد لحماية التيار الزائد في أنظمة الطاقة الكهروضوئية بعد مقارنة وقياس دقيقين. التطبيق الشامل للصمامات في الصناعة الكهروضوئية. كتب البروفيسور جون ويلز مقالًا في عام 2008 وأشار إلى أن سبب التوصية باستخدام الصمامات كجهاز حماية من التيار الزائد في بيئة ذات جهد تيار مستمر يتجاوز 0 فولت هو نتيجة دراسة شاملة للمستوى الحالي والفعالية والتكلفة المنخفضة .]

يمكن العثور على تسميات الوحدات الكهروضوئية

سلسلة Fuse" ؛! Ge&مثل ؛ أقصى سلسلة فيوز

الجدول 2 تيار الدائرة القصيرة للوحدات الكهروضوئية وإحصائيات المستوى الأقصى الحالي لصمامات السلسلة

الشركة المصنعة للبطارية Isc / A تصنيف الصمامات الحالية نوع البطارية

فيرست سولار

فيرست سولار

هانرجي الضوئية ترينا سولار

Solarfun (Hanwha Solar () ne)

كنديان سولار

ET Solar

وهذا يعني أن المستوى الأقصى الحالي للمصهر متصل في سلسلة بالمكون. يمكن أن نرى من الجدول 2 أن الاختلاف في عملية تصنيع الألواح الشمسية يؤدي إلى اختلافات كبيرة في تيار الدائرة القصيرة.

3 موقع الاستخدام وأنواع الصمامات في النظام الكهروضوئي بأكمله. خذ المحولات التي أطلقتها ABB في سوق أمريكا الشمالية كمثال. في الأنظمة الكهروضوئية في البلدان والمناطق الأوروبية والأمريكية ، يكون استخدام الصمامات عمومًا في المواقع التالية:

1) الجانب الوارد من صندوق تجميع التيار المستمر: لحماية سلسلة البطارية الشمسية (فتيل فئة gPV ، IEC 60269-6):

2) جانب مدخل التيار المستمر للعاكس المركزي: حماية وصلة المدخل الجانبي للتيار المستمر (فتيل فئة gPV) ؛

3) حماية الوحدة الداخلية للعاكس المركزي: حماية وحدة العاكس (فتيل فئة R ، IEC 60269 · 4) ؛

4) حماية الصمامات لموصل الشحن في العاكس المركزي: حماية موصل الدائرة قبل الشحن (فتيل فئة gPV) ؛

5) كشف إنذار خطأ الأرض GFPD: يستخدم لإنذار خطأ الأرض (فتيل فئة gpv) ؛

6) جانب التيار المتردد للعاكس المركزي: يحمي وحدة العاكس والأجهزة الكهربائية الرئيسية على جانب التيار المتردد (فتيل فئة R).

من بينها ، و gpv class fuse هو نوع الصمامات. تستخدم الصمامات في ما مجموعه 6 مواقع في النظام الكهروضوئي. تعتبر المصاهر مسؤولة عن جميع حماية التيار الزائد من جانب التيار المستمر تقريبًا لصندوق المجمع والعاكس ومعظم حماية التيار الزائد من جانب التيار المتردد.

يسرد الجدول 3 الأنواع الشائعة من الصمامات. من وجهة نظر مواقع استخدامها ، يمكن ملاحظة أن الصمامات هي المنتجات الرئيسية لحماية الدوائر الإلكترونية في أنظمة توليد الطاقة المركزية المتصلة بالشبكة الكهروضوئية. انطلاقًا من المساحة الكبيرة والاستخدام طويل المدى في أوروبا وأمريكا ، طالما أنه يمكن اختيار المصهر بشكل صحيح ، لا يمكن حماية المكونات في النظام الكهربائي بأكمله بشكل ثابت فقط لفترة طويلة ، ولكن أيضًا يمكن للعاكس المركزي نفسه أن تكون محمية بشكل فعال.

الجدول 3 استخدم فئات الصمامات الشائعة

زج

صباحا

أر

gR

يستخدم gB بشكل عام لوصلات الصمامات مع مجموعة كاملة من سعة القطع ، وتستخدم بشكل أساسي لحماية الكابلات والأسلاك

الصمامات لحماية جزء من قدرة كسر الدائرة الحركية

الصمامات لحماية جزء من قدرة كسر أجهزة أشباه الموصلات

الصمامات لحماية النطاق الكامل لقدرة كسر أجهزة أشباه الموصلات (أسرع من gS) الصمامات الكهروضوئية

زيادة استخدام الأسلاك لحماية النطاق الكامل لقدرة كسر أجهزة أشباه الموصلات. روابط الصمامات تقييمه. وصلات الصمامات مع مجموعة كاملة من قدرة كسر الألغام.

في الجدول 3 ، يشير الحرف الصغير الأول إلى مدى كسر المصهر ؛ تشير الأحرف الكبيرة الثانية واللاحقة إلى الخصائص ، أي تشير إلى فئة الاستخدام وتحديد نطاق التطبيق.

ل)&مثل ؛ ز&مثل ؛ يمثل نطاقًا لوصلة الصمامات ذات السعة الفاصلة ، مما يعني أن رابط المصهر يمكنه كسر جميع التيارات الزائدة من الحد الأدنى لتيار الانصهار إلى قدرته على الانهيار. يمكن استخدام الصمامات ذات السعة الكاملة للكسر كجهاز حماية منفصل.

2)&مثل ؛&مثل ؛ يمثل نطاقًا جزئيًا لوصلة الصمامات ذات السعة الفاصلة ، مما يعني أن رابط المصهر يمكنه فقط كسر التيارات العالية لمضاعف معين لتياره المقنن. لا يمكن استخدام جزء من نطاق وصلات الصمامات ذات السعة الفاصلة إلا لحماية الدائرة القصيرة ، لذا يمكن استخدامه مع الأجهزة الأخرى التي توفر حماية ضد التيار الزائد. غالبًا ما تُستخدم روابط الصمامات ذات سعة كسر النطاق كحماية احتياطية لأجهزة التبديل الأخرى ذات سعة كسر أقل (مثل الموصلات أو قواطع الدائرة).

اقتراح مفهوم فتيل فئة 4gPV

يمكن اعتبار gpv بمثابة فتيل عالمي يستخدم في أنظمة التيار المستمر الكهروضوئية ، كما أنه يمثل فتيلًا بمدى كامل من سعة القطع.

وُلد مفهوم هذا النوع من الصمامات مع إدخال معيار 1 E c 60269-6. في السابق ، تم استخدام gR كمصهر حماية لجانب DC في أوروبا. بعد طرح مفهوم gpv fuse ، gR fuse يتم استبدال موضع جانب PV DC. تم اقتراح معيار UL 2579 الأمريكي (الصمامات للأنظمة الكهروضوئية) لأول مرة في ديسمبر 2007. وتستند هذه المعايير إلى المعيار الأساسي UL248 للصمامات ، والذي ينص على المزيد من متطلبات الاختبار التي تلبي خصائص حماية الدائرة الكهروضوئية.

ينص معيار IEC على أن الصمامات الخاصة بحماية النظام الكهروضوئي (فتيل فئة gPV) المستخدمة في دائرة التيار المستمر يجب أن تفي بالمتطلبات التالية. 7]: ل) أقل قدرة كسر مصنفة هي 10kA DC

2) التيار غير المصهر التقليدي Inf: 1 3 / ،،، تيار الصمامات / f: L45 巛 ملاحظة: تيار الصهر المتفق عليه في معيار UL: L35 0 ، حيث / n هو التيار المقدر للصهر.

3) يتم التحقق من التيار المقدر بـ 3000 دورة حالية.

4) زيادة التحقق من مستوى الانجراف المستحث الحراري المقبول والتحقق الوظيفي في ظل ظروف درجات الحرارة القصوى. بالإضافة إلى ذلك ، يجب ترتيب اختبار التيار والسعة المتفق عليها لوصلة المصهر بعد انتهاء التحقق من مستوى انجراف الحث الحراري المقبول (أي دورة درجة الحرارة) ، ويجب إعادة منتج الاختبار إلى درجة حرارة الغرفة (25 درجة مئوية) من أجل 3 ساعات على الأقل قبل المتابعة.

اختبار الدورة الحالية هو ضمان التشغيل المستقر على المدى الطويل لفتيل gpvtJk وفقًا لدرجة الحرارة المتغيرة باستمرار والحمل الحالي في البيئة الهندسية الفعلية للمجال الكهروضوئي. علاوة على ذلك ، فإن المعيار ينص فقط على الحد الأدنى من المتطلبات. من الاستخدام الفعلي ، فإن المصهر في أوروبا وأمريكا مستقر للغاية وموثوق في هذا المجال.

بالإضافة إلى ذلك ، قدمت الصمامات فئة gpv مساهمة كبيرة في التنبؤ بالخطأ الأرضي لنظام التيار المستمر الكهروضوئي بأكمله. في عام 2013 ، اختار مختبر سانديا الوطني في الولايات المتحدة صمامات gPV من إجمالي 8 مصنّعين للصمامات ككائن بحثي ، ودرس التأريض. تعتبر حساسية إنذار الفشل (GFPD) مشكلة.

فيما يتعلق بالاختلاف بين فتيل فئة gPV والصمامات الأخرى في منحنى الوقت الحالي ، يوضح الشكل 1 أن فتيل فئة gpv له سرعة استجابة سريعة جدًا. يبدأ في النفخ عندما يدخل نطاق الصمامات القياسية L45 UL / 0L350 ، مما يضمن أنه

طاقة شمسية

إلى

في بيئة DC ، يمكن كسر تيار الدائرة القصيرة بسرعة وفعالية حتى عندما يكون تيار خطأ ماس كهربائى للنظام منخفضًا.

بناءً على خصائص تيار التيار المستمر (لا توجد نقطة عبور صفرية مقارنة بتيار التيار المتردد) ، فكلما زادت سرعة حركة فتيل التيار المستمر ، كلما كان تأثير عطل الدائرة القصيرة على النظام أكثر فعالية ، وخطأ التيار المستمر يمكن كسر التيار بشكل موثوق.

تيار الصمامات / أ

ملاحظات:"؛ ×"؛ في الشكل يمثل حجم التيار التجريبي لاختبار وقت الانصهار للمصهر

شكل 1 الفرق بين منحنيات الصمامات فئة gpv وأنواع الصمامات الأخرى

5 حدد فتيل فئة gPV بشكل صحيح على جانب المدخل لصندوق التجميع

50 تحديد مستوى الجهد المقنن للصمامات الكهروضوئية

Un 冫 1.2Uoc (STC) (l) في الصيغة ، 0 هو الجهد المقنن للصمامات الكهروضوئية التي يجب اختيارها ؛ Q (STC) هو جهد الدائرة المفتوحة للنظام الكهروضوئي المقاس تحت ظروف STC (STC ، أي التشعيع في درجة حرارة الغرفة) عندما تكون الدرجة 10m W / m).

وتجدر الإشارة إلى أنه وفقًا لـ NEC 690.7 ، إذا كان النظام الكهروضوئي يحتاج إلى العمل عند درجة حرارة أقل من 40 درجة مئوية ، فيجب زيادة العامل 1.2 إلى L25.

5 2 خطوات لتحديد معدل الأمبير للصمامات الكهروضوئية

ل) تحديد الحد الأقصى لتيار الخط 0. بالنسبة لإخراج الدائرة الكهروضوئية ، يجب مراعاة مجموع تيار الدائرة القصيرة المقدر لكل سلسلة متصلة على التوازي بضرب عامل الأمان L25. بأخذ السلسلة كمثال ، الصيغة هي:

الحد الأقصى: 1.25 (/ scl {{2}} / sc2+ / sc3+" ؛ ، عشرة Iscn) (2) NEC 60.8 · 0 في A) و (2) ، يجب أن يأخذ هذا الحكم في الاعتبار التصنيف القصير- تيار الدائرة للمكون /" ؛ قيد التجربة بيئة اختبار قياسية داخلية (تقاس تحت STO ، ولكن عندما تعمل الوحدات الكهروضوئية في البيئات القاسية في الموقع ، مثل درجات الحرارة المنخفضة وضوء الشمس القوي في الشتاء ، أو انعكاس الثلج من الجبال والثلج يعزز الإنارة ، الخلايا الشمسية سيتجاوز تيار الإخراج للوحة 7 جيجا بايت مثلًا ؛ لذلك تنص NEC على أن 7 جيجا بايت مثل ؛ يجب ضربها في معامل L25 لحساب ،

2) تحديد معدل أمبير الصمامات الاسمية. N EC 690.8 · تنص الفقرة A على أن عامل التأمين لجهاز حماية التيار الزائد لا يمكن أن يكون أقل من 125٪ عند النظر في عامل التأمين لجهاز حماية التيار الزائد. بمعنى آخر ، لا يمكن لجهاز حماية التيار الزائد الاستمرار في العمل في نطاق أكثر من 80٪ تحت تصنيف الأمبير الاسمي. /0.8: L25: 125٪).

في=1.251mas (3)

(4) 3) إذا لزم الأمر ، فإن البيئة القاسية التي تتجاوز نطاق العمل الطبيعي يجب أن يتم استخلاصها.

مصنفة (5) في الصيغة ، 7.1. d هي القيمة المقدرة للمصهر الذي يتعين اختياره ؛ K هو عامل الخفض ، ويمكن تحديد هذه المعلمة من خلال خط خفض التيار الذي توفره الشركة المصنعة للمصهر

4) تحديد التصنيف الحالي للمصهر. 7. ر. د بشكل عام ، لا يساوي تمامًا الفئة الحالية القياسية للمصهر ، ويجب تحديد المصهر الذي ينتمي إلى فئة التيار القياسي وفقًا لفئة التيار الأعلى. التصنيفات الحالية للمصاهر المستخدمة في صندوق التجميع هي كما يلي (الوحدة: أ): 1 ، 2 ، 3 ، 4 ، 5 ، 6 ، 7 ، 8 ، 10 ،

1 2 ، صدفة ، 16 ، 20 ، 25.

5) تحقق من أن الكابل محمي بواسطة المنصهر. من الضروري التحقق من أن تيار المصهر لمعدل التيار القياسي المحدد أقل من تصنيف الأمبير لموصل الكبل المحدد. إذا كان لا يفي بالمتطلبات ، لأسباب تتعلق بالسلامة ، يجب زيادة قطر السلك للكابل.