Sélection et conception de dispositifs de sécurité dans les systèmes photovoltaïques

Les centrales électriques sont généralement installées en pleine nature, ou sur le toit, et les composants doivent être installés à l'air libre. L'environnement naturel est rude et les catastrophes naturelles et causées par l'homme sont inévitables. Les catastrophes naturelles telles que les typhons, les tempêtes de neige, le sable et la poussière endommageront l'équipement. La sécurité de la centrale électrique est très importante. Qu'il s'agisse d'une petite centrale électrique distribuée ou d'une centrale électrique au sol centralisée à grande échelle, il existe certains risques. Par conséquent, l'équipement doit être équipé de dispositifs de sécurité spéciaux, tels que des fusibles et des dispositifs de protection contre la foudre. , Protégez toujours la sécurité de la centrale électrique.

1. Fusible
Le fusible CHYT est un protecteur de courant fabriqué selon le principe de coupure du circuit en faisant fondre la matière fondue avec la chaleur générée par elle-même après que le courant dépasse la valeur spécifiée pendant une certaine période de temps. Les fusibles sont largement utilisés dans les systèmes de distribution d’énergie basse tension, les systèmes de contrôle et les équipements électriques. En tant que protection contre les courts-circuits et les surintensités, les fusibles sont l'un des dispositifs de protection les plus couramment utilisés. Les fusibles des centrales photovoltaïques sont divisés en fusibles DC et fusibles AC.
Le côté CC de la centrale photovoltaïque connecte plusieurs chaînes en parallèle à la barre omnibus CC du boîtier de combinaison CC (schéma centralisé) ou à l'onduleur de chaîne (schéma d'onduleur de chaîne) selon la configuration du schéma. Lorsque plusieurs chaînes photovoltaïques sont connectées en parallèle, si un défaut de court-circuit se produit dans une certaine chaîne, les autres chaînes du bus CC et du réseau fourniront un courant de court-circuit au point de court-circuit. Si les mesures de protection correspondantes font défaut, cela entraînera un incendie des équipements tels que les câbles qui y sont connectés. Dans le même temps, cela pourrait provoquer des brûlures aux accessoires situés à proximité de l'équipement. À l'heure actuelle, il existe de nombreux incendies similaires sur les toits photovoltaïques en Chine, il est donc nécessaire d'installer des dispositifs de protection dans les circuits parallèles de chaque chaîne pour améliorer la sécurité des centrales photovoltaïques.

À l'heure actuelle, les fusibles CC sont utilisés dans les boîtiers de mixage et les onduleurs pour la protection contre les surintensités. Les principaux fabricants d'onduleurs considèrent également les fusibles comme les composants de base de la protection CC. Parallèlement, des fabricants de fusibles tels que Bussman et Littelfuse ont également lancé des fusibles CC spécifiques au photovoltaïque.
Avec la demande croissante de fusibles CC dans l'industrie photovoltaïque, la sélection correcte des fusibles CC pour une protection efficace est un problème auquel les utilisateurs et les fabricants doivent prêter une attention particulière. Lors de la sélection de fusibles CC, vous ne pouvez pas simplement copier les fusibles CA. Les spécifications électriques et les dimensions structurelles, étant donné qu'il existe de nombreuses spécifications techniques et concepts de conception différents entre les deux, sont liées à l'examen complet de la question de savoir si le courant de défaut peut être coupé de manière sûre et fiable sans accident.
1) Le courant continu n'ayant pas de point de passage à zéro du courant, lors de la coupure du courant de défaut, l'arc ne peut s'éteindre que rapidement par lui-même sous l'action du refroidissement forcé de la charge de sable de quartz, ce qui est beaucoup plus difficile que la rupture du courant continu. Arc CA. La conception raisonnable et la méthode de soudage de la puce, la pureté et le rapport granulométrique du sable de quartz, le point de fusion, la méthode de durcissement et d'autres facteurs déterminent tous l'efficacité et l'effet sur l'extinction forcée de l'arc CC.
2) Sous la même tension nominale, l'énergie d'arc générée par l'arc CC est plus du double de celle de l'énergie d'arc CA. Afin de garantir que chaque section de l'arc puisse être limitée à une distance contrôlable et rapidement éteinte en même temps, aucune section n'apparaîtra. L'arc est directement connecté en série pour provoquer un énorme pool d'énergie, entraînant un accident où le fusible Les éclats dus au temps d'arc continu sont trop longs. Le corps du tube du fusible CC est généralement plus long que le fusible CA, sinon la taille ne peut pas être vue en utilisation normale. La différence, lorsque le courant de défaut apparaît, aura de graves conséquences.
3) Selon les données recommandées par l'Organisation internationale de la technologie des fusibles, la longueur du corps du fusible doit être augmentée de 10 mm pour chaque augmentation de tension de 150 V CC, et ainsi de suite. Lorsque la tension CC est de 1 000 V, la longueur du corps doit être de 70 mm.
4) Lorsque le fusible est utilisé dans le circuit CC, l'influence complexe de l'énergie d'inductance et de capacité doit être prise en compte. La constante de temps L/R est donc un paramètre important qui ne peut être ignoré. Il doit être déterminé en fonction de l'apparition et du taux de décroissance du courant de défaut de court-circuit du système de ligne spécifique. Une évaluation précise ne signifie pas que vous pouvez choisir une majeure ou une mineure à volonté. Étant donné que la constante de temps L/R du fusible CC détermine l'énergie de l'arc de coupure, le temps de coupure et la tension de passage, l'épaisseur et la longueur du corps du tube doivent être sélectionnées de manière raisonnable et sûre.
Fusible CA : à l'extrémité de sortie de l'onduleur hors réseau ou à l'extrémité d'entrée de l'alimentation interne de l'onduleur centralisé, un fusible CA doit être conçu et installé pour empêcher la charge de surintensité ou de court-circuit.

2. Parafoudre
La majeure partie du système photovoltaïque est installée en plein air et la zone de distribution est relativement grande. Les composants et les supports sont des conducteurs très attractifs pour la foudre, il existe donc un risque de coup de foudre direct et indirect. Dans le même temps, le système est directement connecté aux équipements électriques et aux bâtiments associés, de sorte que les coups de foudre sur le système photovoltaïque impliqueront également les équipements, les bâtiments et les charges électriques associés. Afin d'éviter les dommages causés par la foudre au système de production d'énergie photovoltaïque, il est nécessaire de mettre en place un système de protection contre la foudre et de mise à la terre pour la protection.
La foudre est un phénomène de décharge électrique dans l’atmosphère. Lors de la formation des nuages ​​et de la pluie, certaines parties accumulent des charges positives et l'autre partie accumule des charges négatives. Lorsque ces charges s’accumulent dans une certaine mesure, un phénomène de décharge se produit, formant un éclair. La foudre est divisée en foudre directe et en foudre par induction. Les coups de foudre directs font référence aux coups de foudre qui frappent directement les panneaux photovoltaïques, les systèmes de distribution d'énergie CC, les équipements électriques et leur câblage, ainsi que les zones à proximité. Il existe deux manières d'intrusion de coups de foudre directs : l'une est la décharge directe mentionnée ci-dessus des panneaux photovoltaïques, etc., de sorte que la majeure partie du courant de foudre à haute énergie est introduite dans les bâtiments ou les équipements, les lignes ; l'autre est que la foudre peut passer directement à travers les paratonnerres, etc. Le dispositif qui transmet le courant de foudre dans le sol se décharge, provoquant une augmentation instantanée du potentiel de la terre, et une grande partie du courant de foudre est connectée de manière inversée à l'équipement et aux lignes. via le fil de terre de protection.

La foudre inductive fait référence aux éclairs générés à proximité et à distance des bâtiments, équipements et lignes associés, provoquant une surtension des bâtiments, équipements et lignes associés. Cette surtension est connectée en série par induction électrostatique ou induction électromagnétique. aux équipements et lignes électroniques associés, causant des dommages à l'équipement et aux lignes.
Pour les systèmes de production d'énergie à grande échelle ou photovoltaïques installés dans des champs ouverts et en haute montagne, en particulier dans les zones sujettes à la foudre, des dispositifs de mise à la terre de protection contre la foudre doivent être équipés.
Le dispositif de protection contre les surtensions (Surge protection Device) est un dispositif indispensable dans la protection contre la foudre des équipements électroniques. On l'appelait autrefois « parafoudre » ou « protecteur contre les surtensions ». L'abréviation anglaise est SPD. La fonction du parasurtenseur est de limiter la surtension instantanée qui pénètre dans la ligne électrique et la ligne de transmission de signal dans la plage de tension que l'équipement ou le système peut supporter, ou de laisser fuir le puissant courant de foudre dans le sol, de manière à protéger le protégé. l'équipement ou le système ne soit pas endommagé. Endommagé par un choc. Ce qui suit est une description des principaux paramètres techniques des parafoudres couramment utilisés dans les systèmes de production d'énergie photovoltaïque.

(1) Tension de fonctionnement continu maximale Ucpv : Cette valeur de tension indique la tension maximale pouvant être appliquée aux bornes du parafoudre. Sous cette tension, le parafoudre doit pouvoir fonctionner normalement sans panne. Dans le même temps, la tension est chargée en permanence sur le parafoudre sans modifier les caractéristiques de fonctionnement du parafoudre.
(2) Courant de décharge nominal (In) : il est également appelé courant de décharge nominal, qui fait référence à la valeur maximale actuelle de la forme d'onde du courant de foudre de 8/20 μs à laquelle le parafoudre peut résister.
(3) Courant de décharge maximal Imax : lorsqu'une onde de foudre standard avec une forme d'onde de 8/20 ms est appliquée une fois au protecteur, la valeur maximale maximale du courant de choc que le protecteur peut supporter.
(4) Niveau de protection de tension Up(In) : La valeur maximale du protecteur dans les tests suivants : la tension de contournement avec une pente de 1KV/ms ; la tension résiduelle du courant de décharge nominal.
Le parasurtenseur utilise une varistance avec d'excellentes caractéristiques non linéaires. Dans des circonstances normales, le parasurtenseur est dans un état de résistance extrêmement élevée et le courant de fuite est presque nul, garantissant l'alimentation électrique normale du système électrique. Lorsqu'une surtension se produit dans le système électrique, le parasurtenseur s'allume immédiatement en quelques nanosecondes pour limiter l'ampleur de la surtension dans la plage de fonctionnement sûre de l'équipement. En même temps, l’énergie de la surtension est libérée. Par la suite, le protecteur passe rapidement à un état à haute impédance, n'affectant ainsi pas l'alimentation électrique normale du système électrique.

En plus de la foudre peut générer des surtensions et des courants, cela se produira également au moment de la fermeture et de la déconnexion d'un circuit haute puissance, au moment de l'allumage ou de l'arrêt d'une charge inductive et d'une charge capacitive, et à la déconnexion d'un grand système électrique ou transformateur. Les surtensions et courants de commutation importants endommageront également les équipements et les lignes associés. Afin d'éviter l'induction de la foudre, une varistance est ajoutée à l'extrémité d'entrée CC de l'onduleur basse puissance. Le courant de décharge maximal peut atteindre 10 kVA, ce qui peut essentiellement répondre aux besoins des systèmes de protection contre la foudre photovoltaïques domestiques.