Новость
Испытания оборудования для чистых помещений
Проведены испытания защитных пленок устройств серии Commeng CR на стойкость к воздействию очищающих и дезинфицирующих веществ, применяемых в чистых помещениях. Подробнее 

База знаний

28.11.2019

 Скачать инструкцию по выбору и применению устройств защиты фотоэлектрических систем УЗФЭС в pdf

1. Область применения

Инструкция предназначена для осуществления подбора устройств защиты фотоэлектрических систем (далее УЗФЭС), которые применяются для защиты от импульсных перенапряжений в цепях питания оборудования (инвертор, контроллер, солнечная батарея) фотоэлектрических систем (ФЭС) напряжением от 75 до 1200 Вольт постоянного тока.

2. Нормативные ссылки

В инструкции использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ТР ТС 004/2011 «О безопасности низковольтного оборудования»;

ГОСТ Р 51992-2011 (МЭК 61643-1:2005) Устройства защиты от импульсных перенапряжений низковольтные. Часть 1. Устройства защиты от импульсных перенапряжений в низковольтных силовых распределительных системах. Технические требования и методы испытаний;

BS EN 61173:1995, IEC 61173:1992 Overvoltage protection for photovoltaic (PV) power generating systems;

VDE 0185-305-3 / DIN EN 62305-3 Teil 3: Blitz- und Überspannungsschutz für PV-Stromversorgungssysteme;

ГОСТ Р 51992-2011 (МЭК 61643-1:2005) Устройства защиты от импульсных перенапряжений низковольтные. Часть 1.

ГОСТ Р МЭК 62305-1-2010. Менеджмент риска. Защита от молнии. Часть 1. Общие принципы.

3. Термины и определения

В настоящей инструкции применены следующие термины с соответствующими определениями:

3.1 устройство для защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП): Устройство, которое предназначено для ограничения переходных перенапряжений и отвода импульсных токов. Это устройство содержит по крайней мере один нелинейный элемент.

3.2 импульсное перенапряжение: резкий подъем напряжения, вызванный электромагнитным импульсом удара молнии и проявляющейся в виде повышения электрического напряжения или тока до значений, представляющих опасность для изоляции или потребителя.

3.3 максимальное длительное рабочее напряжение Uc: Максимальное напряжение действующего значения переменного или постоянного тока, которое длительно подается на выводы УЗИП. Оно равно номинальному напряжению.

3.4 уровни защиты от молнии: Число, соответствующее набору значений параметров тока молнии и характеризующее вероятность того, что взаимосвязанные максимальные и минимальные значения параметров конструкции не будут превышены при воздействии молнии.

3.5 зона защиты от молнии: Зона, для которой установлены параметры электромагнитной среды при ударе молнии.

3.6 внешняя система защиты от молнии: часть общей системы защиты от молния состоящая из системы молниеприёмников, системы токоотводов и системы заземления.

3.7 удар молнии: Единичный электрический разряд молнии между облаком и землей.

3.8 максимальный разрядный ток Imax: Пиковое значение тока, протекающего через УЗИП, имеющего форму волны 8/20 и величину согласно испытательному циклу в рабочем режиме испытаний класса II.

4. Сокращения

УЗФЭС – устройство защиты фотоэлектрических систем

ФЭС – фотоэлектрическая система

ФЭУ – фотоэлектрическая установка

УЗИП – устройство защиты от импульсных перенапряжений

5. Основные положения по выбору УЗФЭС

Основной причиной импульсных перенапряжений в фотоэлектрических установках являются прямые удары молнии в здания/сооружения, где они размещены или солнечные батареи, а также наводки от близких и удалённых ударов молнии, межоблачных и внутриоблачных разрядов. Защита фотоэлектрической установки (ФЭУ) со стороны сети переменного тока никаких особенностей не имеет. Следует не забывать только о правильном выполнении системы уравнивания потенциалов и подключения к ней УЗИП как по переменному току, так и по постоянному току.

Выбор устройств защиты УЗФЭС заключается в определении следующих параметров:

- выбор класса испытания I+II, II, II+III и III;

- выбор максимального длительного рабочего напряжения (Uс) 75, 150, 300, 420, 600, 800, 1200 Вольт;

- выбор электрической схемы соединения варисторов (устройств), Y-схема, V-схема.

Примечание. Одно устройство УЗФЭС одновременно обеспечивает защиту как линии L«+», так и линии L«-».

УЗФЭС

УЗФЭС-Д (добавочные)

  

Рисунок 1. Внешний вид некоторых типов УЗИП Комменж УЗФЭС

6. Выбор класса испытаний УЗФЭС

При выборе необходимо в первую очередь руководствоваться ГОСТ Р МЭК 62305-1-2010 (см. раздел 8), который определяет: - уровни защиты от молнии; - максимальное и минимальное значение тока молнии для каждого уровня; - ожидаемый уровень помехи в зависимости от зоны защиты от молнии. То есть класс испытания УЗИП определяет зона защиты от молнии, в которой располагается фотоэлектрическое оборудование (солнечная батарея, контроллер и/или инвертор).

Выбор класса испытания УЗИП для оборудования ФЭС(ФЭУ) зависит:

- от наличия или отсутствия внешней системы защиты от молнии (молниеприёмник, токоотвод и заземлитель) или вышестоящих объектов (деревья, здания, трубы, мачты и т.д.);

- от вероятности прямого удара молнии в объект и ожидаемого уровня помех;

- стойкости оборудования к перенапряжениям.

Если не рассматривается вероятность прямого удара молнии в объект или объект оборудован внешней системой молниезащиты, которая защищает элементы ФЭУ, то целесообразно и достаточно применения УЗФЭС II класса испытания, как для защиты солнечных батарей, так и для защиты оборудования (инвертор, контроллер), в ряде случаев могут дополнительно использоваться УЗФЭС класса II+III или III.

Если внешняя молниезащита отсутствует и возникает опасность прямого удара молнии в здание/сооружение с оборудованием ФЭУ, мачту с солнечной батареей, корпус солнечного модуля, питающий кабель, то для большей надёжности необходимо использовать УЗФЭС I+II класса испытания.

7. Выбор максимального длительного рабочего напряжения УЗФЭС

Так как ФЭС(ФЭУ) предполагает режим холостого хода, когда отсутствует всякая нагрузка на солнечную батарею, а поток солнечного света максимален, то напряжение при таком режиме Uxx отличается (то есть выше) от напряжения при номинальной мощности Un примерно на 20% (см. рис. 2). Таким образом, максимальное длительное рабочее напряжение УЗФЭС (УЗИП) необходимо выбирать в соответствии со значением напряжения холостого хода Uxx солнечной батареи, а не напряжения при номинальной мощности Un.

Точка, на вольт-амперной характеристике, в которой ток равен 0, называется напряжением холостого хода солнечной батареи или одного модуля.

Рисунок 2. Вольт-амперная характеристика солнечной батареи

Таким образом максимальное длительное рабочее напряжение (Uс) УЗФЭС должно быть выше либо равно (Uс≥ Uхх) напряжению холостого хода (Uхх) солнечной батареи.

Линейка УЗФЭС охватывает диапазон рабочих напряжений от 75 Вольт до 1200 Вольт постоянного тока.

7.1 Пример подбора максимального длительного рабочего напряжения УЗФЭС

Пример, выбора для солнечной батареи с напряжением холостого хода Uхх = 600 Вольт. Рекомендуется применять УЗИП УЗФЭС с максимальным длительным рабочим напряжением Uc= 600 Вольт, либо последовательную сборку двух УЗИП УЗФЭС и УЗФЭС-Д максимальное длительное рабочее напряжение каждого Uc= 300 Вольт и при суммировании сборка имеет Uc= 600 Вольт.

Ниже указаны варианты УЗФЭС (наименование и маркировка) с максимальным длительным рабочим напряжением Uc= 600 Вольт и классом испытания I+II, II, II+III, III, которые выбраны, для данного примера, из таблицы полной номенклатуры УЗФЭС (см. прил. А):

- класс I+II устройство защиты Комменж УЗФЭС-1 600/120V с максимальным длительным рабочим напряжением Uc= 600 Вольт и максимальным разрядным током 120кА, выполненного по V-схеме (см. рис. 4);

- класс II устройство защиты Комменж УЗФЭС-2 600/80V с максимальным длительным рабочим напряжением Uc= 600 Вольт и максимальным разрядным током 80кА, выполненного по V-схеме (см. рис. 4);

- класс II сборку двух последовательно соединённых устройств защиты Комменж УЗФЭС-2 300/80V и добавочного Комменж УЗФЭС-Д 300/80 с параметрами сборки максимальным длительным рабочим напряжением Uc= 600 Вольт и максимальным разрядным током 80кА, сборка формирует Y-схему (см. рис. 5) и образует необходимое максимальное длительное рабочее напряжение при суммировании напряжений УЗФЭС входящих в сборку;

- класс II устройство защиты Комменж УЗФЭС-2 600/40Y с максимальным длительным рабочим напряжением Uc= 600 Вольт и максимальным разрядным током 40кА, выполненного по Y-схеме (см. рис. 3);

- класс II устройство защиты Комменж УЗФЭС-2 600/40V с максимальным длительным рабочим напряжением Uc= 600 Вольт и максимальным разрядным током 40кА, выполненного по V-схеме (см. рис. 4);

- класс II сборку двух последовательно соединённых устройств защиты Комменж УЗФЭС-2 300/40V и добавочного Комменж УЗФЭС-Д 300/40 с параметрами сборки максимальным длительным рабочим напряжением Uc= 600 Вольт и максимальным разрядным током 40кА, сборка формирует Y-схему (см. рис. 5) и образует необходимое максимальное длительное рабочее напряжение при суммировании напряжений УЗФЭС входящих в сборку;

- класс II+III устройство защиты Комменж УЗФЭС-2 600/15Y с максимальным длительным рабочим напряжением Uc= 600 Вольт и максимальным разрядным током 15кА, выполненного по Y-схеме (см. рис. 3);

- класс II+III сборку двух последовательно соединённых устройств защиты Комменж УЗФЭС-2 300/15V и добавочного Комменж УЗФЭС-Д 300/15 с параметрами сборки максимальным длительным рабочим напряжением Uc= 600 Вольт и максимальным разрядным током 15кА, сборка формирует Y-схему (см. рис. 5) и образует необходимое максимальное длительное рабочее напряжение при суммировании напряжений УЗФЭС входящих в сборку;

- класс III устройство защиты Комменж УЗФЭС-3 600/10Y с максимальным длительным рабочим напряжением Uc= 600 Вольт и максимальным разрядным током 10кА, выполненного по Y-схеме (см. рис. 3).

8. Выбор схемы соединения варисторов устройства УЗФЭС

Устройства УЗФЭС различаются по двум схемам соединения варисторов.

8.1 Y-схема соединения варисторов

На рисунке 3 показана Y-схема, в которой варисторы соединяются звездой. Устройства с данной схемой маркируются буквой «Y» в конце названия (например: Комменж УЗФЭС-2 300/40Y). Y-схема является наиболее распространённой для защиты оборудования фотоэлектрических систем и имеет следующие характеристики:

- обеспечивает защиту, как от синфазных, так и дифференциальных помех;

- уменьшает вероятность перегрузки УЗИП в случае повреждения изоляции солнечных батарей;

- сохраняет работоспособность и предотвращает утечку тока, если у одного из трех варисторов (блоков варисторов) снизилось квалификационное напряжение.

8.2 V-схема соединения варисторов

На рисунке 4 показаны варисторы соединённые по V-схема. Устройства с данной схемой маркируются буквой «V» в конце названия (например: Комменж УЗФЭС-2 300/40V). В основном V-схема применяется в УЗИП общепромышленного применения для защиты электропитающих установок постоянного тока.

8.3 Последовательное соединение устройств УЗФЭС (с V-схемой) с дополнительным УЗФЭС-Д, для формирования Y-схемы

На рисунке 5 показана Y-схема, которая сформирована путём последовательного соединения двух устройств. Сверху расположено устройство Комменж УЗФЭС варисторы которого соединены по V-схеме, а снизу подключается добавочное устройство Комменж УЗФЭС-Д. Имеет такие же характеристики, как и у штатной Y-схемы (см. п.п. 8.1). При последовательном соединении происходит сложение максимальных длительных рабочих напряжений устройств защиты УЗФЭС, что позволяет расширить диапазон рабочего напряжения до 1200 Вольт и приблизить максимальное длительное рабочее напряжение устройства защиты УЗФЭС к напряжению холостого хода солнечной батареи.

     

Рисунок 3. Соединение варисторов УЗФЭС по Y-схема.

Рисунок 4. Соединение варисторов УЗФЭС по V-схеме

Рисунок 5. Последовательное соединение двух устройств, УЗФЭС с V-схемой и добавочного УЗФЭС-Д для формирова ния Y-схемы или повышения максимального длительного рабочего напряжения

9. Варианты расположения УЗФЭС при их применении для защиты ФЭС(ФЭУ)

9.1 При наличии внешней системы защиты от молнии

9.1.1 Вариант расположения УЗФЭС №1 (см. рис. 6)

Предполагает наличие внешней системы защиты от молнии (молниеприёмник). Расстояния между солнечной батареей и распределительным щитом на вводе линий L«+» и L«-» в здание/сооружение не превышает 10 метров. Расстояния между распределительным щитом на вводе в здание/сооружение и инвертором (контроллером) не превышает 10 метров.


Рисунок 6. Схема расположения устройства УЗФЭС, вариант №1

Для защиты от импульсных помех оборудование ФЭС достаточно разместить, в распределительном щите на вводе в здание/сооружение, одно устройство защиты УЗФЭС-2 со II классом испытания с максимальным разрядным током (Imax) 40кА и с соединением варисторов (либо устройств УЗФЭС) по Y-схеме (см. рис. 3 и 5) или по V-схеме (см. рис. 4). Рекомендуется, для увеличения надежности, применять УЗФЭС-2 с двойным запасом по максимальному разрядному току (Imax) 80кА.

Определившись с классом испытания устройства, необходимо подобрать его максимальное длительное рабочее напряжение «Uc» в соответствии с методикой описанной в пункте 7. Наименование устройства можно посмотреть в таблице «Полная номенклатура УЗИП Комменж УЗФЭС и УЗФЭС-Д» приложения А.

9.1.2 Вариант расположения УЗФЭС №2 (см. рис. 7)

Предполагает наличие внешней системы защиты от молнии (молниеприёмник). Расстояния между солнечной батареей и распределительным щитом на вводе линий L«+» и L«-» в здание/сооружение не превышает 10 метров. Расстояния между распределительным щитом на вводе в здание/сооружение и инвертором (контроллером) более 10 метров.


Рисунок 7. Схема расположения устройств УЗФЭС, вариант №2

Для защиты от импульсных помех солнечной батареи достаточно разместить, в распределительном щите на вводе в здание/сооружение, одно устройство защиты УЗФЭС-2 со II классом испытания и максимальным разрядным током (Imax) 40кА и с соединением варисторов (либо устройств УЗФЭС) по Y-схеме (см. рис. 3 и 5) или по V-схеме (см. рис. 4).

Для защиты инвертора (контроллера) необходимо использовать двухступенчатую схему защиты, при которой:

- одно устройство защиты УЗФЭС-2 со II классом испытания и максимальным разрядным током (Imax) 40кА и с соединением варисторов (либо устройств УЗФЭС) по Y-схеме (см. рис. 3 и 5) или по V-схеме (см. рис. 4), устанавливается в распределительном щите на вводе в здание/сооружение;

- второе устройство защиты УЗФЭС-3 с III классом испытания и максимальным разрядным током (Imax) 10кА, дополнительно размещается рядом с инвертором (контроллером).

Рекомендуется, для увеличения надежности, применять УЗФЭС-2 и УЗФЭС-3 с двойным запасом по максимальному разрядному току (Imax) 80кА и 15кА соответственно.

Определившись с классом испытания устройства, необходимо подобрать его максимальное длительное рабочее напряжение «Uc» в соответствии с методикой описанной в пункте 7. Наименование устройства можно посмотреть в таблице «Полная номенклатура УЗИП Комменж УЗФЭС и УЗФЭС-Д» приложения А.

9.1.3 Вариант расположения УЗФЭС №3 (см. рис. 8)

Предполагает наличие внешней системы защиты от молнии (молниеприёмник). Расстояния между солнечной батареей и распределительным щитом на вводе линий L«+» и L«-» в

здание/сооружение более 10 метров. Расстояния между распределительным щитом на вводе в здание/сооружение и инвертором (контроллером) не превышает 10 метров.


Рисунок 8. Схема расположения устройств УЗФЭС, вариант №3

Для защиты солнечной батареи от импульсных помех, с учётом расстояний, необходимо разместить рядом с солнечной батареей (в её щите) устройство защиты УЗФЭС-2 со II классом испытания и максимальным разрядным током (Imax) 40кА и с соединением варисторов (либо устройств УЗФЭС) по Y-схеме (см. рис. 3 и 5) или по V-схеме (см. рис. 4).

Для защиты инвертора (контроллера) необходимо разместить, в распределительном щите на вводе в здание/сооружение, одно устройство защиты УЗФЭС-2 со II классом испытания и максимальным разрядным током (Imax) 40кА и с соединением варисторов (либо устройств УЗФЭС) по Y-схеме (см. рис. 3 и 5) или по V-схеме (см. рис. 4).

Рекомендуется, для увеличения надежности, применять УЗФЭС-2 и УЗФЭС-3 с двойным запасом по максимальному разрядному току (Imax) 80кА и 15кА соответственно.

Определившись с классом испытания устройства, необходимо подобрать его максимальное длительное рабочее напряжение «Uc» в соответствии с методикой описанной в пункте 7. Наименование устройства можно посмотреть в таблице «Полная номенклатура УЗИП Комменж УЗФЭС и УЗФЭС-Д» приложения А.

9.1.4 Вариант расположения УЗФЭС №4 (см. рис. 9)

Предполагает наличие внешней системы защиты от молнии (молниеприёмник). Расстояния между солнечной батареей и распределительным щитом на вводе линий L«+» и L«-» в здание/сооружение более 10 метров. Расстояния между распределительным щитом на вводе в здание/сооружение и инвертором (контроллером) более 10 метров.


Рисунок 9. Схема расположения устройств УЗФЭС, вариант №4

Для защиты солнечной батареи от импульсных помех, с учётом расстояний, необходимо разместить рядом с солнечной батареей (в её щите) устройство защиты УЗФЭС-2 со II классом испытания и максимальным разрядным током (Imax) 40кА и с соединением варисторов (либо устройств УЗФЭС) по Y-схеме (см. рис. 3 и 5) или по V-схеме (см. рис. 4).

Для защиты инвертора (контроллера) необходимо использовать двухступенчатую схему защиты, при которой:

- одно устройство защиты УЗФЭС-2 со II классом испытания и максимальным разрядным током (Imax) 40кА и с соединением варисторов (либо устройств УЗФЭС) по Y-схеме (см. рис. 3 и 5) или по V-схеме (см. рис. 4), устанавливается в распределительном щите на вводе в здание/сооружение;

- второе устройство защиты УЗФЭС-3 с III классом испытания и максимальным разрядным током (Imax) 10кА, дополнительно размещается рядом с инвертором (контроллером).

Рекомендуется, для увеличения надежности, применять УЗФЭС-2 и УЗФЭС-3 с двойным запасом по максимальному разрядному току (Imax) 80кА и 15кА соответственно.

Определившись с классом испытания устройства, необходимо подобрать его максимальное длительное рабочее напряжение «Uc» в соответствии с методикой описанной в пункте 7. Наименование устройства можно посмотреть в таблице «Полная номенклатура УЗИП Комменж УЗФЭС и УЗФЭС-Д» приложения А.

9.2 При отсутствии внешней системы защиты от молнии

При отсутствии внешней системы защиты от молнии, допускается вероятность прямого удара молнии в здание/сооружение с оборудованием ФЭС(ФЭУ), мачту с солнечной батареей, корпус солнечного модуля, питающий кабель.

Для защиты применяются устройства УЗФЭС-1 с I+II классом испытания, максимальным разрядным током (Imax) 120кА и с соединением варисторов по V-схеме (см. рис. 4). Устанавливается УЗФЭС-1 в распределительном щите на вводе в здание/сооружение и в щите солнечной батареи в соответствии с вариантами №1, 2, 3 и 4 показанным в п.п. 9.1.1-4.

Выбор устройств защиты УЗФЭС-1 по максимальному длительному рабочему напряжению «Uc» осуществляется в соответствии с методикой описанной в пункте 7. Наименование устройства можно посмотреть в таблице «Полная номенклатура УЗИП Комменж УЗФЭС и УЗФЭС-Д» приложения А.

Приложение А.
Полная номенклатура УЗИП Комменж УЗФЭС и УЗФЭС-Д

Таблица полной номенклатуры УЗИП Комменж УЗФЭС и УЗФЭС-Д

Класс

УЗИП   

Максимальное длительное рабочее напряжение, Uc

75

150

300

420

600

800

III

УЗФЭС-3 75/10Y

УЗФЭС-3 75/10Yк

УЗФЭС-3 150/10Y

УЗФЭС-3 150/10Yк

УЗФЭС-3 300/10Y

УЗФЭС-3 300/10Yк

УЗФЭС-3 420/10Y УЗФЭС-3 420/10Yк

УЗФЭС-3 600/10Y

УЗФЭС-3 600/10Yк

УЗФЭС-3 800/10Y

УЗФЭС-3 800/10Yк

II+III

УЗФЭС-2 75/15V

УЗФЭС-2 75/15Vк

УЗФЭС-Д 75/15к

УЗФЭС-2 150/15Y

УЗФЭС-2 150/15Yк

УЗФЭС-2 150/15V

УЗФЭС-2 150/15Vк

УЗФЭС-Д 150/15к

УЗФЭС-2 300/15Y

УЗФЭС-2 300/15Yк

УЗФЭС-2 300/15V

УЗФЭС-2 300/15Vк

УЗФЭС-Д 300/15к

УЗФЭС-2 420/15V УЗФЭС-2 420/15Vк УЗФЭС-Д 420/15к

УЗФЭС-2 600/15Y

УЗФЭС-2 600/15Yк

УЗФЭС-2 800/15Y

УЗФЭС-2 800/15Yк

II

УЗФЭС-2 75/40V

УЗФЭС-2 75/40Vк

УЗФЭС-Д 75/40к

УЗФЭС-2 150/40Y

УЗФЭС-2 150/40Yк

УЗФЭС-2 150/40V

УЗФЭС-2 150/40Vк

УЗФЭС-Д 150/40к

УЗФЭС-2 300/40Y

УЗФЭС-2 300/40Yк

УЗФЭС-2 300/40V

УЗФЭС-2 300/40Vк

УЗФЭС-Д 300/40к

УЗФЭС-2 420/40V УЗФЭС-2 420/40Vк УЗФЭС-Д 420/40к

УЗФЭС-2 600/40V

УЗФЭС-2 600/40Vк

УЗФЭС-2 600/40Y

УЗФЭС-2 600/40Yк

УЗФЭС-Д 600/40к

УЗФЭС-2 800/40Y УЗФЭС-2 800/40Yк

II

УЗФЭС-2 75/80V

УЗФЭС-2 75/80Vк

УЗФЭС-Д 75/80к

УЗФЭС-2 150/80V

УЗФЭС-2 150/80Vк

УЗФЭС-Д 150/80к

УЗФЭС-2 300/80V

УЗФЭС-2 300/80Vк

УЗФЭС-Д 300/80к

УЗФЭС-2 420/80V УЗФЭС-2 420/80Vк УЗФЭС-Д 420/10к

УЗФЭС-3 600/80V

УЗФЭС-3 600/80Vк

УЗФЭС-Д 600/80к

I+II

УЗФЭС-1 75/120Vк

УЗФЭС-1 150/120Vк

УЗФЭС-1 300/120Vк

УЗФЭС-2 420/120Vк

Последнее обновление: 28.11.2018