Как выбрать подходящий SPD для распределительных коробок солнечных батарей

Я до сих пор помню день, когда один-единственный удар молнии уничтожил половину нашей солнечной электростанции.
За десять секунд мы потеряли сорок инверторов, милю кабеля постоянного тока и целый месяц прибыли.

В те времена я выбирал устройства защиты от перенапряжения по названию бренда.
Теперь, после пятнадцати лет работы в этой сфере, я доверяю только трем цифрам — максимальное напряжение постоянного тока, импульсный ток и кривая теплового предохранителя.

Если эти три параметра соответствуют характеристикам вашей солнечной батареи — например, 1000 В постоянного тока, максимальный ток 40 кА и встроенный терморазъединитель — вы сократите количество отказов в полевых условиях на 90% и сохраните финансовую устойчивость вашей сделки по приобретению электроэнергии.

Читайте дальше, и я покажу вам точные цифры, которые я использую, тесты, которые я требую от заводов, и одну ошибку, которая сжигает больше бюджетов, чем сама молния.

Роль устройств защиты от перенапряжения (SPD) в обеспечении безопасности распределительных коробок фотоэлектрических модулей.

Однажды я вскрыл распределительную коробку, которая была намертво заварена в результате обратного тока напряжением 6 кВ.

Краска вспучилась, медная шина сплавилась в единую массу — и объект был отключен на шесть недель.
Страховая компания назвала это «стихийным бедствием». Я назвал это пропажей органа SPD.

Теперь я устанавливаю сетевые фильтры в каждую распределительную коробку.
Они ограничивают скачки напряжения до 1,5 кВ, поддерживают огнестойкость на уровне UL 94 V-0 и позволяют инвертору продолжать продавать электроэнергию, пока бушует гроза.
Это самая дешевая страховка, которую я когда-либо покупал.

Что на самом деле происходит внутри коробки из-за скачка напряжения?

Кабель постоянного тока, по сути, представляет собой антенну на 200 метров.
Когда молния ударяет в пределах двух километров, кабель может зафиксировать импульс напряжения в 4 кВ.
Без устройства защиты от перенапряжения этот импульсный сигнал проходит через держатель предохранителя, расплавляет предохранитель на 15 А и перескакивает на стенку шкафа.
При температуре 6000 °C краска обугливается, и коробка становится источником возгорания.

У меня до сих пор хранятся фотографии с трех мест пожаров, где в отчетах о возгорании указано «электрическая дуга».
После того, как мы добавили SPD к той же конструкции, в следующем отчете было просто сказано: «повреждений нет».

Как подобрать размер SPD к коробке

После многих лет испытаний и неудач я упростил процесс отбора, сведя его к трем основным параметрам:

Системное постоянное напряжение– должно превышать значение Voc при −20 °C.

Номинальный разрядный ток (в дюймах)– 20 кА для умеренного климата, 40 кА для прибрежных зон или зон с высокой интенсивностью гроз.

Уровень защиты от перенапряжения (Вверх)– поддерживать напряжение ниже номинального импульсного напряжения инвертора (обычно 2 кВ).

Вот как эти цифры выглядят на практике:

Я никогда не покупаю SPD без... ток гашения дуги постоянного токауказано в его техническом описании.
Это говорит мне о том, что он может прерывать последующий ток, не дожидаясь срабатывания реле инвертора.
Я также настаиваю на отчет о тестировании среднего штифта— это доказывает, что модуль безопасно выходит из строя под нагрузкой.

Где я его устанавливаю

Я устанавливаю устройство защиты от перенапряжения на ту же DIN-рейку, что и предохранители, сохраняя длину проводов менее 30 см и скручивая пару проводов для подавления индуктивности.
Каждый лишний сантиметр добавляет примерно 10 В при 1 кА/мкс, поэтому 50 см провисания могут превратить клещи на 1,5 кВ в катастрофу при напряжении 2 кВ.

Я добавил рядом с ним небольшой автоматический выключатель на 3 А.
На одном из предприятий в Техасе замена вышедшего из строя устройства SPD теперь занимает менее четырех минут.
Соседний объект по-прежнему нуждается в полном отключении — и теряет три часа дохода от солнечного света.

Объяснение номинальных напряжений постоянного тока и уровней защиты.

Однажды я доверился маркировке SPD "1000 В", не проверив температурный коэффициент.
Эта ошибка вывела из строя два инвертора и обошлась мне дороже, чем моя первая машина.

Теперь я задаю для каждого устройства защиты от перенапряжения (SPD) значение на 20 % выше напряжения холостого хода (Voc) в условиях низких температур и слежу за тем, чтобы напряжение ограничения составляло как минимум на 30 % ниже номинальной импульсной мощности инвертора.
Благодаря этому правилу, состоящему из двух шагов, количество моих гарантийных обращений не превышало нуля на протяжении пяти лет подряд.

Почему содержание летучих органических соединений при −20 °C имеет значение

Напряжение на кремнии повышается на 0,3 % на каждый градус ниже 25 °C.
Строка, показывающая напряжение 950 В при 25 °C, достигает 1090 В при −20 °C.
Если напряжение срабатывания вашего устройства защиты от перенапряжения (SPD) составляет всего 1000 В, оно начнет пропускать ток, перегреваться и выйдет из строя.
Этот урок я усвоил на собственном горьком опыте в Онтарио, где двенадцать модулей отключились за одну ночь.

Как читать Up, Uc и In без докторской степени

Ук– максимальное постоянное напряжение, которое устройство защиты от перенапряжения может выдерживать непрерывно.

Вверх– остаточное напряжение во время скачка напряжения.

В– текущий ток он может выдержать пятнадцать раз без повреждений.

Я пишу эти три цифры на жёлтой наклейке внутри каждой коробки-сборщика.
Любой технический специалист может подтвердить совпадение за считанные секунды.

Скрытая ловушка: длина кабеля после SPD.

Зажим срабатывает на клеммах SPD, но ваш инвертор видит только это, плюс падение напряжения на кабеле.
Однажды я измерил напряжение 1,8 кВ на детекторе потенциалов, но при этом на инверторе, расположенном в 35 метрах от него, оно составило 2,4 кВ.
Теперь я добавляю второй SPD к инвертору всякий раз, когда длина проводки постоянного тока превышает 20 м.
Это стоит около 42 долларов США и позволяет сэкономить 12 000 долларов на инверторе.

Синдром нарушения развития 1-го и 2-го типа – в чем разница?

Однажды поставщик прислал мне детали «Типа 2» для ящика, крепящегося к раме.
Первый удар пришелся по страховому полису, и в отчете было указано «неправильный класс» — в выплате отказано.

Сегодня я использую устройства защиты от перенапряжения типа 1 для коробок, подключенных к молниеотводной раме, и устройства типа 2 для коробок, изолированных на расстоянии более двадцати метров.
Это единственное различие определяет, затихнет ли скачок напряжения снаружи или устремится прямо в комнату, где установлен инвертор.

Тестовая волна, которая действительно имеет значение

Тип 1– протестировано с помощью волны длительностью 10/350 мкс (заряд 25 Кл), имитирует прямое попадание.

Тип 2– протестировано с помощью волны длительностью 8/20 мкс, имитирующей наведенный импульс.

Я вставляю обе осциллограммы в каждый заказ на покупку.
Однажды поставщик попытался продать мне детали «Тип 1+2», указав в описании только тест 8/20 мкс.
Я отказался от партии товара еще до того, как она попала на таможню.

Разница в стоимости в реальных долларах

На площадке мощностью 200 МВт это составляет разницу в 64 000 долларов США, но выход из строя одной цепочки инверторов обходится в 120 000 долларов США.
Мой компромисс: тип 1 на первом комбинированном элементе каждого ряда, тип 2 на остальных.
Это позволяет сэкономить 42% бюджета и при этом удовлетворяет требованиям всех страховщиков.

Как распознать поддельный гибрид

На некоторых этикетках написано «T1+T2», но внутри находится всего лишь варистор на 40 кА 8/20 мкс.
Я всегда проверяю Импи удельная энергия (МДж)значения в технической документации.
Если их нет, я ухожу.
Затем я проверяю номер файла UL 1449 в режиме онлайн, пока продавец еще говорит.

Рекомендации по установке устройств защиты от солнечных перенапряжений

Однажды я поменял местами линию и нагрузку на новом устройстве защиты от перенапряжения и наблюдал, как варистор скачет по всему корпусу.
Взрыв был настолько громким, что охранник уронил свою чашку кофе.

Теперь я подключаю каждый SPD с помощью многожильного медного кабеля сечением 10 AWG, поддерживаю площадь петли менее 5 см² и добавляю автоматический выключатель DIN на 32 А, чтобы бригада могла заменить его на месте в режиме реального времени.
Благодаря этим привычкам среднее время ремонта сократилось всего до восьми минут.

Пошаговую сборку я обучаю каждого ученика.

1Отключите цепь с помощью выключателя постоянного тока и дождитесь, пока напряжение холостого хода (Voc) не станет меньше 50 В.

2Установите устройство защиты от перенапряжения (SPD) рядом с предохранителями, входной контакт сверху.

3Снимайте только 6 мм изоляции — сохраняйте воздушный зазор.

4Затяните с моментом 1,2 Нм — ослабленные винты добавляют 50 °C тепла.

5Добавьте автоматический выключатель на 32 А с соответствующей маркировкой. Изолатор СПДНа английском и испанском языках.

Я фотографирую каждый сустав и загружаю фотографии в нашу облачную папку.
Когда страховые компании запрашивают подтверждение, я отправляю ссылку до обеда.

Приём заземления, который никто не записывает.

Проложите отдельный провод сечением 6 мм² зелено-желтого цвета от заземления устройства индивидуального защитного отключения (SPD) непосредственно к заземляющей шине распределительной коробки.
Никогда не подключайте другие устройства последовательно — это добавит 0,5 Ом и повысит напряжение на измерительном клеще на 500 В при токе 1 кА.
Я подтвердил это с помощью осциллографа с частотой 50 МГц; цифры не врут.

Инструменты, которые я храню в грузовике

После каждого выполненного задания я сканирую QR-код SPD и записываю дату.
Приложение напоминает мне о необходимости перепроверить данные на второй год.
С тех пор, как я начал следовать этому распорядку, у нас было ноль неожиданных сбоев.

Заключение

Выберите подходящий противомоскитный экран один раз, и вы сможете спать во время любой грозы.
Пришлите мне напряжение вашей солнечной батареи и местоположение объекта —
Я подберу для вас именно ту защиту от скачков напряжения, которая вам необходима, до того, как сформируется следующая грозовая туча.