ГлавнаяТехнические статьи и рекомендации инженеров ВЕСТ-ЭЛЗащита при коротком замыкании в гелиоэнергетических установках

Защита при коротком замыкании в гелиоэнергетических установках

Автор: Хайнц-Ульрих Хаас, Руководитель исследований и разработок компании SIBA GmbH

1. Текущая ситуация в области стандартизации

Предохранители в гелиоэнергетических установках, помимо обычных свойств, должны отвечать специфическим критериям, которые должны учитываться по требованиям международного стандарта IEC 60269-6 (DIN EN 60269-6 — VDE 0636-6), а также американского стандарта UL 2579. Оба стандарта относительно недавние, стандарт IEC был опубликован в конце 2010 года, последняя версия стандарта UL — только в 2011 году. По своим требованиям к предохранителям оба стандарта вполне сопоставимы, а наименования класса эксплуатации в них «gPV» даже идентичны. [ 1, 2 ]

В отличие от стандартных предохранителей, срабатывающих только на переменном напряжении, этими стандартами устанавливаются предохранители, которые предусматриваются исключительно для применения в цепях постоянного тока «гелиоэнергетических систем». Они способны отключать типичные короткие замыкания в гелиоэнергетических установках, что означает, что они прерывают аварийные токи установки уже при небольшом превышении своего расчетного тока. Особым требованием в этих стандартах является циклическая прочность. Предохранители, с одной стороны, должны выдерживать экстремальные перепады температур, с другой стороны, успевать за колебаниями нагрузки в широких пределах. Это не только требует специального выполнения плавкого проводника внутри предохранителя, но и ставит соответствующие задачи перед конструкцией предохранителя. В конечном счете, постоянное изменение нагрузки, вызванное частым перемещением облаков, не должно приводить к его срабатыванию.

Впрочем, небольшое различие между обоими стандартами держит в напряжении мир стандартизации: международный стандарт устанавливает, что предохранитель gPV должен отключать 1,45-кратный расчетный ток в течение 1 ч (In ≤ 63 A) при нормальных условиях, в то время как американский стандарт UL указывает 1,35-кратный расчетный ток как референсное значение. По определению, это учитывается и стандартом IEC: в одном из примечаний к нему указывается, что предохранители в практическом применении без проблем отключают 1,35-кратный расчетный ток за время < 2 ч.

31.jpg

Рис. 1. Диапазоны работы и отключения предохранителей gPV по данным IEC и UL.

По европейским нормам разработчиками предохранителей всё же принимается положение о том, чтобы рассматривать 1,35-кратный расчетный ток как референсное значение минимального тока отключения.

Предохранители гелиоэнергетических установок по стандарту UL (и, вполне возможно, будущие предохранители по стандарту IEC) при равном расчетном токе оказываются несколько менее инерционными. Они срабатывают быстрее при том же аварийном токе, что необходимо учитывать при планировании проекта защиты. Рис. 1 иллюстрирует различие.

Более быстрое отключение достигается путем увеличения внутреннего сопротивления предохранителя, что, в свою очередь, приводит к повышению мощности, отдаваемой предохранителями, и к увеличению температуры их корпусов, чего, разумеется, никто не желает для своей установки. Однако и это учитывается в стандартах различными рекомендациями по построению защиты.

2. Это рекомендуется стандартом

Путем практического сопоставления тока срабатывания предохранителя и тока короткого замыкания модуля выбор расчетного тока фазного предохранителя оказывается, собственно говоря, весьма прост. При испытании на устойчивость модуля к обратному току изготовитель модуля определяет максимально возможный расчетный ток, при котором модуль выдерживает без воспламенения нагрузку, соответствующую 135% этого номинального значения в течение 2 часов (DIN EN 61730-2). Если теперь в установке будет использован предохранитель с максимальным расчетным током, гарантируется его отключение при аварийном токе, равном 1,35-кратному расчетному току, за время менее 2 часов. [3]

Зачастую, однако, оптимальная цель защиты может быть достигнута и при меньшем значении расчетного тока. Так, стандарт IEC 60269-6 рекомендует в приложении BB расчет на основе фактического тока короткого замыкания установки. При условии интенсивности излучения 1200 Вт/м-2 и температуры окружающего воздуха 45 °C при 1,4 x ISC, как правило, может быть получен более низкий расчетный ток.

Если речь идет о предохранителях по стандарту UL 2579, то они выбираются в соответствии с Национальными правилами эксплуатации электротехнического оборудования (NEC) при 1,56 x ISC. Тем самым, здесь учитывается и более высокая интенсивность излучения, и более высокая температура окружающего воздуха до 40 °C, а также более низкий ток длительной нагрузки предохранителей UL. Сходной может быть рекомендация в будущем стандарте IEC 60269-6.

Таблица 1. Минимальный расчетный ток фазного предохранителя In по действующему стандарту.

Стандарт Минимальный расчетный ток предохранителя Предохранитель SIBA 10 х 38 мм
IEC 60269-6 In ≥ 1,4 x ISC 50 xxx 26
UL 2579 In ≥ 1,56 x ISC 50 xxx 28

Перед предохранителем панели, наряду с защитой линии, также ставится задача защиты гелиоэнергетического модуля от недопустимого обратного тока. Предохранитель модуля как центральный предохранитель перед входом инвертора предназначается для защиты линий гелиоэнергетической установки. Максимальный расчетный ток предохранителя панели или модуля ориентируется на ток длительной нагрузки линий или кабелей гелиоэнергетической установки (DIN VDE 0100-430). В проектах стандарта IEC 62548 для обоих случаев применения предохранителя рекомендуется расчетный ток, равный от 1,25 до 2,4 x ISC. [4, 5]

Расчетное напряжение предохранителя ориентировано на напряжение холостого хода цепи модуля. В пересчете на минимальную температуру -25 °C оно должно составлять не менее 1,2-кратного напряжения холостого хода UVO STC.

3. Это рекомендуется компанией SIBA

В статье SIBA «Всего 4 шага до подходящего предохранителя гелиоэнергетической установки», ввиду отсутствия рекомендации в стандарте 2009 года, представлена пространная схема расчета величины расчетного напряжения и расчетного тока предохранителей. Были включены все параметры, оказывающие влияние на расчет предохранителя и, с небольшим изменением, эта схема была внедрена в практику. [6]

32.jpg

Определение расчетного напряжения предохранителя Un

33.jpg

Определение расчетного тока предохранителя In

4. Зачем, собственно, предохранители гелиоэнергетической установке?

Правильно рассчитанный предохранитель защищает ценную гелиоэнергетическую установку. Долгие годы следит он за узлами установки, не требуя при этом никакого текущего ремонта. И он различает: возникает короткое замыкание, он срабатывает… , если же, напротив, облачность не проходит, он остается наготове.

«Состарился» ли кабель или имеются повреждения модулей и возникают электрические дуги? Никаких проблем, в своей зоне защиты он обеспечивает быстрое отсоединение неисправной части установки.

5. Ассортимент моделей предохранителей gPV компании SIBA

Предохранители по стандарту IEC 60269-6 для международного применения / Предохранители с американским сертификатом UL.

Таблица 2.

34.png

Таблица 3.

35.jpg

6. Литература

  1. DIN EN 60269-6 (VDE 0636-6): 2011-11 Niederspannungssicherungen – Teil 6: Zusätzliche Anforderungen an Sicherungseinsätze für den Schutz von solaren photovoltaischen Energieerzeugungssystemen (IEC 60269-6:2010 + Corrigendum Dez.2010); Deutsche Fassung EN 60269-6:201
  2. UL 2579 Low-voltage fuses – Fuses for photovoltaic systems; Outline of Investigation, Issue No: 8, June 6, 2011
  3. DIN EN 61730-2 (VDE 0126-30-2):2007-10; Photovoltaik(PV)-Module – Sicherheitsqualifikation – Teil 2: Anforderung an die Prüfung (IEC 61730-2:2004, modifiziert); Deutsche Fassung EN 61730-2:2007
  4. IEC 62548 Design requirements for photovoltaic (PV) arrays (noch 82/646/CDV:2011-04)
  5. DIN VDE 0100-430 Errichten von Niederspannungsanlagen, Teil 4-43: Schutzmaßnahmen – Schutz bei Überstrom, (IEC 60364-4-43: 2008 modifiziert + Corrigendum Okt. 2008, Deutsche Übernahme HD 60364-4-43: 2010)
  6. fuse.on Nur 4 Schritte zur passenden PV-Sicherung, Ausgabe 01/2009, www.siba.de