Apsaugos nuo viršįtampių funkcija

Viršįtampio apsaugos funkcija – apsaugoti saulės jėgainės elektrinę instaliacinę įrangą (saulės modulius, kabelius, inverterį, bei kitus sistemos saugumo ir instaliacijos elementus) nuo impulsinių įtampos padidėjimų (šuolių), kurie, savo ruoštų, saulės elektrinės sistemoje gali kilti dėl tiesioginės ar netiesioginės žaibų įtakos. Apsaugos reikalingos tam, kad ribotų impulsinį įtampos padidėjimą ir nukreiptų viršįtampines sroves į masę [1],[2],[3].

Elektrinės sistemos komponentai yra sukurti darbui su tam tikrais įtampos ir srovės dydžiais. Saulės elektrinių atveju - darbui iki 1500VDC ir atitinkamai jėgainės galiai priskirtos maksimalios srovės. Impulsiniai įtampos padidėjimai, priklausomai nuo žaibo išlydžio intensyvumo ir kabelio ilgio [2], momentiškai pakelia elektrinės sistemos įtampą, šitokiu būdu peržengdama tiek maksimalias komponentų įtampos, tiek srovės ribas. Įtampos šuolio susidarymo lokacija gali būti tiek pastoviosios elektros energijos generavimo pusėje (DC pusė – nuo saulės modulių iki inverterio), tiek kintamosios (AC pusė – nuo inverterio iki elektros tinklo), priklausomai nuo sukelėjo (šaltinio) epicentro vietos [2],[4].

Nepaisymas impulsinių įtampos šuolių, gali privesti prie: [2],[4],[5],[6]

• Saulės modulių defektų.
• Kabelių izoliacijos arba jungčių pažeidimų.
• Inverterio defektų, kieno pasekoje - saulės elektrinės tapimo neveiksnia.
• Apsauginių sistemos komponentų defektų, po kurių padidėja rizika visam sistemos saugumui.

Viršįtampių apsaugos klasifikacija

• I tipo (B kategorija) viršįtampių apsauga naudojama nuo tiesioginio žaibo išlydžio, kuris charakterizuojamas kaip 10/350 μs srovės banga. 10/350 μs reiškia, jog per 10 mikro sekundžių susidarys maksimali viršįtampio srovė, kuri išlaikys bent 50% savo vertės 350 mikro sekundžių laiko tarpe [2],[3],[7].
• II tipo (C kategorija) viršįtampių apsauga naudojama nuo netiesioginių žaibo išlydžių, kurie charakterizuojami kaip 8/20 μs srovės bangos. Įprastose saulės elektrinės sistemose šis tipas pasitaiko dažniausiai [2],[3],[7].
• III tipo (D kategorija) viršįtampiai naudojami šalia smulkesnės įtampai jautrios elektrinės technikos [2],[3],[7].

Instaliacija

Viršįtampių apsaugos įrenginiai turėtų būti montuojami šalia įrangos, kurią jie turi apsaugoti nuo įtampos šuolių [2]. Įtampos padidėjimo amplitudė yra tiesiogiai proporcinga elektrinės sistemos induktyvumui, kuris, didėjant kabelio ilgiui, atitinkamai auga. Būtent dėl šios priežasties rekomenduojama, turint paskirstymo skydelius didesniu negu 10 m. atstumu nuo saulės modulių, integruoti papildomą viršįtampio apsaugą [1],[2],[11]. Šiuolaikiniuose saulės elektrinių inverteriuose paprastai būna tiek DC, tiek AC pusėje implementuotos vidinės II arba III tipo viršįtampių apsaugos. Pagal gamintojus, inverteriuose suprojektuotų viršįtampio apsaugų pakanka užtikrinti minimaliai apsaugai nuo įtampos šuolių 10 metrų atstumu. Visgi teoriniai tyrimai rodo, jog tai ne visada tiesa [2],[11].

Esant intensyvesniam žaibo išlydžiui, tikėtina, jog inverteryje sumontuoti viršįtampiai dėl perkrovos praras funkcionalumą, o tai reiškia, kad inverteris taps neveiksniu ir automatiškai kartu su tuo – visa sistema nustos veikti. Inverterio pakeitimas ir remontas paprastai gali užtrukti nemažai laiko, o savarankiškas įrangos tvarkymas automatiškai reikštų duodamos garantijos nutraukimą. Visgi praktikoje pasitaiko, tiek dėl pastarųjų priežasčių, tiek dėl papildomo saugumo ir sistemos ilgaamžiškumo, papildomos DC ir AC viršįtampių apsaugos šalia inverterio. Papildomos viršįtampių apsaugos, esant didesnio pajėgumo įtampos svyravimams, apsaugos vidinius inverterio viršįtampių apsaugos elementus, perimdami dalį krūvio patys. Papildomai sumontuotų apsaugų nuo įtampos šuolių pakeitimas, gedimo atveju – lengvas, greitas ir praktiškai, lyginant su scenariju be jų, nereikalaujantis papildomų laiko ir finansinių resursų, kas užtikrina stabilų ir patikimą sistemos veikimą ilgoj perspektyvoj.

Statistika

Statistiškai, 2021 metų duomenimis, Lietuvos teritorijoje buvo užfiksuoti 123 tūkst. žaibo išlydžiai, iš kurių 97% pasitaikė vasaros metu. Priklausomai nuo regiono, vienam kvadratiniam kilometrui vidutiniškai per metus tenka 1-5 žaibo išlydžiai [8].

Vokietijoje taip pat vienam kvadratiniam kilometrui, priklausomai nuo regiono, tenka iki 5 žaibo išlydžių [9]. Remiantis Vokietijos draudimo bendrovių pastarųjų dešimtmečių duomenimis, nuo 28% iki 32,6% visų saulės elektrinių gedimų atvejų yra sukeliami dėl tiesioginių arba netiesioginių žaibo išlydžių [10]. Pietinės Afrikos dalyje žaibų išlydžiai sudaro apie 31,2% visų defektų [2], kai tuo tarpu Japonijoje, netiesioginė žaibų išlydžių įtaka sudaro apie 24,8% [5]. Statistika akivaizdžiai teigia, jog potencialių gedimų mąstas dėl žaibų išlydžių yra per didelis, jog būtų nepaisomas. Papildomos apsaugos nuo žaibų išlydžių sukeltų įtampos šuolių, ženkliai padidina ne tik saulės elektrinės stabilaus veikimo, bet ir saugumo bei ilgaamžiškumo tikimybę.

Literatūra

[1] „https://www.electrical-installation.org/enwiki/SPD_for_photovoltaic_applications“

[2] „Analysis of Lightning-Induced Voltages Effect with SPD Placement for Sustainable Operation in Hybrid    Solar PV-Battery Energy Storage System“

[3]  „https://lsp.global/how-does-surge-protection-work/“

[4] „Design and Implementation of Surge Protective Device for Solar Panels“

[5] „Overvoltage in Solar Power System Due to Nearby Lightnings“

[6] „Analysis of Indirect Lightning Phenomena On Solar Power System“

[7] „https://www.electrical-installation.org/enwiki/The_Surge_Protection_Device_(SPD)“

[8]„http://www.meteo.lt/en/web/guest/news/-/asset_publisher/RrOmWx3nFPCR/content/2022-01-05-kur-ir-kada-2021-metais-lietuvoje-zaibavo-daugiausiai-?inheritRedirect=false“ 

[9]„https://de.statista.com/statistik/daten/studie/1636/umfrage/durchschnittliche-anzahl-von-blitzeinschlaegen/“ 

[10] „Lightning and Surge Protection of SSEG Installations 2018“

[11] „On the Effect of Surge Protection Devices (SPDs) Placement for Grid-connected Solar PV Farm“

Informaciją kopijuoti ir platinti be UAB "SPgrupe"  sutikimo griežtai draudžiama! | © statybapigiau.lt 2022