Защита электромобилей и солнечной системы от скачков напряжения

Системы зарядки электромобилей и установки солнечных фотоэлектрических систем сталкиваются с профилем риска перенапряжения, чем обычные электрические нагрузки. Двунаправленный поток мощности, частое преобразование постоянного тока и электроника плотной мощности делают эти системы чувствительными как к внешним возмущениям сети, так и к внутренним генерируемым переходным процессам. Эффективная защита зависит от скоординированного многоуровневого использования устройства защиты от перенапряжения в зонах постоянного и переменного тока, а не от одной точки защиты.

Почему EV & Solar Systems сталкиваются с более высоким риском всплеска

Солнечные фотоэлектрические системы находятся на стороне постоянного тока так, как большинство электроустановок не выставлено. Длинные струнные кабели действуют как антенны для быстрого перенапряжения, в то время как высокое рабочее напряжение постоянного тока уменьшает запас погрешности при возникновении переходных напряжений. Даже без прямого поражения молнии индуцированные и связанные с переключения всплески могут достигать повреждающего уровня.

Инверторы находятся в центре этого риска. Они непрерывно переключаются между входом постоянного тока и выходом переменного тока с помощью полупроводниковых силовых полупроводников. Эти устройства эффективны, но неумолимы. Повторяющиеся всплески напряжения ускоряют износ изоляции, деградируют полупроводниковые соединения и сокращают срок службы до того, как произойдет катастрофический сбой.

Зарядные устройства для электромобилей добавляют еще один уровень уязвимости. С точки зрения сетки зарядное устройство для электромобилей не является пассивной нагрузкой. Это система преобразования мощности с контролируемыми выпрямительами, конденсаторами линий постоянного тока, логикой управления и интерфейсами связи. События переключения сети, сбои в коммунальных условиях или близлежащие операции с большой нагрузкой могут вводить помехи, которые распространяются непосредственно на эти чувствительные стадии.

Важно отметить, что многие разрушительные события не являются драматическими. Рутинное переключение, вовлечение в банк конденсаторов или коммутация инвертора могут вызывать скачки, которые накапливают стресс с течением времени. Это напоминание имеет значение, потому что стратегии защиты должны учитывать частые умеренные переходные процессы, а не только редкие крайности.

Стратегия защиты от перенапряжения для солнечных фотоэлектрических систем

Защита от перенапряжения в солнечных установках должна подходить к системным зонам, а не к отдельным компонентам. Каждая зона имеет свой профиль воздействия и требует определенной роли защиты.

Защита со стороны постоянного тока между струнами PV и инвертором

Сторона постоянного тока фотоэлектрической системы постоянно подпитывается в дневное время и часто работает при сотен или тысячах вольт. Правильно выбранный SPD постоянного тока, установленный между PV-массой и инвертором, обеспечивает управляемый путь для переходной энергии для отклонения от инверторных входов.

Ключевые моменты, на которые следует обратить внимание:

• Цепи постоянного тока имеют устойчивое напряжение, поэтому SPD должен быть разработан специально для поведения постоянного тока.
  
• Длина кабеля и маршрутизация увеличивают воздействие индуцированных переходных процессов.
  
• Защита вблизи инвертора ограничивает остаточное напряжение, которое достигает чувствительной электроники.
  

A Устройство защиты от перенапряжения Для схем солнечной панели речь идет не о остановке скачков, а в ограничении напряжения до уровня, который инвертор может постоянно терпеть.

Защита со стороны переменного тока на выходе инвертора

После преобразования мощности в переменный ток выход инвертора становится подверженным воздействию, создаваемым сетями. Переключение событий в восходящем направлении, сбои в коммунальных службах или близлежащие промышленные нагрузки могут привести к скачкам, которые возвращаются к инвертору.

SPD переменного тока, установленный на выходе инвертора или главном интерфейсе распределения, служит для задержки этих перенапряжений, прежде чем они напрягают выходной каскад инвертора и внутреннюю связь постоянного тока. Это особенно важно в системах с привязкой к сети, где мощность течет в обоих направлениях в зависимости от условий эксплуатации.

Почему важна координация между DC и AC SPDS

Устройства со стороны постоянного тока и со стороны переменного тока не работают независимо друг от друга. Плохая координация может привести к неравномерному распределению энергии, чрезмерным нагрузкам на одно устройство или повышенному остаточным напряжениям, достигающим инвертора.

Хорошая координация обеспечивает:

• SPD-сбоку постоянного тока управляет переходными процессами, с помощью которых происходит преобразование в массив.
  
• SPD со стороны переменного тока обрабатывает нарушения, спровоцированные сеткой.
  
• Остаточные напряжения постепенно снижаются по мере распространения всплеска через систему.
  

Роль устройства защиты от перенапряжения типа 2 в солнечных установках

В большинстве фиксированных фотоэлектрических устройств устройство защиты от перенапряжения типа 2 подходит как для местоположений постоянного тока, так и для переменного тока. Эти устройства предназначены для обработки повторяющейся энергии переходной энергии, связанной с коммутацией и эффектами косвенной молнии, не требующей экстремальной разрядной емкости, зарезервированной для сценариев служебного входа.

Почему Type 3 используется только для электроники

Устройства типа 3 предназначены для остаточных выбросов с низкой энергией и никогда не должны устанавливаться в качестве единственной меры защиты. В солнечных системах они могут использоваться ниже по течению для защиты электроники мониторинга или коммуникаций, но только тогда, когда защита восходящего потока уже ограничивает энергию накачивания.

Стратегия защиты от перенапряжения для систем зарядки электромобилей

Системы зарядки электромобилей должны анализироваться с точки зрения потока мощности, начиная с подключения сети и заканчивая интерфейсом автомобиля.

Сетка на распределительную панель к зарядному устройству EV

Скачки обычно поступают через питание переменного тока. SPD переменного тока на распределительной панели, питающей зарядное устройство EV, снижает амплитуду входящих переходных процессов. Это первый слой защиты, особенно важен, когда зарядные устройства подключаются к длинным цепям подачи или наружному оборудованию.

Чувствительность внутренней электроники

Внутри зарядного устройства переменный ток выпрямляется в DC, обрабатывается через каскады постоянного тока и регулируется высокоскоростными коммутационными устройствами. Эти стадии чувствительны к перенапряжению, особенно к повторяющимся всплескам, которые со временем разрушают конденсаторы и полупроводники.

Без ограничения напряжения, вызываемого восходящим напряжением, внутренние компоненты вынуждены снимать напряжение, с которым они никогда не были рассчитаны.

Экспозиция связи и управления

Современные зарядные устройства EV включают интерфейсы связи для управления нагрузкой, биллинга и координации транспортных средств. Эти низковольтные схемы очень восприимчивы к остаточным всплескам, проходящим через ступень мощности.

Устройства типа 3 могут использоваться внутри или на интерфейсах цепей управления для ограничения этих остаточных напряжений, но они полностью зависят от защиты от восходящего потока для правильной работы.

Когда 2 тип является обязательным

В большинстве установок для зарядки электромобилей, особенно в коммерческих и автопарковых условиях, Устройство защиты от перенапряжения типа 2 Единицы питания на панелях питания не являются обязательными. Сочетание частого переключения, высокого использования и критического времени безотказной работы требует предсказуемого ограничения на всплеск.

Разница в жилых, коммерческих и автопарках

Жилые зарядные устройства часто делят панели с другими домашними нагрузками, что увеличивает воздействие внутренних переходных процессов. Коммерческие установки сталкиваются с более высокими токами разлома и взаимодействием сети. Зарядка флота вводит одновременное переключение нагрузки на несколько зарядных устройств, увеличивая внутреннюю потерю. Каждый контекст усиливает необходимость координированной защиты на уровне панели, а не только местной электроники.

Координация SPD AC и DC в гибридных системах

Гибридные системы, сочетающие генерацию фотоэлектрических систем, накопление энергии и зарядку электромобилей, представляют собой уникальные проблемы с координацией.

SPD AC и SPD DC не взаимозаменяемы. Цепи постоянного тока постоянно поддерживают напряжение, в то время как цепи переменного тока проходят через нулевые пересечения. Устройства, предназначенные для одной среды, могут преждевременно выйти из строя или вторым образом вести себя непредсказуемо.

Энергия всплеска также распространяется по-разному. В цепях постоянного тока энергия может сохраняться дольше, увеличивая тепловую нагрузку на компоненты. В системах переменного тока энергия распределяется по фазам и периодически прерывается пересекающимися нулевыми формами.

Неправильная координация часто приводит к тому, что одно устройство поглощает больше энергии, чем предполагалось. Это приводит к преждевременной деградации и ложной уверенности в защите системы. Ограничение прогрессивного напряжения решает это, гарантируя, что каждая ступень SPD постепенно снижает амплитуду всплеска, а не заставляет одно устройство выполнять всю работу.

В гибридных системах это означает:

• SPD DC управляют массивами и помехами на стороне батареи.
  
• SPD AC управляют сеткой и нагрузкой.
  
• Нисходящие устройства обрабатывают только остатки с низким энергопотреблением.
  

Заземление, связь и производительность прилива (некод, практическое)

Качество заземления напрямую влияет на то, насколько хорошо работает любое устройство защиты от перенапряжения. СПД не устраняет энергию всплеска. оно отвлекает его. Если путь отвода имеет высокий импеданс, напряжение повышается в других частях системы.

Плохое соединение между корпусами оборудования, монтажными конструкциями и проводниками заземления создает неравномерный потенциал во время скачки. Это неравномерное нагрузка на изоляцию и электронные интерфейсы, даже при наличии SPD.

В практической форме:

• Короткие, прямые соединения заземления улучшают время отклика.
  
• Последовательная связь снижает дифференциальные напряжения между компонентами системы.
  
• SPD не компенсируют плохо спроектированные пути заземления.
  

Сосредоточение внимания на заземлении в рамках проектирования системы, а не как второстепенной, повышает эффективность каждого защитного слоя.

Сравнительная таблица

Распространенные ошибки в дизайне в защите электромобилей и солнечной энергии

Одна частая ошибка заключается в том, что вы используете один SPD для защиты всей системы. Этот подход игнорирует то, как энергия накачивания распределяется по разным проводникам и напряжениям.

Другая проблема заключается в пренебрежении защитой на стороне постоянного тока в фотоэлектрических системах. Защита только выхода переменного тока оставляет инвертора воздействию переходных процессов, создаваемых массивом, которые никогда не достигают интерфейса сети.

Обработка зарядных устройств EV как простых нагрузок также проблематична. Зарядные устройства активно формируют поток энергии и генерируют внутренние нарушения коммутации, требующие ограничения напряжения в предыдущем направлении.

Наконец, установка устройств Type 3 без защиты выше по течению дает ложное ощущение безопасности. Эти устройства не предназначены для обработки первичной энергии всплеска и быстро деградируют при неправильном применении.

Долгосрочные соображения надежности и технического обслуживания

СДП постепенно деградируют. Каждое событие всплеска немного снижает их способность отводить энергию. Эта деградация является нормальной и предсказуемой, но только в том случае, если она признается при планировании системы.

Ожидается, что электромобили и солнечные установки будут работать десятилетиями. Стратегии защиты должны включать интервалы проверки, мониторинг состояния и планируемую замену, основанную на уровне воздействия, а не в ожидании сбоя.

Предсказуемая защита поддерживает предсказуемое время работы. Это имеет большее значение при зарядке электромобилей и генерации солнечной энергии, чем во многих других электрических приложениях, поскольку простои напрямую влияют на доступность энергии и оперативное планирование.

Заключение

Системы зарядки электромобилей и солнечные фотоэлектрические установки требуют координированных стратегий защиты от перенапряжения, которые отражают топологию их системы и операционное поведение. Эффективное использование устройства защиты от перенапряжения зависит от правильного размещения, координации между средами переменного и постоянного тока, а также реалистичных ожиданий относительно производительности с течением времени.

Защита в этих системах не в абсолютной профилактике. Речь идет о контроле риска, ограничении нагрузки на чувствительную электронику и поддержке долгосрочной надежности за счет продуманного проектирования системы.

Вопросы и ответы