Bảo vệ EV & Hệ thống năng lượng mặt trời của bạn khỏi sự tăng điện

Hệ thống sạc xe điện và lắp đặt điện mặt trời phải đối mặt với rủi ro tăng đột biến khác với tải điện thông thường. Dòng điện hai chiều, chuyển đổi DC – AC thường xuyên và các thiết bị điện tử công suất dày đặc làm cho các hệ thống này nhạy cảm với cả nhiễu loạn lưới điện bên ngoài và quá độ được tạo ra bên trong. Bảo vệ hiệu quả phụ thuộc vào việc phối hợp, sử dụng thiết bị bảo vệ đột biến trên các vùng DC và AC, không phụ thuộc vào một điểm phòng thủ duy nhất.

Tại sao EV & hệ thống năng lượng mặt trời phải đối mặt với nguy cơ tăng cao hơn

Hệ thống điện mặt trời được tiếp xúc ở phía DC theo cách mà hầu hết các lắp đặt điện không. Cáp dây PV dài hoạt động như ăng-ten cho quá áp tăng nhanh, trong khi điện áp hoạt động DC cao làm giảm biên độ sai số khi ứng suất thoáng qua xuất hiện. Ngay cả khi không có sự tham gia trực tiếp của sét, các dòng chảy liên quan đến chuyển mạch và gây ra có thể đạt đến mức độ gây hại.

Biến tần ngồi ở trung tâm của rủi ro này. Chúng liên tục chuyển đổi giữa đầu vào DC và đầu ra AC bằng cách sử dụng chất bán dẫn công suất cao tần số. Những thiết bị này hiệu quả nhưng không thể tha thứ. Sự gia tăng điện áp lặp đi lặp lại tăng tốc độ mòn cách điện, làm suy giảm các mối nối bán dẫn và rút ngắn tuổi thọ của dịch vụ rất lâu trước khi xảy ra sự cố thảm khốc.

Bộ sạc EV thêm một lớp lỗ hổng khác. Từ quan điểm của lưới điện, bộ sạc EV không phải là tải thụ động. Nó là một hệ thống chuyển đổi công suất được kiểm soát với các bộ chỉnh lưu, tụ điện liên kết DC, logic điều khiển và giao diện truyền thông. Các sự kiện chuyển mạch lưới, lỗi tiện ích hoặc các hoạt động tải lớn gần đó có thể đưa các nhiễu truyền trực tiếp vào các giai đoạn nhạy cảm này.

Điều quan trọng, nhiều sự kiện gây tổn hại không phải là kịch tính. Chuyển mạch thường xuyên, sự tham gia của ngân hàng tụ điện hoặc giao hoán biến tần có thể tạo ra sự gia tăng căng thẳng tích tụ theo thời gian. Lời nhắc nhở này quan trọng bởi vì các chiến lược bảo vệ phải giải quyết tình trạng chuyển tiếp thường xuyên, vừa phải, không chỉ là những thái cực hiếm gặp.

Chiến lược bảo vệ chống sét lan truyền cho hệ thống điện mặt trời

Bảo vệ chống sét lan truyền trong lắp đặt năng lượng mặt trời nên được tiếp cận bởi các khu hệ thống hơn là các thành phần riêng lẻ. Mỗi khu vực có một hồ sơ phơi nhiễm khác nhau và yêu cầu một vai trò bảo vệ cụ thể.

Bảo vệ phía DC giữa dây PV và biến tần

Mặt DC của hệ thống PV được cấp điện liên tục vào ban ngày và thường hoạt động ở mức hàng trăm hoặc hàng nghìn vôn. Một DC SPD được chọn đúng cách được lắp đặt giữa mảng PV và biến tần cung cấp một đường dẫn năng lượng tạm thời để chuyển hướng khỏi các đầu vào biến tần.

Những điểm chính cần xem xét:

• Mạch điện một chiều có điện áp duy trì, vì vậy SPD phải được thiết kế đặc biệt cho hành vi DC.
  
• Chiều dài cáp và định tuyến làm tăng khả năng tiếp xúc với các quá độ cảm ứng.
  
• Bảo vệ gần biến tần giới hạn điện áp dư đến các thiết bị điện tử nhạy cảm.
  

nốt thứ sáu trong Thiết bị bảo vệ chống sét Đối với các mạch bảng điều khiển năng lượng mặt trời không phải là dừng dòng điện mà là giới hạn điện áp ở mức ở mức mà biến tần có thể chịu đựng được nhiều lần.

Bảo vệ phía AC ở đầu ra biến tần

Khi nguồn điện được chuyển đổi thành AC, đầu ra biến tần sẽ tiếp xúc với các nhiễu có nguồn gốc lưới. Sự kiện chuyển đổi ngược dòng, lỗi tiện ích hoặc tải công nghiệp gần đó có thể tạo ra sự gia tăng quay trở lại biến tần.

Một SPD AC được cài đặt ở đầu ra biến tần hoặc giao diện phân phối chính phục vụ để kẹp các điện áp quá áp này trước khi chúng nhấn mạnh giai đoạn đầu ra của biến tần và liên kết DC bên trong. Điều này đặc biệt quan trọng trong các hệ thống nối lưới nơi điện chạy cả hai hướng tùy thuộc vào điều kiện hoạt động.

Tại sao sự phối hợp giữa DC và AC SPD lại quan trọng

Các thiết bị DC-side và AC-side không hoạt động độc lập. Sự phối hợp kém có thể dẫn đến việc chia sẻ năng lượng không đồng đều, căng thẳng quá mức trên một thiết bị hoặc điện áp dư cao đến biến tần.

Phối hợp tốt đảm bảo:

• SPD bên DC quản lý quá độ có nguồn gốc từ mảng.
  
• SPD bên AC xử lý các nhiễu có nguồn gốc lưới.
  
• Điện áp dư giảm dần khi các dòng điện truyền qua hệ thống.
  

Vai trò của thiết bị bảo vệ chống sét loại 2 trong lắp đặt năng lượng mặt trời

Trong hầu hết các lắp đặt PV cố định, thiết bị bảo vệ đột biến loại 2 thích hợp cho cả vị trí DC và AC. Các thiết bị này được thiết kế để xử lý năng lượng thoáng qua lặp đi lặp lại liên quan đến chuyển mạch và hiệu ứng sét gián tiếp mà không yêu cầu công suất xả cực lớn dành riêng cho các tình huống lối vào dịch vụ.

Tại sao loại 3 chỉ được sử dụng ở hạ lưu cho thiết bị điện tử

Các thiết bị loại 3 được thiết kế cho các dòng dư năng lượng thấp và không bao giờ được lắp đặt như một biện pháp bảo vệ duy nhất. Trong hệ thống năng lượng mặt trời, chúng có thể được sử dụng ở hạ nguồn để bảo vệ các thiết bị điện tử hoặc giao diện truyền thông giám sát, nhưng chỉ khi bảo vệ thượng nguồn đã hạn chế năng lượng tăng đột biến.

Chiến lược bảo vệ chống sét lan truyền cho hệ thống sạc EV

Hệ thống sạc EV nên được phân tích từ góc độ dòng điện, bắt đầu từ kết nối lưới và kết thúc ở giao diện xe.

Lưới đến bảng phân phối đến bộ sạc EV

Các dòng chảy thường đi vào thông qua nguồn cung cấp AC. Một SPD AC tại bảng phân phối cung cấp bộ sạc EV làm giảm biên độ của các quá độ đến. Đây là lớp phòng thủ đầu tiên và đặc biệt quan trọng khi bộ sạc được kết nối với bộ nạp lâu hoặc thiết bị ngoài trời.

Điện tử nội bộ độ nhạy

Bên trong bộ sạc, AC được chỉnh sửa thành DC, được xử lý thông qua các giai đoạn liên kết DC và được điều chỉnh bởi các thiết bị chuyển mạch tốc độ cao. Các giai đoạn này nhạy cảm với quá áp, đặc biệt là các gai lặp đi lặp lại làm suy giảm các tụ điện và chất bán dẫn theo thời gian.

Nếu không giới hạn điện áp ngược dòng, các thành phần bên trong buộc phải hấp thụ ứng suất mà chúng không bao giờ được thiết kế để xử lý.

Tiếp xúc mạch điều khiển và truyền thông

Bộ sạc EV hiện đại bao gồm các giao diện truyền thông để quản lý tải, thanh toán và điều phối xe. Các mạch điện áp thấp này rất dễ bị tăng dư lượng đi qua các giai đoạn công suất.

Các thiết bị loại 3 có thể được sử dụng bên trong hoặc tại các giao diện mạch điều khiển để hạn chế các điện áp dư này, nhưng chúng phụ thuộc hoàn toàn vào bảo vệ ngược dòng để hoạt động chính xác.

Khi loại 2 là bắt buộc

Trong hầu hết các cài đặt sạc EV, đặc biệt là môi trường thương mại và đội tàu, Thiết bị bảo vệ chống sét loại 2 Các đơn vị tại bảng cung cấp không phải là tùy chọn. Sự kết hợp của việc chuyển đổi thường xuyên, sử dụng cao và thời gian hoạt động quan trọng đòi hỏi giới hạn tăng đột biến có thể dự đoán được.

Sự khác biệt về khu dân cư, thương mại và đội tàu

Bộ sạc dân dụng thường dùng chung bảng với các tải khác trong gia đình, tăng khả năng tiếp xúc với chuyển mạch bên trong. Các cài đặt thương mại phải đối mặt với dòng điện lỗi cao hơn và tương tác lưới điện. Sạc đội xe giới thiệu việc chuyển đổi tải đồng thời qua nhiều bộ sạc, làm tăng các nhiễu được tạo ra bên trong. Mỗi bối cảnh củng cố nhu cầu bảo vệ cấp điều khiển, phối hợp hơn là chỉ dựa vào điện tử địa phương.

Phối hợp AC và DC SPD trong hệ thống lai

Hệ thống kết hợp kết hợp tạo PV, lưu trữ năng lượng và sạc EV là những thách thức phối hợp độc đáo.

AC SPD và DC SPD không thể thay thế cho nhau. Mạch điện một chiều duy trì điện áp liên tục, trong khi mạch xoay chiều đi qua các điểm cắt bằng không. Các thiết bị được thiết kế cho một môi trường có thể thất bại sớm hoặc hoạt động không thể đoán trước được ở môi trường kia.

Năng lượng tăng cũng truyền khác nhau. Trong mạch điện một chiều, năng lượng có thể tồn tại lâu hơn, làm tăng ứng suất nhiệt lên các thành phần. Trong hệ thống AC, năng lượng được phân phối qua các pha và bị gián đoạn định kỳ bởi các giao cắt bằng 0 dạng sóng.

Sự phối hợp không đúng cách thường dẫn đến một thiết bị hấp thụ nhiều năng lượng hơn dự định. Điều này dẫn đến sự suy thoái sớm và sự tự tin sai lầm trong việc bảo vệ hệ thống. Giới hạn điện áp tiến bộ giải quyết vấn đề này bằng cách đảm bảo mỗi giai đoạn SPD giảm từng bước một mức tăng đột biến, thay vì buộc một thiết bị duy nhất thực hiện tất cả công việc.

Trong hệ thống lai, điều này có nghĩa là:

• DC SPDs quản lý các nhiễu mảng và bên pin.
  
• AC SPDs quản lý các nhiễu loạn tải và lưới.
  
• Các thiết bị hạ lưu chỉ xử lý phần dư năng lượng thấp.
  

Tiếp đất, liên kết và hiệu suất tăng (không mã, thực tế)

Chất lượng nối đất ảnh hưởng trực tiếp đến mức độ hoạt động của bất kỳ thiết bị chống sét lan truyền nào. SPD không loại bỏ năng lượng tăng đột biến. nó làm chuyển hướng nó. Nếu đường dẫn chuyển hướng có trở kháng cao, điện áp sẽ tăng ở những nơi khác trong hệ thống.

Liên kết kém giữa các vỏ thiết bị, cấu trúc lắp và dây dẫn nối đất tạo ra tiềm năng không đồng đều trong một sự kiện đột biến. Điều này không đồng đều ứng suất cách điện và giao diện điện tử, ngay cả khi có SPD.

Về mặt thực tế:

• Các kết nối nối đất ngắn, thẳng cải thiện thời gian phản hồi.
  
• Liên kết nhất quán làm giảm điện áp vi sai giữa các thành phần hệ thống.
  
• SPD không thể bù cho các đường nối đất được thiết kế kém.
  

Tập trung vào việc nối đất như một phần của thiết kế hệ thống, không phải là suy nghĩ sau, cải thiện hiệu quả của mọi lớp bảo vệ.

bảng so sánh

Những sai lầm thiết kế phổ biến trong bảo vệ chống sét lan truyền EV & năng lượng mặt trời

Một sai lầm thường xuyên là dựa vào một SPD duy nhất để bảo vệ toàn bộ hệ thống. Cách tiếp cận này bỏ qua cách năng lượng tăng đột biến tự phân phối qua các dây dẫn và điện áp khác nhau.

Một vấn đề khác là bỏ qua bảo vệ phía DC trong hệ thống PV. Chỉ bảo vệ đầu ra AC để lại biến tần tiếp xúc với quá độ có nguồn gốc mảng không bao giờ đến được giao diện lưới.

Việc coi bộ sạc EV như tải đơn giản cũng có vấn đề. Bộ sạc chủ động định hình dòng điện và tạo ra nhiễu chuyển mạch bên trong yêu cầu giới hạn điện áp ngược dòng.

Cuối cùng, cài đặt các thiết bị loại 3 không có bảo vệ ngược dòng mang lại cảm giác an toàn sai lầm. Các thiết bị này không được thiết kế để xử lý năng lượng đột biến chính và sẽ xuống cấp nhanh chóng khi áp dụng sai.

Độ tin cậy và cân nhắc bảo trì lâu dài

SPDs xuống cấp dần dần. Mỗi sự kiện đột biến làm giảm nhẹ khả năng chuyển hướng năng lượng của chúng. Sự suy thoái này là bình thường và có thể dự đoán được, nhưng chỉ khi được thừa nhận trong quá trình lập kế hoạch hệ thống.

EV và các hệ thống lắp đặt năng lượng mặt trời dự kiến sẽ hoạt động trong nhiều thập kỷ. Các chiến lược bảo vệ nên bao gồm khoảng thời gian kiểm tra, giám sát tình trạng và thay thế theo kế hoạch dựa trên mức độ phơi nhiễm thay vì chờ đợi sự cố.

Bảo vệ có thể dự đoán hỗ trợ thời gian hoạt động có thể dự đoán được. Điều này quan trọng hơn trong việc sạc điện và sản xuất năng lượng mặt trời hơn so với nhiều ứng dụng điện khác vì thời gian ngừng hoạt động ảnh hưởng trực tiếp đến tính khả dụng và lập kế hoạch vận hành năng lượng.

Phần kết luận

Hệ thống sạc EV và lắp đặt điện mặt trời yêu cầu các chiến lược bảo vệ đột biến phối hợp phản ánh cấu trúc liên kết hệ thống và hành vi vận hành của chúng. Sử dụng hiệu quả thiết bị chống sét lan truyền phụ thuộc vào vị trí chính xác, phối hợp giữa môi trường AC và DC và kỳ vọng thực tế về hiệu suất theo thời gian.

Bảo vệ trong các hệ thống này không phải là phòng ngừa tuyệt đối. Đó là về kiểm soát rủi ro, hạn chế căng thẳng đối với các thiết bị điện tử nhạy cảm và hỗ trợ độ tin cậy lâu dài thông qua thiết kế hệ thống chu đáo.

hỏi Ẩn