太陽光発電システムにおける安全装置の選択と設計

発電所は通常、荒野または屋上に設置され、コンポーネントは屋外に設置する必要があります。自然環境は厳しく、天災・人災は避けられません。台風や吹雪、土砂などの自然災害は機器にダメージを与えます。発電所の安全性は非常に重要です。分散型の小型発電所であっても、集中型の大規模地上発電所であっても、一定のリスクは存在します。したがって、機器にはヒューズや避雷装置などの特別な安全装置を取り付ける必要があります。 , 発電所の安全を常に守ってください。

1. ヒューズ
CHYTヒューズは、規定値を超える電流が一定時間流れると、自身の発熱により溶融物が溶けて回路を遮断する原理を利用した電流保護装置です。ヒューズは、低電圧配電システム、制御システム、電気機器で広く使用されています。短絡および過電流保護として、ヒューズは最も一般的に使用される保護デバイスの 1 つです。太陽光発電所のヒューズは、DCヒューズとACヒューズに分けられます。
太陽光発電所の直流側は、方式の構成に応じて、直流結合箱（集中方式）またはストリングインバータ（ストリングインバータ方式）の直流母線に複数のストリングを並列接続します。複数の太陽光発電ストリングが並列接続されている場合、特定のストリングで短絡故障が発生すると、DC バスおよびグリッド上の他のストリングが短絡点に短絡電流を供給します。対応する保護措置が講じられていない場合、接続されているケーブルなどの機器の焼損につながる可能性があります。同時に、装置付近のアタッチメントが焼損する可能性があります。現在、中国では同様の屋根上の太陽光発電火災事故が多発しており、太陽光発電所の安全性を高めるために各ストリングの並列回路に保護装置を設置する必要がある。

現在、DC ヒューズは過電流保護のために結合ボックスとインバーターに使用されています。主流のインバータ メーカーも、ヒューズを DC 保護の基本コンポーネントとみなしています。同時に、Bussman や Littelfuse などのヒューズ メーカーも、太陽光発電専用の DC ヒューズを発売しました。
太陽光発電業界で DC ヒューズの需要が高まる中、効果的な保護のために DC ヒューズを正しく選択する方法は、ユーザーとメーカーの両方が細心の注意を払うべき問題です。 DC ヒューズを選択する場合、AC ヒューズを単純にコピーすることはできません。電気仕様と構造寸法は、両者の間に多くの異なる技術仕様と設計概念があるため、事故なく事故電流を安全かつ確実に遮断できるかどうかの総合的な検討に関係します。
1) 直流電流には電流ゼロクロス点がないため、故障電流を遮断する場合、アークは石英砂充填材の強制冷却の作用により自動的に急速に消失することしかできません。これは、故障電流を遮断するよりもはるかに困難です。交流アーク。チップの合理的な設計と溶接方法、ケイ砂の純度と粒子サイズの比率、融点、硬化方法、およびその他の要因はすべて、直流アークの強制消弧の効率と効果を決定します。
2) 同じ定格電圧の下では、DC アークによって発生するアーク エネルギーは AC アーク エネルギーの 2 倍以上になります。アークの各セクションが制御可能な距離内に制限され、同時にすぐに消えることを保証するために、どのセクションも出現しません。アークは直接直列に接続され、巨大なエネルギープールを引き起こし、その結果、ヒューズが切れるという事故が発生します。連続アーク時間が長すぎるため、バーストが発生します。 DCヒューズの管体は一般にACヒューズよりも長く、通常の使用では見えない大きさです。この違いは、故障電流が発生した場合に重大な結果をもたらします。
3) 国際ヒューズ技術機関の推奨データによると、DC 電圧が 150V 増加するごとにヒューズ本体の長さを 10mm 増やす必要があります。直流電圧1000Vの場合、本体長さは70mmとなります。
4) ヒューズを DC 回路で使用する場合は、インダクタンスとキャパシタンスのエネルギーの複雑な影響を考慮する必要があります。したがって、時定数L/Rは無視できない重要なパラメータとなります。特定の線路系統の短絡事故電流の発生と減衰率に応じて決定する必要があります。正確な評価は、メジャーかマイナーを自由に選択できることを意味するものではありません。 DC ヒューズの時定数 L/R は、遮断アークエネルギー、遮断時間、通過電圧を決定するため、チューブ本体の厚さと長さは合理的かつ安全に選択する必要があります。
AC ヒューズ: 負荷の過電流や短絡を防止するために、オフグリッド インバーターの出力端または集中インバーターの内部電源の入力端に AC ヒューズを設計し、取り付ける必要があります。

2. 避雷器
太陽光発電システムの主要部分は屋外に設置され、配電エリアは比較的広いです。コンポーネントとサポートは導体であり、落雷を非常に受けやすいため、直接および間接的な落雷の危険があります。同時に、システムは関連する電気設備や建物に直接接続されているため、太陽光発電システムに落雷が発生すると、関連する設備、建物、電気負荷も影響を受けることになります。太陽光発電システムへの雷被害を避けるためには、避雷設備や保護用の接地設備を設置する必要があります。
雷は大気中での放電現象です。雲や雨が形成される際、その一部にはプラスの電荷が蓄積され、他の部分にはマイナスの電荷が蓄積されます。この電荷がある程度溜まると放電現象が起こり、雷が発生します。雷は直接雷と誘導雷に分けられます。直撃落雷とは、太陽電池アレイ、直流配電システム、電気機器とその配線、およびその近隣地域に直接落ちる落雷を指します。直撃雷の侵入には2つの経路があり、1つは前述の太陽電池アレイなどの直接放電により、高エネルギーの雷電流のほとんどが建物や設備、電線に流れ込みます。もう1つは、雷が避雷針などを直接通過することです。雷電流を大地に伝える機器が放電し、瞬間的に地電位が上昇し、雷電流の大部分が機器や電線に逆接続されます。保護接地線を介して。

誘導雷とは、関連する建物、設備、線路の近くおよび遠方で発生する落雷によって、関連する建物、設備、線路に過電圧が発生することを指します。このサージ過電圧は、静電誘導または電磁誘導によって直列に接続されます。関連する電子機器や回線に影響を与え、機器や回線に損害を与える可能性があります。
野原や高山、特に雷が発生しやすい地域に設置される大規模な太陽光発電システムの場合は、避雷接地装置を設置する必要があります。
サージ保護デバイス（Surge protection Device）は、電子機器の雷保護に不可欠なデバイスです。以前は「避雷器」または「過電圧保護器」と呼ばれていました。英語の略称はSPDです。サージプロテクターの役割は、電力線や信号伝送線に流入する瞬間的な過電圧を、機器やシステムが耐えられる電圧範囲内に制限したり、強力な雷電流を大地に漏洩させたりして、被保護機器を保護することです。機器やシステムが損傷することを防ぎます。衝撃により破損。以下は、太陽光発電システムで一般的に使用される避雷器の主な技術パラメータの説明です。

(1) 最大連続使用電圧 Ucpv: この電圧値は、避雷器の両端に印加できる最大の電圧を示します。この電圧下では、避雷器は故障することなく正常に動作できなければなりません。同時に、避雷器の動作特性を変えることなく、電圧が継続的に避雷器に負荷されます。
(2) 定格放電電流（In）：公称放電電流とも呼ばれ、避雷器が耐えられる 8/20μs の雷電流波形の電流ピーク値を指します。
(3) 最大放電電流 Imax: 波形 8/20ms の標準雷波が 1 回プロテクターに印加されたとき、プロテクターが耐えることのできる衝撃電流の最大ピーク値。
(4) 電圧保護レベル Up(In): 次のテストにおける保護装置の最大値: 1KV/ms の傾きのフラッシュオーバー電圧。定格放電電流の残留電圧。
サージプロテクターには非直線特性に優れたバリスタを使用しています。通常の状況では、サージ保護装置は非常に高い抵抗状態にあり、漏れ電流はほぼゼロであるため、電力システムの正常な電力供給が確保されます。電力システムで過電圧が発生すると、サージ保護装置がナノ秒以内に即座にオンになり、過電圧の大きさを機器の安全な動作範囲内に制限します。同時に、過電圧のエネルギーが放出されます。その後、プロテクタはすぐにハイインピーダンス状態に変化するため、電源システムの通常の電源には影響を与えません。

雷はサージ電圧やサージ電流を発生させるほか、大電力回路の開閉時、誘導性負荷や容量性負荷のオン・オフ時、大規模電力系統の遮断時などにも発生します。変成器。また、スイッチングサージ電圧や電流が大きいと、関連機器や回線に損害を与えることがあります。雷誘導を防止するために、低電力インバータの DC 入力端にバリスタが追加されています。最大放電電流は10kVAに達する可能性があり、基本的に家庭用太陽光発電雷保護システムのニーズを満たすことができます。