Precautions for installation and use of photovoltaic DC miniature circuit breakers

Precauções para instalação e uso de disjuntores fotovoltaicos em miniatura DC

Disjuntores fotovoltaicos em miniatura DC são usados para distribuição de energia fotovoltaica, e o papel dos disjuntores miniaturais DC é particularmente proeminente. Então, como podemos usar disjuntores DC com segurança?
1. Verifique se a fiação está correta após a conexão do disjuntor miniatura DC. Pode ser verificado com o botão de teste. Se o disjuntor puder ser desconectado corretamente, significa que o protetor de vazamento está instalado corretamente; caso contrário, o circuito deve ser verificado para eliminar a falha;
2. Após o disjuntor ser desconectado devido ao curto-circuito da linha, é necessário verificar os contatos. Se o contato primário estiver gravemente queimado ou apresentar buracos, ele precisa ser reparado; o disjuntor de fuga de quatro polos (DZ47LE, TX47LE) deve ser conectado à linha neutra. Para fazer o circuito eletrônico funcionar corretamente;
3. Após o disjuntor de vazamento ser colocado em funcionamento, o usuário deve verificar se o disjuntor geralmente funciona pelo botão de teste toda vez após algum tempo; As características de proteção contra vazamento, sobrecarga e curto-circuito do disjuntor são definidas pelo fabricante e não podem ser ajustadas à vontade para não afetar o desempenho;
4. A função do botão de teste é verificar o estado de funcionamento do disjuntor no estado de fechamento e energização após ele ser instalado ou operado por um determinado período. Pressione o botão de teste; O disjuntor pode ser desconectado, indicando que a operação é regular e pode continuar sendo utilizada; se o disjuntor não puder ser desconectado, indica que o disjuntor ou o circuito estão com defeito e precisam ser reparados;
5. Se o disjuntor for desconectado devido à falha do circuito protegido, a alavanca de operação está na posição de disparo. Após descobrir a causa e eliminar a falha, a alavanca de operação deve ser puxada para baixo primeiro para que o mecanismo de operação "re-envelhe" antes que a operação de fechamento possa ser realizada;
6. A fiação de carga do disjuntor de fuga deve passar pela extremidade de carga do disjuntor. Não é permitido que qualquer linha de fase ou linha zero da carga não passe pelo disjuntor de fuga. Caso contrário, isso causará um "vazamento" artificial e fará com que o disjuntor não se feche, resultando em um "erro".
Devido à melhoria contínua da tecnologia fotovoltaica de disjuntores DC,
Como funciona um disjuntor PV DC em um sistema PV?
Para entender o fluxo de trabalho do disjuntor fotovoltaico DC, é necessário primeiro entender o fluxo de trabalho de todo o sistema fotovoltaico:
Quando o sistema fotovoltaico DC está funcionando, ele depende da função do painel quadrado do módulo solar para converter a energia solar em energia elétrica adequada. Sob a ação do controlador fotovoltaico, a tensão de saída é estabilizada e a conexão com o sistema DC é realizada. Suponha que a tensão de saída do módulo solar atenda aos requisitos de tensão do sistema DC. Nesse caso, o contator AC na extremidade de entrada do carregador será automaticamente desconectado sob o controle do controlador fotovoltaico, e a fonte de alimentação fotovoltaica completará o fornecimento de energia para o sistema DC da subestação. Correspondentemente, suponha que a tensão de saída não consiga atender aos requisitos de tensão do sistema DC. Nesse caso, o trabalho de saída parará automaticamente sob o controle do controlador fotovoltaico e, ao mesmo tempo, o contator AC na extremidade de entrada do carregador também estará fechado. Nesse momento, o carregador completa o trabalho de fornecimento de energia do sistema DC da subestação. O controlador fotovoltaico e o carregador funcionam alternadamente sob esse princípio de funcionamento para realizar a comutação automática.
Disjuntores fotovoltaicos DC geralmente compreendem um sistema de contato, um sistema de extinção por arco, um mecanismo de operação, uma válvula de liberação e uma carcaça.
O princípio de funcionamento do disjuntor fotovoltaico é o seguinte:
  • Quando ocorre um curto-circuito, o campo magnético gerado pela grande corrente (geralmente de 10 a 12 vezes) supera a mola da força de reação.
  • O disparador puxa o mecanismo de operação para agir.
  • O interruptor desarma instantaneamente.
Quando sobrecarregada, a corrente se torna mais extensa, a geração de calor aumenta e a chapa bimetálica se deforma até certo ponto para promover a ação do mecanismo (quanto mais significativa a corrente, menor o tempo de ação). Agora existe um tipo eletrônico, que usa o transformador para coletar a corrente de cada fase e compará-la com o valor definido. Quando o vento está anormal, o microprocessador envia um sinal para que a liberação eletrônica acione o mecanismo de operação.
A função do disjuntor DC é cortar e conectar o circuito de carga, cortar o circuito de falha, evitar a expansão do acidente e garantir operação segura. O disjuntor de alta tensão precisa quebrar arcos de 1500V com corrente de 1500-2000A. Esses arcos podem ser estendidos até 2m e continuar queimando sem serem extintos. Portanto, extinção por arco é um problema que disjuntores de alta tensão precisam resolver. O princípio do sopro e extinção de arco é principalmente resfriar o arco para reduzir a dissociação térmica.
Por outro lado, alongar o arco soprando o ângulo para fortalecer a recombinação e difusão das partículas carregadas. Ao mesmo tempo, as partículas carregadas no vão do arco são expulsas pelo vento, e a resistência dielétrica do meio é rapidamente restaurada. Disjuntores de baixa voltagem, também conhecidos como interruptores automáticos de ar, podem ser usados para ligar e descarregar circuitos e também podem ser usados para controlar motores que ligam raramente. Sua função é equivalente à soma de algumas partes de aparelhos elétricos, como interruptor de faca, relé de sobrecorrente, relé de perda de tensão, relé térmico e protetor contra vazamento. Portanto, é um aparelho elétrico de proteção essencial na rede de distribuição de baixa tensão.
1. A corrente de funcionamento nominal, a tensão de funcionamento nominal e a capacidade de quebra do disjuntor devem focar na tensão de funcionamento nominal e na capacidade de funcionamento nominal atualmente no sistema fotovoltaico. A capacidade de quebra deve ser usada como índice de referência. A seleção da tensão de funcionamento nominal e da corrente nominal deve garantir que a proteção contra disjuntores seja confiável e não tenha falhas. A escolha dos disjuntores em sistemas fotovoltaicos baseia-se principalmente nos parâmetros dos módulos, número de cadeias, altitude, pico de irradiância, temperatura rasa, margem, etc. Os parâmetros dos módulos e o número de linhas são a base principal de cálculo; comprimento, pico de irradiância e temperatura externa devem ser considerados junto com a medição da margem de projeto. A tensão de trabalho nominal está principalmente diretamente relacionada aos parâmetros dos componentes e ao número de cordas, e a altitude e a baixa temperatura são consideradas na margem de projeto. A corrente de trabalho nominal é considerada com o valor de pico de irradiância e a margem empírica. Nossas ideias de seleção são baseadas na tensão de trabalho nominal e na atualidade de funcionamento. Primeiro, vamos falar sobre a tensão do sistema e depois sobre a corrente.
2. Escolhemos um módulo de uma conhecida fábrica nacional de módulos que passou UL1500V certificação como amostra de referência para cálculo; a potência do módulo é de 550W a 530W, e a eficiência do módulo é superior a 20%. Deve-se notar que os parâmetros da amostra da fábrica de componentes são AM1,5 atmosférico, irradiância 1000W/m² e temperatura 25°C. Portanto, os dados de pico de campo são bastante diferentes das condições acima, o que é fundamental para calcular o aspecto do desenho de margem. A seleção dos parâmetros do componente foca em três parâmetros principais do componente: 1. Tensão máxima de operação; 2. Corrente máxima de funcionamento; 3. Tensão máxima em circuito aberto.
Primeiro, vamos discutir o cálculo da tensão:
 
STC STPXXXS-C72/Vmh
Potência máxima STC (Pmax) 550W 545W 540W 535W 530W
Melhor tensão de trabalho (Vmp) 42,05V 41,87V 41,75V 41,57V 41,39V
Melhor corrente de funcionamento (LMP) 13.08A 13.02A 12.94A 12.87A 12.81A
Tensão de circuito aberto (Voc) 49,88V 49,69V 49,54V 49,39V 49,24V
Corrente de curto-circuito (Isc) 14.01A 13,96A 13,89A 13.83A 13.76A
Eficiência de conversão de componentes 21.3% 21.1% 20.9% 20.7% 20.5%
Temperatura de operação dos componentes -40 °C a +85 °C
Tensão máxima do sistema 1500V DC (IEC)
Classificação máxima de corrente em série para fusíveis 25A
Tolerância de potência 0/+5W

Tabela 1: Tabela de Parâmetros do Módulo PV
Dados do teste Indicadores ambientais: (atmosfera AM1,5, irradiância 1000W/m², temperatura 25°C)
A principal influência da tensão do sistema é a disposição dos componentes e o número de módulos em uma única cadeia. O valor central do sistema DC1500V deve ser melhorar a eficiência do sistema e reduzir efetivamente o custo da transmissão DC e do inversor. Atualmente, nosso arranjo principal de componentes de corda única usa mais 2x11, e essa solução é a solução de custo ideal atualmente. O sistema DC1500V não altera o projeto do lado da geração de energia e do lado AC, então a solução DC1500V deve manter a solução principal atual de arranjo de componentes e aumentar o número de blocos de corda única para alcançar uma tensão do sistema mais alta. Com base nos motivos acima, recomendamos que a melhor solução para o arranjo de cordas e o número de blocos do sistema DC1500V seja 2*13, para que, com base na chave, sem alterar o conjunto de módulos, seja possível alcançar maior eficiência nos três aspectos de cabos, caixas combinadoras e inversores — redução de custo. Se determinarmos o número de blocos componentes em uma única string, a tensão do sistema atrás dela é perfeita.
 
Alimentação dos componentes 550Wp 545Wp 540Wp 535Wp 530Wp
Tensão máxima de trabalho 1093.3 1088.62 1085.5 1080.82 1076.14
Tensão máxima em circuito aberto 1296.88 1291.94 1288.04 1284.14 1280.24

Tabela 2: Tensão de referência de corda de 26 módulos
Dados do teste Indicadores ambientais: (atmosfera AM1,5, irradiância 1000W/m², temperatura 25°C)
Os números da Tabela 2 são os picos reais? Infelizmente, não é o caso. Dois fatores principais afetam a tensão do sistema. Altitude e temperatura, o desempenho de extinção por arco do disjuntor são discutidos primeiro a partir do tamanho. O maior desafio do problema de voltagem para o disjuntor é a extinção por arco. Quanto maior a voltagem, mais difícil fica. O ambiente experimental dos parâmetros do disjuntor é baseado no benchmark atmosférico AM a uma altitude de 2000 metros. Acima de 2000 metros, o ar é relativamente rarefeito, e a capacidade de extinção por arco do disjuntor diminui linearmente com o aumento da altitude. Para facilitar o cálculo, ela é convertida no fator de desclassificação da tensão de trabalho nominal. De acordo com a análise de dados coletada por muitos anos, a altitude das usinas terrestres de grande escala na China varia de 1500 a 3000 metros, então recomenda-se considerar 10% na margem de desclassificação de altitude de projeto, que pode cobrir a altitude da maioria dos projetos.
Além disso, a temperatura ambiente influencia dramaticamente a tensão de saída do componente. A tensão de saída do componente entre 25°C e -10°C apresenta uma curva de subida acentuada, e a subida de tensão muda menos após -10°C. O coeficiente de temperatura de tensão do componente é -0,36%/k (diferentes fabricantes são ligeiramente diferentes). Em termos da margem do coeficiente de temperatura, recomendamos considerar 42*0,36%=15,12%. Recomendamos o sistema considerando as duas considerações de margem: altitude e temperatura. A margem de projeto de tensão é de 20%. A seguir está a tensão recomendada do sistema após a correção de margem:
 
Alimentação dos componentes 550Wp 545Wp 540Wp 535Wp 530Wp
Tensão máxima de trabalho 1311.96 1306.344 1302.6 1296.984 1291.368
Tensão máxima em circuito aberto 1556.256 1550.328 1545.648 1540.968 1536.288

Tabela 3: Tensão de correção do sistema de diferentes componentes de potência do sistema fotovoltaico DC1500V
A partir da tabela acima, descobrimos que, usando os dados de pico para calcular que a tensão máxima de operação do sistema é abaixo de 1320V, um disjuntor fotovoltaico com tensão nominal de operação de DC1500V pode atender aos requisitos do sistema. No entanto, vale notar que a tensão máxima em circuito aberto da correção do sistema excede a tensão máxima nominal de funcionamento efetiva do disjuntor em 1,5%. Embora este seja apenas o resultado corrigido e não represente o valor máximo real, a tensão em circuito aberto excederá a tensão máxima em circuito aberto do disjuntor após a altitude ultrapassar 3000 metros. Portanto, a tensão de funcionamento efetiva do sistema não deve exceder a tensão máxima efetiva de funcionamento do disjuntor é a regra básica da nossa seleção.
Em segundo lugar: vamos analisar a seleção de correntes. O método de cálculo rápido para tomar o valor ótimo do disjuntor após calcular cada cadeia de 12A no sistema DC1000V é o método principal. Não há nada de errado com o método de cálculo no sistema DC1500V, mas esse resultado não pode mais ser utilizado. A melhoria da eficiência dos módulos é a principal razão para a queda nos preços dos módulos nos últimos anos; ou seja, com maior potência na mesma área unitária, a área do módulo não aumenta — ainda assim, a potência aumenta, o que inevitavelmente elevará a tensão e corrente do módulo em 400W. Nos sistemas fotovoltaicos acima, é necessário considerar gradualmente aumentar a corrente de funcionamento nominal do disjuntor. O aumento recente não tem nada a ver com o sistema DC1500V ou DC1000V. Esse é um problema causado pela melhoria dos parâmetros de saída dos componentes.
 
Alimentação dos componentes 550Wp 545Wp 540Wp 535Wp 530Wp
Corrente máxima de operação 13.08 13.02 12.94 12.87 12.81
Corrente máxima de operação após correção 19.62 19.53 19.41 19.305 19.215
24 sumidouras 1 corrente máxima de trabalho 470.88 468.72 465.84 463.32 461.16

Tabela 4: Tabela de cálculo da corrente máxima de operação
Para o cálculo de seleção de corrente dos disjuntores fotovoltaicos, recomendamos um algoritmo rápido e direto da corrente máxima nominal de funcionamento do módulo * 150%. Em 2016, os resultados da pesquisa de acompanhamento mostraram que o desenho de margem empírica de 130% é um valor crítico, propenso a falsos disparos. Acidente.
Existem três razões para a margem recomendada de 50% para disjuntores:
. Impacto de irradiância: O parâmetro atual do módulo é o parâmetro para irradiância de 1000W/m². A irradiância máxima em áreas com boas condições de irradiação é de cerca de 1200W/m², consumindo pelo menos 20% da margem de projeto. Acessível para enviar super senda.
. O ambiente de instalação do equipamento é relativamente rigoroso, a dissipação de calor é ruim e a temperatura interna do equipamento é muito alta, o que impacta a redução do disjuntor. A medição de campo constatou que a temperatura máxima ultrapassou 70°C.
. Há uma grande diferença no controle de aumento de temperatura dos disjuntores de diferentes fabricantes. O aumento de temperatura dos nossos disjuntores fotovoltaicos após serem conectados em série não deve ultrapassar 60K, geralmente acima de 70K. Produtos não qualificados acima de 80 mil também são populares. A principal razão para o aumento de temperatura ultrapassar 80K é a conexão em série. Parte do método de soldagem não é utilizada, e o aquecimento dos parafusos de barra de cobre é muito alto.
Em 2012, um produto de disjuntor da marca coreana na região noroeste ainda era vividamente lembrado porque o aumento de temperatura em série não conseguia atender ao uso de disparos falsos em grande escala. Portanto, a seleção precisa recomendada para a margem atual é de 30% margem empírica + (irradiância pico/1000-1) * 100% = margem atual real de projeto do projeto, e o cálculo simples e rápido é calculado de acordo com 50%.
Por fim, um resumo: O sistema fotovoltaico de DC1500V recomenda um módulo de corda única de 2*13=26 peças. A tensão de funcionamento da caixa combinadora e do disjuntor de entrada do inversor é DC1500V, e a corrente mínima é de 500A. Para métodos de conexão não soldados, como uma fileira, recomenda-se selecionar uma corrente maior até 630A. Recomenda-se que você use os parâmetros de pico como base de cálculo para selecionar disjuntores fotovoltaicos.

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