Grunderna för överströmsskydd för solcellssystem

Överströmsskydd är avgörande för solcellssystem för att förhindra skador på utrustningen, minska brandriskerna och säkerställa att säkerheten efterlevs. Den övervakar strömnivåer och kopplar bort kretsar vid behov. Det här är vad du behöver veta:

• Varför det är viktigt: Skyddar komponenter, minskar brandriskerna och sänker underhållskostnaderna.
• Viktiga enheter:
  • Säkringar: Snabb respons, hög spänning, men behöver bytas ut efter användning.
  • Strömbrytare: Återställbar, fungerar även som frånkoppling, men kostar mer i början.
  • Överströmsreläer: Automatisera svar på fel.
• Vanliga fel: Jordfel, linje-till-linje-fel och ljusbågsfel kräver särskilda skyddsmetoder.
• Krav på storlek: Enheterna måste klara 125% av den maximala strömmen enligt NEC-standarderna.
• Kombinatorlådor: Samla ingångar och placera säkerhetskomponenter som säkringar, överspänningsskydd och frånskiljare.

Snabb jämförelse:

Korrekt skydd säkerställer att ditt solsystem fungerar säkert och effektivt. Verktyg som EasySolar Förenkla kontroller av konstruktion och överensstämmelse. Regelbundet underhåll är nyckeln till långsiktig tillförlitlighet.

Förstå överströmsskydd - grunderna

Syfte och fördelar

Överströmsskydd är avgörande för att skydda solcellssystem (PV-system) från överdrivet strömflöde, vilket kan leda till skador på utrustningen eller till och med bränder. När solpaneler producerar mer ström än deras säkra driftsgränser träder dessa system in för att förhindra katastrofala fel.

Viktiga fördelar med ett effektivt överströmsskydd är bl.a:

• Förlängning av utrustningens livslängd genom att minska termisk stress
• Minskade brandrisker orsakas av överhettade ledare
• Skärmning av kostsamma systemkomponenter från skada
• Minska underhållskostnaderna och minimera driftstopp i systemet
• Säkerställa efterlevnad med säkerhetsstandarder och föreskrifter

För att fullt ut kunna uppskatta dessa fördelar är det viktigt att förstå de vanliga fel som dessa system är utformade för att åtgärda.

Vanliga fel på solcellssystem

Överströmsskyddssystem är konstruerade för att hantera flera typiska fel i solcellsanläggningar:

"När en jordfelsdetektor indikerar ett jordfel, om inte omfattande fältprovning visar något annat, är det säkert att anta att skada har uppstått, reparation krävs och det finns en befintlig elektrisk fara för systemet." - Mayfield förnybara energikällor

För solcellspaneler med tre eller fler parallella strängar blir individuellt strängskydd ett måste. Detta beror på att den kombinerade strömmen från flera strängar kan skapa felströmmar som är tillräckligt kraftiga för att skada ledare och utrustning. Å andra sidan utgör system med färre än tre strängar i allmänhet inte samma risk, så länge ledarna är rätt dimensionerade enligt lokala föreskrifter.

Branschen övergår också till system med högre spänning - ofta upp till 1 000 VDC eller mer - för att öka effektiviteten. Även om dessa system erbjuder fördelar medför de också större risker, vilket gör det viktigt att använda skyddsanordningar som är särskilt dimensionerade för dessa förhöjda spänningsnivåer.

Slutligen är regelbunden övervakning och inspektion avgörande för att upprätthålla effektiviteten hos överströmsskyddet. Även mindre problem, t.ex. ojämn strömfördelning, kan försämra prestandan och öka belastningen på skyddssystemen. Genom att åtgärda dessa problem omedelbart säkerställer man att systemet fortsätter att fungera säkert och effektivt.

Skyddsanordningar och komponenter

Solsystem är starkt beroende av specialiserad skyddsutrustning för att skydda mot överström och garantera säker drift.

Jämförelse mellan säkringar och effektbrytare

Säkringar och effektbrytare är båda viktiga för överströmsskydd, men de fungerar på olika sätt och har unika fördelar beroende på tillämpning.

Säkringar är ofta förstahandsvalet för DC-sidesskydd i solcellssystem. Deras snabba svarstid och höga spänningsklassning gör dem mycket effektiva för skydd på strängnivå. Nackdelen är dock att de måste bytas ut efter varje överströmsincident, vilket kan driva upp de långsiktiga underhållskostnaderna.

"Med brytare får du överströmsskydd och frånskiljare i en och samma enhet. Och att återställa en brytare är enklare och billigare än att byta ut en säkring." - timselectric

Strömbrytare är å andra sidan dyrare på förhand men har den praktiska egenskapen att de kan återställas. Denna funktion minskar inte bara underhållskostnaderna utan gör det också möjligt att använda dem som isoleringsanordningar. De används vanligtvis på AC-sidan av solcellsinstallationer eller i större system där det är möjligt att få tillgång till regelbundet underhåll.

Utöver dessa enheter spelar komponenter på systemnivå, t.ex. kombinationsboxar, en avgörande roll för att förbättra det övergripande skyddet.

Funktioner för kombinationsbox

Kombineringslådor är viktiga för att konsolidera strängingångar och hysa kritiska säkerhetskomponenter. De är konstruerade för utomhusbruk och måste därför vara motståndskraftiga mot damm, vind, vatten och UV-strålning för att hålla länge.

Viktiga komponenter som ingår i kombinationsboxar är bl.a:

• Strängsäkringar eller kretsbrytare
• Överspänningsskydd (SPD)
• DC-frånskiljare
• Övervakningsutrustning

Weidmüller har t.ex. installerat över 150.000 kombinationsboxar i olika klimat, vilket visar på deras tillförlitlighet. För att uppfylla säkerhets- och prestandastandarder måste dessa enheter uppfylla kraven i UL1741.

När ett solcellssystem omfattar mer än tre strängar som är anslutna till en växelriktare är det viktigt att använda en kombinationsbox. Den ger ett korrekt överströmsskydd genom att isolera felströmmar i en sträng och förhindra att de påverkar resten av anläggningen. Detta säkerställer att hela systemet är skyddat från potentiella skador.

Regelbundna inspektioner av kombinationsboxar är nödvändiga för att bekräfta korrekt kabeldragning, förhindra vatteninträngning och säkerställa att alla skyddsanordningar fungerar som avsett.

Krav på dimensionering av skyddsanordningar

Korrekt dimensionering av skyddsanordningar är avgörande för att skydda solsystem och uppfylla kraven. National Electrical Code (NEC) anger att överströmsskydd måste ha en märkström på minst 125% av den maximala strömmen för att garantera säkerhet och tillförlitlighet.

NEC-krav

NEC anger specifika gränser för överströmsanordningarnas märkvärden beroende på ledarens storlek:

För ojordade fotovoltaiska (PV) källkretsar krävs överströmsskydd på både den positiva och den negativa ledaren. Skyddet är dock inte nödvändigt om det inte finns några externa strömkällor som kan orsaka backfeed som överskrider ledarens ampacity.

"Överström kan förstöra elektriska kretsar och utrustning", varnar NEC-handboken och betonar vikten av korrekt dimensionering av skyddsanordningar för att säkerställa systemets livslängd.

Branschstandarder

Utöver NEC-kraven tar industristandarder hänsyn till verkliga miljöfaktorer för att förfina enhetens dimensionering:

• Justering av temperatur: I områden där temperaturen överstiger 40°C (104°F) måste nedräkningsfaktorer tillämpas för att ta hänsyn till minskad kapacitet i skyddsanordningar.
• Överväganden om altitud: För installationer över 6.600 fot bör tillverkarens justeringar av värmeklassificeringen ingå i dimensioneringsprocessen.
• Högsta driftförhållanden: Enheterna måste kunna hantera värsta tänkbara scenarier, t.ex. kortslutningsströmmar, som normalt överstiger driftsströmmarna med 10-15%. Denna marginal är avgörande för korrekta beräkningar av kortslutningsströmmar.

Skyddsanordningarnas avbrottsvärde ska motsvara eller överstiga den tillgängliga felströmmen på installationsplatsen. I moderna solcellssystem kan felströmmarna överstiga 50 kA, vilket gör att detta är mycket viktigt.

Strömbegränsande säkringar är särskilt effektiva för likströmskretsar, eftersom de snabbt avhjälper fel, förhindrar kaskadfel och skyddar andra systemkomponenter. För jordfelsbrytare bör enheterna dessutom vara dimensionerade för att klara minst två gånger den maximala läckströmmen under ogynnsamma väderförhållanden. Detta bidrar till att undvika oönskade utlösningar samtidigt som systemsäkerheten upprätthålls.

Genom att följa dessa riktlinjer säkerställs ett robust skydd och den övergripande tillförlitligheten hos solenergisystemen förbättras.

sbb-itb-51876bd

Använda EasySolar för skyddsplanering

EasySolar förenklar processen med att utforma och implementera överströmsskydd i solcellssystem. Genom att bygga vidare på etablerade metoder för enhetsdimensionering och felanalys tar det skyddsplaneringen ett steg längre med automatiserade beräkningar och inbyggda kontroller av efterlevnad.

Beräkningar av skyddsanordningar

EasySolar fastställer de bästa skyddsvärdena för både DC-strängar och AC-växelriktarkretsar genom att analysera systemparametrar och miljöfaktorer. Viktiga skyddskomponenter integreras i konstruktionen, t.ex:

Dessa beräknade värden utgör grunden för att säkerställa att säkerhetsstandarderna uppfylls.

Kontroll av efterlevnad av koder

När du skapar elektriska diagram ser EasySolar också till att designen följer NEC-standarder och de senaste branschkoderna. Dess efterlevnadsmotor kontrollerar för:

• Skyddsanordningar som uppfyller kraven för minimiklassificering 125%
• SCCR-beräkningar (Short-Circuit Current Rating) i enlighet med UL 508A-standarderna
• Integrering av kraven på överspänningsskydd i NEC 2023

"Utrustning får inte installeras där den tillgängliga felströmmen överskrider dess märkning för kortslutningsström", står det i NEC-handboken. EasySolar verifierar detta automatiskt under designprocessen.

Programvaran uppdaterar sina efterlevnadskontroller vart tredje år för att hålla sig i linje med NFPA:s NEC-revisionscykel, vilket säkerställer att alla konstruktioner uppfyller de senaste säkerhetskraven.

Sammanfattning

Överströmsskydd spelar en avgörande roll för att förhindra skador på utrustning och minska brandriskerna i solcellssystem. Nyckelkomponenterna är utformade för att skydda utrustningen och förbättra systemsäkerheten.

För DC-applikationer, säkringar är den bästa lösningen. De erbjuder fördelar som högre spänningsklasser, hög brytförmåga, kostnadseffektivitet och en kompakt design, vilket gör dem idealiska för dessa system.

Vid bestämning av överströmsanordningarnas märkvärden tillämpas enligt industristandarden en 125% säkerhetsfaktor baserat på kortslutningsströmmen. Som John Wiles förklarar:

"PV-system har vissa unika egenskaper som gör att användningen av överströmsenheter skiljer sig något från användningen i konventionella växelströmskretsar."

Detta blir ännu viktigare i takt med att övergången till system med högre spänning - 1000 V DC och mer - fortsätter att öka. Verktyg som EasySolar förenklar processen genom att automatisera beräkningar av överströmsskydd och säkerställa att konstruktioner överensstämmer med NEC-standarder.

För att upprätthålla systemets säkerhet och tillförlitlighet över tid, regelbundet underhåll och testning av skyddsanordningar är avgörande. Dessutom måste avbrottsvärdena alltid uppfylla eller överstiga den felström som är tillgänglig vid enhetens terminaler. Denna omfattande designstrategi säkerställer att alla systemkomponenter arbetar effektivt tillsammans för att skydda prestandan.

Vanliga frågor

Vad är skillnaden mellan säkringar och automatsäkringar i solcellssystem, och hur väljer jag rätt?

Säkringar och effektbrytare spelar båda en avgörande roll för att tillhandahålla överströmsskydd för solcellssystem, men de fungerar på olika sätt och tillgodoser olika krav.

Säkringar är enkla och budgetvänliga anordningar. De fungerar genom att smälta en metalltråd när strömmen överskrider en säker tröskel, vilket effektivt stoppar elflödet. Dessa är särskilt användbara för mindre system eller specifika komponenter, t.ex. enskilda solpaneler. När en säkring har gått måste den dock bytas ut, vilket kan vara besvärligt.

Strömbrytare är däremot konstruerade för att automatiskt bryta strömmen vid överbelastning eller kortslutning. Till skillnad från säkringar kan de återställas i stället för att bytas ut, vilket gör dem till ett mer praktiskt alternativ, särskilt för större system. Strömbrytare är också byggda för att hantera den ljusbåge som ofta uppstår i likströmskretsar, vilket är vanligt i solcellsanläggningar.

Valet mellan de två beror på faktorer som systemets storlek, din budget och om du prioriterar att det ska vara enkelt att återställa en brytare framför den lägre initialkostnaden för säkringar. Båda alternativen är viktiga för att upprätthålla säkerheten och effektiviteten i ditt solenergisystem.

Varför är det viktigt med rätt dimensionering av överströmsskydd för solcellssystem, och vad kan hända om de är felaktigt dimensionerade?

Korrekt dimensionering av överströmsskyddsanordningar (OCPD) spelar en viktig roll när det gäller att garantera solsystemens säkerhet och funktionalitet. Dessa enheter är utformade för att skydda systemet från överström, vilket kan leda till överhettning, utrustningsfel eller till och med brandrisker. När OCPD:erna är rätt dimensionerade hjälper de systemet att fungera smidigt samtidigt som de uppfyller säkerhetskraven.

Om en OCPD är för storkan det hända att den inte löser ut vid en överbelastning, vilket gör att farliga strömnivåer kan flöda okontrollerat, vilket kan leda till betydande skador. Det omvända gäller, underdimensionerade OCPD:er kan utlösas ofta, vilket orsakar onödiga avbrott och sänker systemets effektivitet. Att hitta rätt storlek är avgörande för att din solcellsanläggning ska vara både säker och fungera optimalt.

Vilka underhållsåtgärder bör vidtas för att säkerställa att överströmsskydd i solcellssystem förblir tillförlitliga över tid?

Regelbundet underhåll är avgörande för att överströmsskydd i solcellssystem ska fungera tillförlitligt över tid. Börja med att kontrollera ledningar och anslutningar med avseende på slitage, korrosion eller skador. Det är också viktigt att regelbundet testa och kalibrera dessa enheter för att säkerställa att de reagerar korrekt på felförhållanden.

Miljöfaktorer som temperatur och luftfuktighet kan påverka prestandan. Ta hänsyn till dessa faktorer vid underhållet och anpassa tillvägagångssättet därefter. För detaljerade register över alla inspektioner, tester, reparationer och utbyten. Om någon komponent visar tecken på fel eller inte uppfyller driftsstandarderna ska du byta ut den omedelbart för att undvika potentiella systemproblem.

Genom att hålla fast vid dessa metoder säkerställer du att ditt solcellssystem förblir både säkert och effektivt.

Relaterade inlägg

• Grunderna för dimensionering av solcellskablar: Viktiga faktorer
• Hur AI förenklar lokala tillstånd för solenergi
• Hur AI genererar elektriska diagram för solcellssystem
• NEC-standarder: AI-verktyg för solcellsprojektörer