《電子技術(shù)應(yīng)用》
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對貴重太陽能裝置的有效保護(hù)
摘要: 太陽能裝置通常裝在屋頂?shù)葢敉馕恢茫苍絹碓蕉嗟匮b在開闊地帶,因而過電壓帶來的風(fēng)險(xiǎn)極高,而太陽能組件與逆變器(直流電平)之間長長的引線以及接至電網(wǎng)(交流電平)的饋線則又加劇了這一風(fēng)險(xiǎn)。圖1為典型太陽能逆變器的結(jié)構(gòu):將來自太陽能組件的直流電壓轉(zhuǎn)換成交流電壓,然后供給電網(wǎng)。
Abstract:
Key words :

中心議題:

解決方案:


目前,對貴重太陽能裝置及其電子配備的過電壓與電流浪涌的可靠保護(hù)日顯重要。TDK-EPC為此打造了可靠且成本較低的解決方案:愛普科斯熱保護(hù)壓敏電阻及氣體放電管

太陽能裝置通常裝在屋頂?shù)葢敉馕恢?,也越來越多地裝在開闊地帶,因而過電壓帶來的風(fēng)險(xiǎn)極高,而太陽能組件與逆變器(直流電平)之間長長的引線以及接至電網(wǎng)(交流電平)的饋線則又加劇了這一風(fēng)險(xiǎn)。圖1為典型太陽能逆變器的結(jié)構(gòu):將來自太陽能組件的直流電壓轉(zhuǎn)換成交流電壓,然后供給電網(wǎng)。



在逆變器輸入端實(shí)現(xiàn)全面保護(hù)
額定電壓為1000 V DC的金屬氧化物壓敏電阻通常用于太陽能逆變器的直流輸入。根據(jù)待處理線路電壓,例如電壓為300 VRMS的壓敏電阻可以是變頻器輸出的首選。在這兩種情況下,也可使用充氣式氣體放電管以實(shí)現(xiàn)額外防護(hù)。圖2為太陽能逆變器直流輸入的常用電路設(shè)計(jì):最簡化版本(圖2a)僅使用一個(gè)額定電壓為1000 VRMS的壓敏電阻(例如片狀,直徑20毫米)。在這種情況下,額定直流電壓為1414 V DC,而鉗位電壓在100 A時(shí)為2970 V。圖2b所示電路通過串聯(lián)的兩個(gè)壓敏電阻運(yùn)作,兩元件應(yīng)專用于550 VRMS (745 V DC),以提供相同保護(hù)。這一設(shè)計(jì)提供了一大優(yōu)點(diǎn):鉗位電壓在電流為100 A時(shí)僅為2710 V,從而進(jìn)一步抑制過電壓。此外,待吸收能量將平均分布于兩個(gè)組件,從而降低負(fù)荷系數(shù)。圖2c所示電路則在壓敏電阻與地面之間添加了一個(gè)氣體放電管。這一設(shè)計(jì)仍將提供充分保護(hù),特別是當(dāng)單個(gè)或兩個(gè)壓敏電阻出現(xiàn)故障或因負(fù)荷導(dǎo)致老化時(shí)。必須使用氣體放電管,以免當(dāng)兩個(gè)壓敏電阻同時(shí)故障時(shí)進(jìn)入持續(xù)導(dǎo)電狀態(tài)。



原則上,電源線側(cè)提供相同電路方案。對于歐洲高達(dá)240 VRMS的典型電網(wǎng)電壓來說,應(yīng)選擇額定電壓有300 或 320 VRMS的壓敏電阻。就本質(zhì)而言,由于標(biāo)準(zhǔn)電源的輸入電路專為線路運(yùn)行設(shè)計(jì),因此這些電路并沒有太多差別。
由于太陽能逆變器所在技術(shù)領(lǐng)域較新,因此并沒有針對其老化行為以及老化對內(nèi)部保護(hù)元件的影響進(jìn)行過長期研究。然而,由電源及其它設(shè)備方面得知,基于半導(dǎo)體的元件(如陶瓷壓敏電阻)可能會(huì)由于持續(xù)性低幅度脈沖負(fù)載導(dǎo)致退化,隨之致使漏電越來越嚴(yán)重。如果元件內(nèi)部由此而產(chǎn)生的高功率損耗無法通過對流耗散,那么,則可能發(fā)生極端情況:不斷加熱導(dǎo)致短路,隨后會(huì)破壞壓敏電阻。




標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)構(gòu)及保險(xiǎn)業(yè)提出更高要求
各大標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)構(gòu),如UL和IEC等,已開始警惕這一安全風(fēng)險(xiǎn),并強(qiáng)調(diào):日后的應(yīng)用需保證對壓敏電阻進(jìn)行溫度監(jiān)控并能夠在發(fā)生故障時(shí)自動(dòng)斷開。不過,最近公布的IEC62109-1標(biāo)準(zhǔn)——《太陽能發(fā)電系統(tǒng)用電力轉(zhuǎn)換器之安全標(biāo)準(zhǔn)——第1部分:通用要求》并未明確相關(guān)問題。而其它標(biāo)準(zhǔn),如IEC 60950-1最新版,明確指出:特殊用途必須使用符合IEC61051-2-2以及IEC 60950-1附錄Q的壓敏電阻,同時(shí)要為該類壓敏電阻配備相應(yīng)熔絲。

保險(xiǎn)公司則就該情形提出了更為嚴(yán)格的要求。他們指出,除其它情況外,輸出超過50 kW的太陽能裝置必須保證其過電壓保護(hù)符合IEC61643-11第二類(粗保護(hù))。



為使太陽能逆變器制造商以低成本滿足各大標(biāo)準(zhǔn)及保險(xiǎn)公司的嚴(yán)格要求,TDK-EPC現(xiàn)開發(fā)出 ETFV系列(愛普科斯熱熔式壓敏電阻)。這些組件通過串聯(lián)電路組合在一起,包括一個(gè)壓敏電阻和一個(gè)熱熔絲。如果壓敏電阻已嚴(yán)重退化,并致使較高漏電流導(dǎo)致過熱,熔絲將熔斷以斷開壓敏電阻。上述元件的一大特色便是監(jiān)視引線:通過延伸壓敏電阻與熱熔絲之間的觸點(diǎn)以驅(qū)動(dòng)LED(參見圖3)。
 

 

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