การเลือกอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากสำหรับระบบ PV - การติดตั้ง SPD
1. ปัจจัยที่มีผลต่อการติดตั้งอุปกรณ์ป้องกันไฟรั่ว (SPD)
แรงดันไฟฟ้าเกินในระบบเซลล์แสงอาทิตย์บนดาดฟ้า (PV) ส่วนใหญ่เกิดจากฟ้าผ่าโดยตรง (บนหรือใกล้กับอาคารหรืออุปกรณ์ PV ที่มี LPS) แรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำจากความเปลี่ยนแปลงของสนามไฟฟ้าที่เกี่ยวข้องกับฟ้าผ่า หรือการสลับการทำงานในเครือข่ายการจ่ายไฟ AC/DC ในการประเมินความจำเป็นในการป้องกันไฟกระชากและกำหนดกลยุทธ์การป้องกันที่เหมาะสม ควรใช้แรงดันไฟฟ้าทนต่อแรงกระตุ้น (Uw) ที่กำหนดไว้ของอุปกรณ์เป็นข้อมูลอ้างอิง เว้นแต่จะระบุไว้เป็นอย่างอื่นในการประเมินความเสี่ยง ควรติดตั้งอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก (SPD) ทั้งด้าน DC และ AC ของระบบ PV
อุปกรณ์ภายในระบบโซลาร์เซลล์ที่อาจต้องการการป้องกัน ได้แก่:
อินเวอร์เตอร์ ซึ่งรวมถึงอินเทอร์เฟซสำหรับทั้งระบบไฟฟ้ากระแสสลับแรงดันต่ำและระบบไฟฟ้ากระแสตรง แผงโซลาร์เซลล์ สายไฟภายในระบบโซลาร์เซลล์ ส่วนประกอบที่ติดตั้งระหว่างอินเวอร์เตอร์และแผงโซลาร์เซลล์ เช่น กล่องรวมสาย อุปกรณ์ที่ใช้ในการตรวจสอบและควบคุมระบบโซลาร์เซลล์
ตามมาตรฐาน IEC 61643-12 และส่วนที่เกี่ยวข้องของ GB/T 21714 การเลือกและการติดตั้งอุปกรณ์ป้องกันฟ้าผ่า (SPD) สำหรับระบบ PV ขึ้นอยู่กับหลายปัจจัย ซึ่งรวมถึงความหนาแน่นของฟ้าผ่าลงพื้น (NG) [1/กม.²·ปี] หรือจำนวนวันที่มีพายุฝนฟ้าคะนองโดยเฉลี่ยต่อปี (T) ลักษณะของระบบจ่ายไฟแรงดันต่ำ (เช่น สายส่งเหนือพื้นดินหรือสายเคเบิลใต้ดิน) และลักษณะของอุปกรณ์ที่ได้รับการป้องกัน รวมถึงว่ามีการติดตั้งระบบป้องกันฟ้าผ่าภายนอก (LPS) เพื่อป้องกันระบบ PV จากฟ้าผ่าโดยตรงหรือไม่
หากมีระบบป้องกันไฟรั่วภายนอก (LPS) อยู่ ข้อกำหนดของอุปกรณ์ป้องกันไฟรั่ว (SPD) จะได้รับผลกระทบจากระดับการป้องกัน (Class) ของ LPS และว่าระยะห่างที่กำหนด (S) ระหว่าง LPS กับระบบ PV ยังคงอยู่หรือไม่ (LPS แบบแยกส่วนเทียบกับ LPS แบบไม่แยกส่วน)
2. อิทธิพลของการกำหนดค่า LPS ภายนอกที่แตกต่างกันต่อการป้องกันฟ้าผ่าสำหรับระบบ PV
โดยทั่วไป การติดตั้งอุปกรณ์ป้องกันไฟรั่ว (SPD) สำหรับระบบโซลาร์เซลล์บนดาดฟ้า แบ่งออกเป็นสามประเภทตามการมีอยู่และประเภทของอุปกรณ์ป้องกันไฟรั่วภายนอก (LPS):
(1) ระบบ PV ที่ไม่มี LPS ภายนอก
ดังแสดงในแผนภาพ (ไม่ได้รวมไว้ในที่นี้) หากอาคารไม่ได้ติดตั้งระบบป้องกันฟ้าผ่าภายนอก ควรติดตั้งอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก (SPD) โดยพิจารณาจากผลการประเมินความเสี่ยงจากฟ้าผ่า ขอแนะนำให้ติดตั้งอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากทั้งด้าน AC และ DC เพื่อป้องกันส่วนประกอบสำคัญของแผงโซลาร์เซลล์
สำหรับด้าน DC ควรติดตั้งอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากชนิด DC ประเภท 2 (กำหนดให้เป็น DC1) ใกล้กับกล่องรวมสายไฟ PV หรือแผงโซลาร์เซลล์ (หากไม่มีกล่องรวมสายไฟ) อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากนี้จะป้องกันอาคารจากไฟกระชากภายนอกที่ส่งผ่านสายไฟ PV และโดยทั่วไปจะติดตั้งไว้หลังจากที่สายไฟ PV เข้าสู่อาคารแล้ว ควรติดตั้งอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากชนิด DC ประเภท 2 อีกตัว (กำหนดให้เป็น DC2) ใกล้กับอินพุต DC ของอินเวอร์เตอร์ หากความยาวสายไฟระหว่าง DC1 และอินเวอร์เตอร์น้อยกว่า 10 เมตร อาจไม่ต้องติดตั้ง DC1 ก็ได้
สำหรับด้านไฟฟ้ากระแสสลับ (AC) แนะนำให้ติดตั้งอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากชนิดที่ 2 (Type 2 AC SPD) (กำหนดให้เป็น AC1) ที่จุดต่อไฟเข้าของไฟหลัก ซึ่งโดยปกติจะอยู่ที่แผงจ่ายไฟหลัก อุปกรณ์นี้จะป้องกันไฟกระชากที่มาจากโครงข่ายไฟฟ้า การที่ระบบไม่มีอุปกรณ์ป้องกันฟ้าผ่าภายนอกจำเป็นต้องใช้ AC1 หรือไม่นั้น ขึ้นอยู่กับผลการประเมินความเสี่ยงจากฟ้าผ่า เพื่อป้องกันอินเวอร์เตอร์ที่มีราคาแพง โดยทั่วไปจะติดตั้งอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากชนิดที่ 2 (Type 2 AC SPD) (กำหนดให้เป็น AC2) ใกล้กับจุดต่อไฟออกของอินเวอร์เตอร์ หากความยาวสายเคเบิลระหว่าง AC1 และ AC2 น้อยกว่า 10 เมตร อาจไม่จำเป็นต้องติดตั้ง AC2 โปรดดูตารางการกำหนดค่าสำหรับคำแนะนำโดยละเอียด
(2) ระบบ PV ที่มี LPS ภายนอกที่ตรงตามระยะห่างที่กำหนด (LPS แยก)
ดังแสดงในแผนภาพ เมื่ออาคารมีระบบป้องกันฟ้าผ่าภายนอก (เช่น แท่งหรือเทปดักจับฟ้าผ่า) และแผงโซลาร์เซลล์บนดาดฟ้าได้รับการป้องกันโดยระบบนี้โดยรักษาระยะห่างที่เหมาะสม ระบบโซลาร์เซลล์นั้นจะถือว่ามีระบบป้องกันฟ้าผ่าแบบแยกส่วน (Isolated LPS) แม้ในกรณีนี้ การติดตั้งอุปกรณ์ป้องกันฟ้าผ่าแบบแยกส่วน (SPD) ก็ยังคงมีความจำเป็น
สำหรับระบบที่มี LPS แบบแยกส่วน การติดตั้ง SPD จะคล้ายกับระบบที่ไม่มีการป้องกันฟ้าผ่าภายนอกใดๆ ควรติดตั้ง SPD ชนิด 2 DC ไว้ใกล้กับกล่องรวมสาย หรือใกล้กับแผงโซลาร์เซลล์หากไม่มีการใช้กล่องรวมสาย ควรติดตั้ง SPD ชนิด 2 DC อีกตัวไว้ใกล้กับด้าน DC ของอินเวอร์เตอร์ และ SPD ชนิด 2 AC ไว้ใกล้กับด้าน AC ของอินเวอร์เตอร์ อย่างไรก็ตาม เนื่องจากระบบโซลาร์เซลล์เชื่อมต่อเข้าและออกจากอาคาร จึงจำเป็นต้องมี SPD ชนิด 1 AC ที่แผงจ่ายไฟ AC หลักที่ไฟฟ้าจากระบบสาธารณะเข้าสู่อาคารด้วย โปรดดูตารางการกำหนดค่าสำหรับคำแนะนำในการจัดวางโดยละเอียด
(3) ระบบ PV ที่มี LPS ภายนอกที่ไม่ตรงตามระยะห่างที่กำหนด (LPS ที่ไม่ได้แยก)
ในระบบโซลาร์เซลล์บนดาดฟ้าที่แผงโซลาร์เซลล์อยู่ใกล้กับระบบป้องกันฟ้าผ่าภายนอก (LPS) มากเกินไปและไม่สามารถรักษาระยะห่างที่ปลอดภัยตามที่กำหนดได้ ชิ้นส่วนโลหะทั้งหมดของระบบโซลาร์เซลล์จะต้องเชื่อมต่อกับ LPS เพื่อให้แน่ใจว่ามีการต่อลงดินศักย์ไฟฟ้าที่เหมาะสมเพื่อป้องกันฟ้าผ่า นี่เป็นวิธีการทั่วไปที่ใช้สำหรับการป้องกันฟ้าผ่าบนดาดฟ้า ในการติดตั้งแบบนี้ สายไฟทั้งกระแสสลับ (AC) และกระแสตรง (DC) จะถูกมองว่าเป็นตัวนำขนานในระบบต่อลงดิน ซึ่งหมายความว่าพวกมันอาจได้รับผลกระทบโดยตรงจากกระแสฟ้าผ่า นั่นเป็นเหตุผลที่ IEC แนะนำให้ใช้อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากประเภท 1 (SPD) ซึ่งมักจะใช้ร่วมกับ SPD ประเภท 2 ในจุดสำคัญของระบบ ได้แก่ จุดที่สายไฟโซลาร์เซลล์เข้าสู่ตัวอาคาร และทั้งด้าน AC และ DC ของอุปกรณ์สำคัญ เช่น อินเวอร์เตอร์
ดังแสดงในแผนภาพ ควรติดตั้ง DC1 ให้ใกล้กับกล่องรวมสายมากที่สุด หรือใกล้กับแผงโซลาร์เซลล์หากไม่มีกล่องรวมสาย ส่วน DC2 และ AC2 ควรติดตั้งใกล้กับอินเวอร์เตอร์เพื่อให้การป้องกันที่ดีขึ้น ในกรณีส่วนใหญ่ จำเป็นต้องใช้ทั้ง AC1 (ที่แผงควบคุมหลัก) และ AC2 (ใกล้กับอินเวอร์เตอร์) แต่หากติดตั้งอินเวอร์เตอร์ไว้ภายในแผงควบคุมหลักและใช้สายดินร่วมกัน โดยมีความยาวสายเคเบิลไม่เกิน 0.5 เมตร อาจไม่จำเป็นต้องใช้ AC2 คุณสามารถตรวจสอบตารางเพื่อดูคำแนะนำการติดตั้งโดยละเอียดได้
1: สามารถละเว้น DC1 ได้ในกรณีต่อไปนี้: หากความยาวสายเคเบิลระหว่าง DC1 กับอินเวอร์เตอร์น้อยกว่า 10 เมตร และระดับการป้องกันแรงดันไฟฟ้า (Up) ของ AC2 น้อยกว่าหรือเท่ากับ 0.8 เท่าของแรงดันไฟฟ้าทนต่อแรงกระตุ้นที่กำหนด (Uw) ของแผงโซลาร์เซลล์ หรือหาก Up ของ AC2 น้อยกว่าหรือเท่ากับ 0.5 เท่าของ Uw และตัวนำ PE (สายดินป้องกัน) ถูกวางไว้ใกล้กับสายเคเบิล DC
2: อาจละเว้น AC2 ได้ในกรณีต่อไปนี้: หากความยาวสายเคเบิลระหว่าง AC1 และ AC2 น้อยกว่า 10 เมตร หรือหากอินเวอร์เตอร์และแผงจ่ายไฟหลักใช้ขั้วต่อสายดินเดียวกัน และสายเชื่อมต่อ SPD แต่ละเส้นมีความยาวไม่เกิน 0.5 เมตร—ตัวอย่างเช่น หากติดตั้งอินเวอร์เตอร์ไว้ภายในแผงจ่ายไฟหลัก
3. พื้นที่หน้าตัดขั้นต่ำสำหรับตัวนำลงดินของอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก (SPD): สำหรับอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากชนิดที่ 2 ตัวนำลงดินทองแดงต้องมีพื้นที่ไม่น้อยกว่า 6 มม.² สำหรับอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากชนิดที่ 1 ต้องมีพื้นที่ไม่น้อยกว่า 16 มม.²
การเลือกใช้ตัวป้องกันไฟกระชาก (SPD) ด้าน DC ในระบบโซลาร์เซลล์บนดาดฟ้าส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับวิธีการป้องกันฟ้าผ่าของอาคารและวิธีการเดินสายของระบบ ตามตารางการกำหนดค่าและมาตรฐาน IEC ควรมีตัวป้องกันไฟกระชากอยู่ด้าน DC ของอินเวอร์เตอร์เสมอ แต่ตัวป้องกันไฟกระชากเพิ่มเติมใกล้กับกล่องรวมสาย หรือใกล้กับแผงโซลาร์เซลล์หากไม่มีกล่องรวมสาย จะจำเป็นก็ต่อเมื่อสายเคเบิลระหว่างแผงโซลาร์เซลล์และอินเวอร์เตอร์ยาวเกิน 10 เมตรเท่านั้น
อย่างไรก็ตาม นี่ไม่ใช่สิ่งที่ทำกันทุกที่ ในบางประเทศ เช่น เยอรมนี กฎระเบียบกลับตรงกันข้ามโดยสิ้นเชิง ที่นั่น อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก DC จะถูกติดตั้งไว้ข้างแผงโซลาร์เซลล์เสมอ และคุณจำเป็นต้องติดตั้งเพิ่มอีกหนึ่งตัวใกล้กับอินเวอร์เตอร์ก็ต่อเมื่อสายเคเบิลยาวเกิน 10 เมตรเท่านั้น