Primer vključenosti centralnega inverterja v sistem fotonapetostne inštalacije

V zadnjem obdobju se na področju fotonapetostnih (PV – Photo-Voltaic) inštalacij dogajajo velike spremembe, ki so povezane predvsem s pričakovanimi napetostnimi nivoji tako na vhodni  – enosmerni (DC) strani uporabljenih inverterjev (pretvornik DC/AC) kot na izhodni, torej izmenični (AC) strani.

Če je bilo na primer še v letu 2018 inštaliranih približno 25 % več sistemov za napetostno območje 1.000/1.100 V enosmerno, vsi trendi v praksi kažejo, da bodo že v letu 2021 močno prevladovali fotonapetostni sistemi z napetostjo 1.500 V enosmerno.

»Centralni« in »string« inverterji

Veliko sprememb se dogaja tudi v konfiguracijah fotonapetostnih sistemov, kjer t. i. »centralne« inverterje zamenjujejo t. i. »string« inverterji. Vsaka od obeh omenjenih skupin ima svoje prednosti in načrtovalci fotonapetostnih sistemov morajo pretehtati, katere prednosti izbranega inverterja bodo prinesle večjo učinkovitost celotnega fotonapetostnega sistema.

Primer vključenosti »centralnega« inverterja v sistem fotonapetostne inštalacije je prikazan na sliki 1:
Primer vključenosti centralnega inverterja v sistem fotonapetostne inštalacije

Nove izvedbe inverterjev, imenovane tudi »string« inverterji«, razvijajo vsi pomembnejši svetovni proizvajalci, med katerimi izstopajo predvsem ABB, HUAWEI in SMA. Primer vključitve te vrste inverterja v fotonapetostni sistem je prikazan na sliki 2:
Primer vključitve inverterja v fotonapetostni sistem

Skupina »string« fotonapetostnih inverterjev je z izhodi izmenične napetosti priključena na skupno vezje, imenovano »AC Combiner box«, torej izmenično zbiralno enoto. Pretvorniki DC/AC torej postajajo vse pametnejši, njihove značilnosti vse boljše, postali so pametne, varne, zanesljive in učinkovite elektronske naprave.

In kje v tej zgodbi nastopi ETI?

Kje drugje kot pri zagotavljanju ustrezne nadtokovne zaščite teh fotonapetostnih sistemov …

Seveda je popolnoma logično, da vsi načrtovalci fotonapetostnih sistemov in proizvajalci opreme za fotonapetostne inštalacije iščejo razne načine, kako bi izboljšali njihovo učinkovitost in končno finančno donosnost.

Večje donose dosežemo z uporabo dinamične optimizacije učinkovitosti sistema z inteligentno tehnologijo. Trenutno dosežena učinkovitost presega 98,5 %. Ena od najpomembnejših tehničnih značilnosti nove generacije »string« inverterjev pa je višja izhodna izmenična napetost, ki je namesto dosedanje 400 V izmenično sedaj povišana na 800 V izmenično.

S povišanjem izhodne napetosti so proizvajalci dosegli do 75-odstotno zmanjšanje izgub na kablih, ki izhod »string« inverterjev povezujejo z vhodom energetskega srednjenapetostnega transformatorja. Poleg tega lahko seveda uporabljajo tudi kable z manjšimi prerezi, kar tudi pomeni prihranek na stroškovni strani.

Zaradi višje izhodne izmenične napetosti pa sodobni »string« inverterji rabijo tudi ustrezno nadtokovno zaščito, torej varovalko, ki je sposobna pravilno delovati tudi na napetosti, višji od standardnih 500 V ali 690 V izmenično.

ETI je kot eden od prvih proizvajalcev varovalk na trg poslal novo generacijo talilnih vložkov NV/NH gG za zaščito kablov v inštalacijah z 800 V izmenično. Z inovativno zasnovo talilnih elementov in ostalih sestavnih delov smo uspeli razviti široko paleto talilnih vložkov NV/NH gG, ki so testirani na napetosti 800 V izmenično in so dimenzijsko identični standardni seriji NV/NH gG 500 V/690 V, torej zanje ni treba uporabiti podnožij ali stikalnih letev drugačnih – nestandardnih dimenzij.

Trenutno ETI ponuja kupcem talilne vložke NV 800 V izmenično v velikosti NV/NH00, 1 in 3 gG, od nazivnega toka 25 A do 315 A, za nekatere posebne zahteve kupcev, kot je na primer ABB, pa smo razvili tudi serijo NV/NH s tokovno-časovno karakteristiko gS, ki v določenem tokovnem območju zagotavlja hitrejši odklop v primerjavi s karakteristiko gG. Primera talilnih vložkov NV iz te serije sta prikazana na sliki 3a in 3b.

Primer talilnih vložkov NV 3aPrimer talilnih vložkov NV 3b

Na tem mestu naj poudarimo, da je že pripravljen predlog za širitev osnovnega standarda za varovalke IEC 60269-1, s katerim namerava ETI kot član IEC SC 32B razširiti dosedanji nabor standardnih napetosti z dodatno nazivno napetostjo 800 V izmenično.

Na sliki 4 je prikazana primerjava med tremi najbolj prepoznavnimi tokovno-časovnimi karakteristikami talilnih vložkov, vse so dimenzionirane na nazivni tok 100 A. Karakteristika, imenovana gG (G = general, splošno), je po vsej verjetnosti v vsakdanji praksi nadtokovne in kratkostične zaščite stanovanjskih in industrijskih električnih instalacij najbolj poznana in uporabljena. Osnovna naloga talilnih vložkov s karakteristiko gG je zaščititi kabelske inštalacije pred preobremenitvami in posledicami kratkostičnih tokov.

Druga, zelo poznana tokovno-časovna karakteristika je tista, ki je bila razvita za zaščito močnostnih polprevodnikov, imenovana je gR/aR (R = rectifier, usmernik).

Iz spodnjega grafa lahko razberemo, da bo talilni vložek s karakteristiko aR pri toku na primer 500 A pregorel v času okrog 100 ms, medtem ko tisti s karakteristiko gG pri istem nadtoku rabi za pregoretje približno 4 sekunde. Kar precejšnja razlika torej …

Kot smo v tem članku že omenili, v praksi postaja zelo popularna in uporabljena tokovno-časovna karakteristika z nazivom gS. V standard IEC 60269-4 je bila uvrščena pred nekaj leti, saj so moderne aplikacije zahtevale tokovno-časovno karakteristiko talilnih vložkov, ki je v območju delovanja med 10 ms in 100 ms precej hitrejša od gG – toda seveda hkrati precej počasnejša od gR.

Primer

Pri (običajno) kratkostičnemu toku v vezju 900 A bo talilni vložek s karakteristiko gS prekinil v 20 ms, medtem ko bo pri istem nadtoku talilni vložek s karakteristiko gG za prekinitev potreboval 300 ms. Kar precejšnja razlika torej.

Primerjava med talilnimi vložki

Primer uporabe talilnih vložkov z obema zgoraj opisanima tokovno-časovnima karakteristikama je prikazan na sliki 5.

Seveda je jasno, da izhodna enota »string« inverterja vsebuje množico polprevodniških elementov, ki rabijo dobro in učinkovito kratkostično zaščito, ki pa mora biti hkrati tudi dokaj »neobčutljiva« na manjše preobremenitve do približno dvakratnika nazivnega izhodnega toka inverterja. In talilni vložek s karakteristiko gS je kot nalašč za zaščito izhodov inverterjev DC/AC.

Kot je bilo prikazano na sliki 2, so izhodi string inverterjev DC/AC povezani v skupno enoto »AC Combiner box«, za kar je navadno potrebna dokaj dolga kabelska povezava. Za pravilno nadtokovno in kratkostično zaščito teh kablov je nujno treba uporabiti talilni vložek NV s karakteristiko gG – seveda ob upoštevanju pravilno izračunane selektivnosti med zaporedno vezanimi talilnimi vložki s tokovno-časovnima karakteristikama gS in gG.

Primer uporabe talilnih vložkov

Na željo kupcev pa smo seveda v ETI, d.o.o., pripravljeni razviti tudi druge – predvsem za večje nazivne tokove. Trenutni rezultati prodaje in drugi podatki kažejo na veliko zanimanje različnih ponudnikov fotonapetostnih sistemov za to serijo talilnih vložkov NV/NH.

→ Članek je bil objavljen v Elektrotehniški reviji številka 2/2019

Elektrotehniška revija

Naročilo revije:
Enoletna naročnina: 29,70 €
Enoletna naročnina za študente in dijake: 19,80 €