Pemilihan Peranti Perlindungan Lonjakan Pemilihan untuk Sistem PV – Jenis-jenis SPD

Penjanaan kuasa fotovoltaik (PV) merupakan sumber utama tenaga boleh diperbaharui dan sangat berdaya saing dari segi ekonomi berbanding penjanaan kuasa tradisional. Sistem PV teragih kecil, seperti panel solar atas bumbung, semakin popular. Sistem PV atas bumbung melibatkan pengagihan AC dan DC dengan voltan mencecah sehingga 1500V. Bahagian DC, terutamanya panel PV, boleh terdedah secara langsung kepada sambaran kilat di kawasan berisiko tinggi, menjadikannya terdedah kepada kerosakan kilat.

Perlindungan kilat untuk bangunan dibahagikan kepada perlindungan luaran (Sistem Perlindungan Kilat, LPS) dan perlindungan dalaman (Langkah-langkah Perlindungan Lonjakan, SPM), berdasarkan risiko kilat. Peranti Pelindung Lonjakan (SPD), sebagai sebahagian daripada perlindungan dalaman, melindungi daripada voltan lampau sementara yang disebabkan oleh kilat atmosfera atau operasi pensuisan. SPD dipasang di luar peralatan yang dilindungi dan berfungsi terutamanya seperti berikut: apabila tiada lonjakan dalam sistem kuasa, SPD tidak menjejaskan operasi normal sistem yang dilindunginya dengan ketara. Apabila lonjakan berlaku, SPD menawarkan impedans yang rendah, mengalihkan arus lonjakan melalui dirinya sendiri dan mengehadkan voltan ke tahap yang selamat. Selepas lonjakan berlalu dan sebarang arus baki telah padam, SPD kembali kepada keadaan impedans yang tinggi.

1. Lokasi Pemasangan Peranti Pelindung Lonjakan (SPD)

Lokasi pemasangan SPD ditentukan mengikut tahap ancaman kilat dan berdasarkan konsep Zon Perlindungan Kilat (LPZ) dalam IEC 62305. Voltan lampau sementara dikurangkan secara progresif ke tahap selamat, yang mesti berada di bawah voltan tahan peralatan yang dilindungi. Seperti yang digambarkan dalam Rajah, SPD dipasang di sempadan zon ini, yang menimbulkan konsep perlindungan lonjakan berbilang peringkat yang digunakan dalam sistem voltan rendah. Bagi sistem PV, tumpuan adalah untuk mencegah lonjakan kilat daripada memasuki sisi AC dan DC, sekali gus melindungi komponen kritikal seperti penyongsang.

2. Kelas Ujian Peranti Pelindung Lonjakan (SPD)

Menurut IEC 61643-11, SPD dikelaskan kepada tiga kategori ujian berdasarkan jenis impuls arus kilat yang direka bentuk untuk ditahannya. Ujian Jenis I (ditanda sebagai T1) bertujuan untuk mensimulasikan arus kilat separa yang mungkin dialirkan ke dalam bangunan. Ini menggunakan bentuk gelombang 10/350 µs, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah blow, dan biasanya digunakan pada sempadan antara LPZ0 dan LPZ1—seperti pada papan agihan utama atau pengubah voltan rendah. SPD untuk aras ini biasanya jenis pensuisan voltan, dengan komponen seperti tiub pelepasan gas atau jurang percikan api (cth., jurang tanduk atau jurang grafit).

Ujian Jenis II (T2) dan Jenis III (T3) menggunakan impuls jangka masa yang lebih pendek. SPD Jenis II biasanya merupakan peranti pengehad voltan yang menggunakan komponen seperti varistor oksida logam (MOV). Ia diuji dengan arus nyahcas nominal menggunakan bentuk gelombang arus 8/20 µs (lihat Rajah blow), dan bertanggungjawab untuk mengehadkan lagi voltan lonjakan baki yang datang dari peranti perlindungan huluan. Ujian Jenis III menggunakan penjana gelombang gabungan dengan voltan 1.2/50 µs dan impuls arus 8/20 µs (lihat Rajah di bawah), mensimulasikan lonjakan lebih dekat dengan peralatan penggunaan akhir.

3. Jenis Sambungan Peranti Pelindung Lonjakan (SPD)

Terdapat dua mod perlindungan utama terhadap voltan lampau sementara. Yang pertama ialah perlindungan mod biasa (CT1), yang direka untuk melindungi daripada lonjakan antara konduktor hidup dan PE (pembumian pelindung). Sambaran petir, sebagai contoh, boleh memperkenalkan voltan tinggi berbanding pembumian ke dalam sistem. Perlindungan mod biasa membantu mengurangkan kesan gangguan luaran seperti kilat, seperti yang digambarkan di bawah.

Yang kedua ialah perlindungan mod pembezaan (CT2), yang melindungi daripada lonjakan antara konduktor talian (L) dan konduktor neutral (N). Perlindungan jenis ini amat penting untuk menangani gangguan dalaman, seperti bunyi elektrik atau gangguan yang dijana dalam sistem itu sendiri, seperti yang ditunjukkan dalam rajah di bawah.

Dengan melaksanakan satu atau kedua-dua mod perlindungan ini, sistem elektrik boleh dilindungi dengan lebih baik daripada sumber lonjakan yang berpotensi, seterusnya meningkatkan jangka hayat dan kebolehpercayaan peralatan yang disambungkan.

Penting untuk diperhatikan bahawa pemilihan mod perlindungan SPD harus sejajar dengan sistem pembumian yang ada. Bagi sistem TN, kedua-dua mod perlindungan CT1 dan CT2 boleh digunakan. Walau bagaimanapun, dalam sistem TT, CT1 hanya boleh digunakan di hilir RCD. Dalam sistem IT—terutamanya yang tanpa konduktor neutral—perlindungan CT2 tidak terpakai. Ini merupakan pertimbangan kritikal dalam sistem pengedaran DC yang menggunakan konfigurasi pembumian IT. Butiran boleh didapati dalam jadual di bawah.

4. Parameter Utama Peranti Pelindung Lonjakan (SPD)

Menurut piawaian antarabangsa IEC 61643-11, ciri-ciri dan ujian SPD yang disambungkan kepada sistem pengagihan kuasa voltan rendah ditakrifkan, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 7.

(1) Tahap Perlindungan Voltan (Naik)

Aspek yang paling penting dalam memilih SPD ialah tahap perlindungan voltannya (Naik), yang mencirikan prestasi SPD dalam mengehadkan voltan antara terminal. Nilai ini hendaklah lebih tinggi daripada voltan pengapit maksimum. Ia dicapai apabila arus yang mengalir melalui SPD sama dengan arus nyahcas nominal In. Tahap perlindungan voltan yang dipilih mestilah lebih rendah daripada voltan tahan impuls Uw beban. Sekiranya berlaku sambaran kilat, voltan merentasi terminal SPD biasanya dikekalkan di bawah Naik. Bagi sistem PV DC, beban biasanya merujuk kepada modul PV dan penyongsang.

(2) Voltan Operasi Berterusan Maksimum (Uc)

Uc ialah voltan DC maksimum yang boleh dikenakan secara berterusan pada mod perlindungan SPD. Ia dipilih berdasarkan voltan yang dinilai dan konfigurasi pembumian sistem dan berfungsi sebagai ambang pengaktifan SPD. Bagi bahagian DC sistem PV, Uc hendaklah lebih besar daripada atau sama dengan Uoc Max dalam susunan PV. Uoc Max merujuk kepada voltan litar terbuka tertinggi antara terminal hidup dan antara terminal hidup dan pembumian pada titik yang ditetapkan dalam susunan PV.

(3) Arus Nyahcas Nominal (Masuk)

Ini ialah nilai puncak arus bentuk gelombang 8/20 μs yang mengalir melalui SPD, yang digunakan untuk ujian Jenis II dan untuk ujian prasyarat dalam Jenis I dan Jenis IIIEC menghendaki SPD boleh menahan sekurang-kurangnya 19 nyahcas arus bentuk gelombang 8/20 μs. Semakin tinggi nilai In, semakin panjang jangka hayat SPD, tetapi kosnya juga meningkat.

(4) Arus Impuls (Iimp)

Ditakrifkan oleh tiga parameter: puncak arus (puncak I), cas (Q), dan tenaga tentu (W/R), arus ini digunakan dalam Jenis I ujian. Bentuk gelombang biasa ialah 10/350 μs.