Lựa chọn thiết bị chống sét lan truyền cho hệ thống quang điện - Lắp đặt SPD

1. Các yếu tố ảnh hưởng đến việc lắp đặt thiết bị chống sét lan truyền (SPD)

Hiện tượng quá áp trong hệ thống quang điện (PV) trên mái nhà chủ yếu do sét đánh trực tiếp (vào hoặc gần tòa nhà hoặc thiết bị PV có hệ thống chống sét lan truyền), điện áp cảm ứng từ sự thay đổi điện trường liên quan đến sét, hoặc các thao tác chuyển mạch trong mạng phân phối điện AC/DC. Để đánh giá nhu cầu bảo vệ chống sét lan truyền và xác định chiến lược bảo vệ phù hợp, cần sử dụng điện áp chịu xung định mức (Uw) của thiết bị làm tham chiếu. Trừ khi có quy định khác trong đánh giá rủi ro, các thiết bị chống sét lan truyền (SPD) nên được lắp đặt ở cả phía DC và AC của hệ thống PV.

Các thiết bị trong hệ thống quang điện có thể cần được bảo vệ bao gồm:

Biến tần, bao gồm cả các giao diện kết nối với hệ thống điện xoay chiều hạ thế và hệ thống điện một chiều, các tấm pin mặt trời, hệ thống dây điện nội bộ của hệ thống pin mặt trời, các linh kiện được lắp đặt giữa biến tần và các tấm pin mặt trời, chẳng hạn như hộp đấu nối; thiết bị được sử dụng để giám sát và điều khiển hệ thống pin mặt trời.

Theo tiêu chuẩn IEC 61643-12 và các phần liên quan của tiêu chuẩn GB/T 21714, việc lựa chọn và lắp đặt thiết bị chống sét lan truyền (SPD) cho hệ thống quang điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố. Các yếu tố này bao gồm mật độ sét đánh xuống đất (NG) [1/km²·năm] hoặc số ngày giông bão trung bình mỗi năm (T), đặc điểm của hệ thống cung cấp điện hạ thế (ví dụ: đường dây trên không hoặc cáp ngầm) và bản chất của thiết bị được bảo vệ, liệu có lắp đặt hệ thống chống sét (LPS) bên ngoài để bảo vệ hệ thống quang điện khỏi sét đánh trực tiếp hay không.

Nếu có bộ nguồn chống sét lan truyền (LPS) bên ngoài, các yêu cầu về thiết bị chống sét lan truyền (SPD) sẽ bị ảnh hưởng bởi mức độ bảo vệ (Cấp) của LPS và liệu khoảng cách tách biệt cần thiết (S) giữa LPS và hệ thống PV có được duy trì hay không (LPS cách ly so với LPS không cách ly).

2. Ảnh hưởng của các cấu hình LPS bên ngoài khác nhau đến khả năng chống sét cho hệ thống quang điện

Việc lắp đặt thiết bị chống sét lan truyền (SPD) cho hệ thống điện mặt trời trên mái nhà thường được chia thành ba loại, dựa trên sự hiện diện và loại nguồn điện áp thấp (LPS) bên ngoài:

(1) Hệ thống PV không có LPS bên ngoài

Như thể hiện trong sơ đồ (không được đính kèm ở đây), nếu tòa nhà không được trang bị hệ thống chống sét lan truyền bên ngoài, cần lắp đặt các thiết bị chống sét lan truyền (SPD) dựa trên kết quả đánh giá rủi ro sét đánh. Nên lắp đặt các thiết bị chống sét lan truyền ở cả phía AC và DC để bảo vệ các thành phần quan trọng của hệ thống quang điện.

Đối với phía DC, cần lắp đặt một thiết bị chống sét lan truyền DC loại 2 (ký hiệu là DC1) gần hộp kết hợp PV hoặc mảng PV (nếu không sử dụng hộp kết hợp). Thiết bị chống sét này bảo vệ tòa nhà khỏi các xung điện bên ngoài truyền qua cáp PV và thường được lắp đặt ngay sau khi cáp PV đi vào tòa nhà. Một thiết bị chống sét lan truyền DC loại 2 khác (ký hiệu là DC2) cần được lắp đặt gần đầu vào DC của biến tần. Nếu chiều dài cáp giữa DC1 và biến tần nhỏ hơn 10 mét, có thể bỏ qua DC1.

Đối với phía AC, nên sử dụng thiết bị chống sét lan truyền AC loại 2 (ký hiệu là AC1) tại đầu vào nguồn điện AC, thường nằm ở bảng phân phối chính. Thiết bị này bảo vệ chống lại các xung điện từ lưới điện. Việc có cần AC1 trong hệ thống không có thiết bị chống sét bên ngoài hay không phụ thuộc vào kết quả đánh giá rủi ro sét đánh. Để bảo vệ bộ biến tần đắt tiền, thiết bị chống sét lan truyền AC loại 2 (ký hiệu là AC2) thường được lắp đặt gần đầu ra AC của bộ biến tần. Nếu chiều dài cáp giữa AC1 và AC2 nhỏ hơn 10 mét, có thể bỏ qua AC2. Vui lòng tham khảo bảng cấu hình để được hướng dẫn chi tiết.

(2) Hệ thống PV với LPS bên ngoài đáp ứng khoảng cách tách biệt yêu cầu (LPS cách ly)

Như thể hiện trong sơ đồ, khi một tòa nhà có hệ thống chống sét bên ngoài (chẳng hạn như cột thu sét hoặc băng thu sét) và dàn pin mặt trời trên mái nhà được bảo vệ bởi hệ thống này với khoảng cách tách biệt thích hợp được duy trì, thì hệ thống pin mặt trời được coi là đã được trang bị hệ thống chống sét độc lập. Ngay cả trong trường hợp này, việc lắp đặt thiết bị chống sét lan truyền (SPD) vẫn là cần thiết.

Đối với các hệ thống có bộ nguồn chống sét (LPS) riêng biệt, việc thiết lập chống sét lan truyền (SPD) tương tự như các hệ thống không có bất kỳ thiết bị chống sét nào bên ngoài. Cần lắp đặt một thiết bị chống sét lan truyền DC loại 2 gần hộp kết hợp, hoặc gần mảng PV nếu không sử dụng hộp kết hợp. Một thiết bị chống sét lan truyền DC loại 2 khác nên được đặt gần phía DC của biến tần, và một thiết bị chống sét lan truyền AC loại 2 gần phía AC của biến tần. Tuy nhiên, vì hệ thống PV kết nối vào và ra khỏi tòa nhà, nên cũng cần một thiết bị chống sét lan truyền AC loại 1 tại bảng phân phối AC chính nơi điện lưới đi vào tòa nhà. Tham khảo bảng cấu hình để biết hướng dẫn bố trí chi tiết.

(3) Hệ thống PV có LPS bên ngoài không đáp ứng khoảng cách tách biệt yêu cầu (LPS không cách ly)

Trong các hệ thống điện mặt trời mái nhà, nơi các tấm pin quá gần hệ thống chống sét (LPS) bên ngoài và không thể đáp ứng khoảng cách an toàn cần thiết, tất cả các bộ phận kim loại của hệ thống điện mặt trời cần được kết nối với LPS để đảm bảo liên kết đẳng thế chống sét đúng cách. Đây là phương pháp phổ biến được sử dụng để chống sét trên mái nhà. Trong cấu hình này, cả cáp AC và DC đều được coi là các dây dẫn song song trong hệ thống liên kết, có nghĩa là chúng có thể bị ảnh hưởng trực tiếp bởi dòng điện sét. Đó là lý do tại sao IEC khuyến nghị sử dụng thiết bị chống sét lan truyền loại 1 (SPD) — thường kết hợp với SPD loại 2 — tại các điểm quan trọng trong hệ thống: nơi cáp điện mặt trời đi vào tòa nhà, và ở cả phía AC và DC của các thiết bị quan trọng như biến tần.

Như thể hiện trong sơ đồ, DC1 nên được lắp đặt càng gần hộp đấu nối càng tốt, hoặc gần dàn pin mặt trời nếu không có hộp đấu nối. DC2 và AC2 nên được đặt gần biến tần để bảo vệ tốt hơn. Trong hầu hết các trường hợp, cả AC1 (tại bảng điện chính) và AC2 (gần biến tần) đều cần thiết. Nhưng nếu biến tần được lắp đặt bên trong bảng điện chính và chúng dùng chung dây nối đất, với chiều dài cáp nhỏ hơn hoặc bằng 0,5 mét, thì AC2 có thể không cần thiết. Bạn có thể xem bảng để biết hướng dẫn lắp đặt chi tiết.

1: Có thể bỏ qua DC1 trong các điều kiện sau: Nếu chiều dài cáp giữa DC1 và biến tần nhỏ hơn 10 mét và mức bảo vệ điện áp (Up) của AC2 nhỏ hơn hoặc bằng 0,8 lần điện áp chịu xung định mức (Uw) của mảng PV; hoặc nếu Up của AC2 nhỏ hơn hoặc bằng 0,5 lần Uw và dây dẫn PE (nối đất bảo vệ) được bố trí gần các cáp DC.

2: Có thể bỏ qua AC2 trong các trường hợp sau: Nếu chiều dài cáp giữa AC1 và AC2 nhỏ hơn 10 mét; hoặc nếu biến tần và bảng phân phối chính dùng chung điện cực nối đất, và mỗi cáp kết nối SPD dài không quá 0,5 mét — ví dụ, nếu biến tần được lắp đặt bên trong bảng điện chính.

3: Diện tích mặt cắt tối thiểu của dây dẫn nối đất cho SPD: Đối với SPD loại 2, dây dẫn nối đất bằng đồng phải có diện tích không nhỏ hơn 6 mm²; đối với SPD loại 1, diện tích phải không nhỏ hơn 16 mm².

Việc lựa chọn thiết bị chống sét lan truyền (SPD) phía DC trong hệ thống điện mặt trời mái nhà chủ yếu phụ thuộc vào cách tòa nhà được bảo vệ khỏi sét đánh và cách đấu dây của hệ thống. Theo bảng cấu hình và tiêu chuẩn IEC, luôn phải có một thiết bị chống sét lan truyền ở phía DC của biến tần. Nhưng các thiết bị chống sét lan truyền bổ sung gần hộp kết hợp—hoặc gần các tấm pin mặt trời nếu không có hộp kết hợp—chỉ cần thiết nếu cáp giữa các tấm pin và biến tần dài hơn 10 mét.

Tuy nhiên, không phải ở đâu cũng vậy. Ở một số quốc gia—ví dụ như Đức—các quy định về cơ bản là ngược lại. Ở đó, thiết bị chống sét lan truyền DC luôn được lắp đặt ngay cạnh các tấm pin mặt trời, và bạn chỉ cần thêm một thiết bị gần bộ biến tần nếu chiều dài dây cáp vượt quá 10 mét.