Design of lightning protection for ground-mounted photovoltaic farm

โดย วิศรุต อัศวฉัตรสกุล

ปี 2561

บทคัดย่อ

วิทยานิพนธ์นี้มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาผลกระทบของการเกิดเหตุการณ์ฟ้าผ่าในระบบผลิตไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์แบบติดตั้งบนพื้นดิน อัตรากำลังการผลิตพลังงานไฟฟ้าไม่เกิน 10 MW โดยการใช้โปรแกรม PSCAD Version 4.6 ในการสร้างแบบจำลองเหตุการณ์ฟ้าผ่าและวิเคราะห์ ผลกระทบของค่าแรงดันไฟฟ้ากระค่ากระแสไฟฟ้าสูงสุดที่เกิดขึ้นในระบบ เพื่อนำผลที่ได้มาใช้เป็นแนวทางในการออกแบบระบบป้องกันฟ้าผ่าได้อย่างมีประสิทธิภาพ

การจำลองเหตุการณ์ฟ้าผ่าด้วยโปรแกรม PSCAD ได้จำลองลักษณะของการเกิดเหตุการณ์ฟ้าผ่า 3 กรณี คือ ฟ้าผ่าทางตรงลาแรกรูปคลื่น 10/350 us ฟ้าผ่าทางตรงลาต่อมารูปคลื่น 0.25/100 us และฟ้าผ่าทางอ้อมรูปคลื่น 8/20 us โดยเลือกใช้ค่ากระแสฟ้าผ่า 3 ระดับ คือ 20 kA 40 kA และ 60 kA และกำหนดจุดที่ฟ้าผ่าลง 2 ตำแหน่ง คือ บริเวณสายไฟฟ้าด้านไฟฟ้ากระแสตรง และบริเวณสายไฟฟ้าเฟส B ด้านไฟฟ้ากระแสสลับ จากนั้นได้ทำการออกแบบอุปกรณ์ป้องกันฟ้าผ่า ที่มีพิกัดป้องกันกระแสฟ้าผ่าขนาด 40 kA นำมาติดตั้งในระบบด้าน 1 เฟส และ 3 เฟส เพื่อทำการเปรียบเทียบผลค่าแรงดันไฟฟ้าสูงสุดที่เกิดขึ้นของระบบผลิตไฟฟ้าในกรณีที่ไม่มีอุปกรณ์ป้องกันฟ้าผ่าเปรียบเทียบกับกรณีของระบบผลิตไฟฟ้าที่ติดตั้งอุปกรณ์ป้องกันฟ้าผ่า

จากผลการศึกษาพบว่าอุปกรณ์ป้องกันฟ้าผ่าที่ออกแบบและนำมาติดตั้งในระบบผลิตไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์สามารถลดค่าแรงดันไฟฟ้าสูงสุดได้ โดยกรณีของฟ้าผ่าตรงลาแรก ด้านไฟฟ้ากระแสสลับ ค่าแรงดันไฟฟ้าสูงสุดลดลง 10.73 เปอร์เซ็นต์ 5.94 เปอร์เซ็นต์ และ 4.26 เปอร์เซ็นต์กรณีฟ้าผ่าทางตรงลาต่อมาค่าแรงดันไฟฟ้าสูงสุดลดลง 12.51เปอร์เซ็นต์ 7.16เปอร์เซ็นต์ และ 5.21 เปอร์เซ็นต์ และในกรณีฟ้าของผ่าทางอ้อมค่าแรงดันไฟฟ้าสูงสุดลดลง 51.43เปอร์เซ็นต์ 32.20เปอร์เซ็นต์และ 24.16 เปอร์เซ็นต์ ตามลำดับ ดังนั้นจากการวิเคราะห์ผลการศึกษาที่ได้ สามารถนาไปใช้เป็นแนวทางในการออกแบบระบบป้องกันฟ้าผ่าเพื่อป้องกันความเสียหายที่อาจจะเกิดขึ้นกับอุปกรณ์ในระบบผลิตไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์แบบติดตั้งบนพื้นดินต่อไป

 ABSTRACT

This thesis aimed to study the impact of lightning events on the ground-mounted photovoltaic farm with a generation capacity of 10 MW or less. PSCAD 4.6.0 program was used to create lightning models and to analyze the effects of the peak voltage and the current in the power system. Then, the effective lightning protection in the solar power system was designed and tested.

PSCAD 4.6.0 program was operated to simulate three lightning events in the power system: 10/350 MS direct lightning waveform, 0.25/100 MS direct lightning waveform, and 8/20 MS indirect lightning waveform. In each lightning waveform experiment, three lightning currents were included: 20 kA, 40 kA, and 60 kA. The lightning point bolts were at the DC side and AC side of phase B. After that, the design of 40 kA lightning protection device was installed in the one-phase and the three-phase systems. Then, the maximum voltages of the solar system, with and without the lightning protection equipment, were compared.

The study revealed that the lightning protection equipment installed in the solar power system could reduce the maximum voltage of the solar system. The maximum voltages of the first direct lightning events were decreased by 10.73 Percent, 5.94 Percent, and 4.26 Percent, respectively. Moreover, the maximum voltages of the second direct lightning events were declined by 12.51 Percent, 7.16 Percent, and 5.21 Percent, respectively. Furthermore, the maximum voltages of the indirect lightning events were dropped by 51.43 Percent, 32.20 Percent, and 24.16 Percent, respectively. In conclusion, these results could be used as a guideline for the design of lightning protection systems to prevent the damages of the equipment in ground-mounted photovoltaic farms.

Download : แนวทางการออกแบบระบบป้องกันฟ้าผ่าสาหรับระบบผลิตไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์แบบติดตั้งบนพื้นดิน