Nowe produkty BENY rozwiązują problem dachowych elektrowni fotowoltaicznych w zakresie powstawania łuku elektrycznego DC i zagrożenia pożarowego
Zagrożenie pożarowe
W ostatnich latach dochodziło w elektrowniach fotowoltaicznych do pożarów, które powodują utratę elektrowni, a co za tym idzie dochodów z wytwarzania energii, ale także są przyczyną uszkodzeń budynków.
Łuk prądu stałego jest najczęstszym zjawiskiem powodującym uszkodzenie elektrowni fotowoltaicznej. Łuki powstają z powodu zaniku styków, starzenia się urządzenia, pęknięcia izolacji i słabego uziemienia. Co więcej, szkoda spowodowana łukiem prądu stałego jest znacznie większa niż szkoda powstała w wyniku wystąpienia łuku prądu przemiennego, ponieważ prąd stały nie ma punktu przejścia przez zero (momentu wyłączenia). Gdy już się pojawi, jest trudny do ugaszenia, pali się ciągłym płomieniem, powodując pożar. Według statystyk, ponad połowa pożarów w elektrowniach fotowoltaicznych jest spowodowana przez łuki prądu stałego. Wraz ze wzrostem osiągów modułów fotowoltaicznych wzrasta moc i prąd systemu po stronie DC. Zgodnie z prawem Joule’a Q = I²Rt, prąd podwaja się, a efekt cieplny punktu zwarcia wzrasta 4-krotnie, znacznie zwiększając ryzyko wywołania pożaru.
Klasyfikacja łuku elektrycznego DC
W przeciwieństwie do tradycyjnych produktów elektrycznych, moduły fotowoltaiczne i ich okablowanie nie mają integralnej obudowy, która zatrzymywałaby łuki i iskry spowodowane usterkami komponentów i okablowania, podczas gdy wiele instalacji fotowoltaicznych jest w stanie pracować przy typowych napięciach prądu stałego, które podtrzymują łuki DC.
Istnieją trzy główne kategorie łuków w instalacjach PV:
- łuki szeregowe, które mogą być spowodowane nieprawidłowym okablowaniem lub uszkodzonym okablowaniem szeregowym,
- łuki równoległe, które mogą być spowodowane częściowymi zwarciami między sąsiednimi liniami o różnych potencjałach,
- łuki uziemienia – spowodowane uszkodzeniem izolacji.
Łuk elektryczny szeregowy
Łuk szeregowy znany jest również jako łuk ciągniony. Łuki szeregowe są zwykle spowodowane słabym kontaktem wtyczek kabli między komponentami i słabym połączeniem między kablami łańcucha a skrzynkami łączeniowymi lub falownikami. Ze względu na dużą liczbę połączeń szeregowych w elektrowni PV, w dachowej elektrowni fotowoltaicznej o mocy 1 MW znajduje się 2000 par wtyczek (złączy). Przy tak wielu połączeniach trudno jest zapewnić, że wszystkie złącza będą dobrej jakości. Zagrożenia te prowadzą do słabego kontaktu połączeń i powstawania łuków prądu stałego.
Obecnie kilka falowników posiada funkcję zabezpieczenia przed wyładowaniami łukowymi. Istnieją jednak poważne problemy z tym zabezpieczeniem: po pierwsze, jeśli w jednym ciągu wystąpi zwarcie łukowe, cały falownik zostanie wyłączony, powodując poważne uszkodzenia, nastąpi przerwa w wytwarzaniu energii; po drugie, bez funkcji lokalizacji zwarcia łukowego personel obsługujący i konserwujący nie może znaleźć dokładnej lokalizacji łuku na czas, co w zasadzie nie jest rozwiązaniem. Jedyną techniczną ochroną resetowania, jaką może zrobić personel, jest utrzymanie falownika w ruchu. Z tego punktu widzenia, funkcja ochrony przed powstawaniem łuku zintegrowana z falownikiem nie może naprawdę skutecznie rozwiązać problemu powstawania łuku.
Łuk elektryczny równoległy
Łuki równoległe są spowodowane głównie zwarciem przewodów dodatnich i ujemnych powstałych w wyniku uszkodzenia linii lub zwarciem między kablami poszczególnych szeregów. W przypadku mechanicznego zaciśnięcia lub zużycia kabli sąsiadujących za sobą, między elektrodami dodatnimi i ujemnymi lub między różnymi ciągami kabli wystąpią wyładowania łukowe zwane równoległym zwarciem łukowym. Jest jeszcze inna sytuacja, która może również prowadzić do powstawania łuków równoległych. Gdy łuki szeregowe w systemie nie zostaną wykryte na czas, ciepło łuków szeregowych wypala izolację kabli i generuje łuki równoległe.
Gdy łuk równoległy występuje między głównymi przewodami (kwadratowego???) układu komponentów, może uzyskać wystarczającą energię, powodującą poważny wypadek pożarowy trudny do ugaszenia. Łuk zwarciowy szeregowy można zgasić przez odłączenie szyny DC lub odpowiedniego ciągu systemu fotowoltaicznego. Łuk zwarciowy równoległy nie może zostać zgaszony w ten sam sposób. Może on nawet spowodować przepływ większego prądu przez ścieżkę łuku, co spowoduje, że łuk będzie bardziej intensywny.
Obecnie funkcja ochrony przed łukiem zintegrowana z falownikiem nie może wykrywać łuków równoległych i łuków uziemiających, natomiast moc niszcząca łuków równoległych jest często 10 razy większa niż łuków szeregowych, a zagrożenie bezpieczeństwa jest jeszcze większe.
Łuk elektryczny doziemny
Uszkodzenia elementów instalacji fotowoltaicznej w wyniku starzenia się lub ich uszkodzenia mechanicznego prowadzą do rozładowania doziemnego. Jeśli elementy zostaną ułożone płasko na dachu z kolorowej dachówki, wystąpią łuki doziemne lub upływy prądu. Tego rodzaju usterka nie jest łatwa do wykrycia, zwłaszcza w deszczowe dni. Obecnie rozwiązaniem jest wyłączenie falownika i odczekanie, aż ziemia wyschnie przed jego uruchomieniem. Ta metoda nie może skutecznie wyeliminować zagrożeń oraz ryzyka porażenia prądem.
Wysokie napięcie prądu stałego
W elektrowni fotowoltaicznej moduły fotowoltaiczne są połączone szeregowo, tworząc obwód wysokiego napięcia prądu stałego, który zwykle osiąga około 1000 V. Nawet po wyłączeniu systemu fotowoltaicznego w generatorze (połączonych modułach) nadal występuje wysokie napięcie prądu stałego – o wartości około 1000 V. Szczególnie w przypadku elektrowni fotowoltaicznych na dachach, gdy w elektrowniach fotowoltaicznych i budynkach wybucha pożar, trudno jest bezpiecznie prowadzić akcję ratowniczą i gaśniczą. Podczas rutynowej eksploatacji i konserwacji elektrowni lub konserwacji obiektu operatorzy i inspektorzy są również narażeni na ryzyko porażenia prądem.
Ustawy i przepisy krajowe
USA:
Zgodnie z najnowszą edycją dokumentu National Electrical Code NEC2020:
Przyjmij odległość do matrycy fotowoltaicznej 305 mm jako limit; poza limitem, w ciągu 30 s po uruchomieniu urządzenia wyzwalającego napięcie spada poniżej 30 V; W granicach limitu wymagane jest posiadanie systemu kontroli zagrożenia PV lub obniżenie napięcia do poniżej 80 V w ciągu 30 s po uruchomieniu urządzenia wyzwalającego.
Kanada:
Zgodnie z kanadyjskim kodeksem elektrycznym, wydanie 2021:
Gdy napięcie po stronie DC systemu fotowoltaicznego jest większe niż 80 V, należy zainstalować urządzenie do przerywania łuku lub inny równoważny sprzęt.
Gdy system fotowoltaiczny jest zainstalowany w budynku lub na budynku, należy zainstalować urządzenie do szybkiego wyłączania w odległości 1 m od modułu fotowoltaicznego. Po uruchomieniu urządzenia do szybkiego wyłączania wymagane jest obniżenie napięcia do poniżej 30 V w ciągu 30 s.
Niemcy:
Zgodnie z niemiecką normą VDE-AR-E 2100-712:
W systemie fotowoltaicznym, jeśli falownik jest wyłączony lub sieć ulegnie awarii, napięcie DC musi być mniejsze niż 120 V. Wspomniano o zastosowaniu urządzenia wyłączającego w celu obniżenia napięcia strony DC poniżej 120 V.
Australia:
Zgodnie z sekcją 4.3.3 najnowszej normy AS/NZS 5033:2021:
Gdy napięcie DC jest większe niż 120 V DC, pomiędzy modułem a falownikiem należy zainstalować urządzenie rozłączające.
Tajlandia:
Zgodnie z sekcją 4.3.13 Tajskiego kodeksu elektrycznego – instalacje solarnego zasilacza dachowego 2022:
Wymagane jest, aby dachowa elektrownia fotowoltaiczna była wyposażona w urządzenie do szybkiego wyłączania, a limit wynosi 300 mm od matrycy (generatora) fotowoltaicznej. Napięcie z zakresu limitu spada do poniżej 80 V w ciągu 30 s po uruchomieniu urządzenia, a poza zakresem do wartości poniżej 30 V.
W celu zapewnienia bezpieczeństwa przeciwpożarowego na dachu i dla budynku, na którym znajduje się instalacja fotowoltaiczna, urządzenia szybkiego wyłączania modułu BENY na poziomie łańcucha kontrolują napięcie paneli do pewnego bezpiecznego poziomu w ciągu mikrosekundy. Zapobiegaj wypadkom i popraw bezpieczeństwo systemu zasilania energią słoneczną. Rozwiązania do szybkiego wyłączania BENY zostały zaprojektowane zgodnie z normami CE, TUV, UL, zgodne z krajowymi przepisami i regulacjami, takimi jak Thai Electrical Code oraz NEC2020. Jako członek sojuszu Sunspec, BENY opracowuje RSD do komunikacji PLC, aby zapewnić większą zgodność z wieloma falownikami łańcuchowymi. Sprawdź produkty już teraz.
Podsumowanie
Zapewnienie bezpieczeństwa elektrowni fotowoltaicznych jest zagadnieniem cieszącym się dużym zainteresowaniem całej branży. Aby skutecznie rozwiązać ten problem, cała branża musi współpracować dla tworzenia i opracowywania innowacyjnych metod, stale doskonalić odpowiednie normy i przepisy, a następnie budować elektrownie fotowoltaiczne zgodnie z obowiązującymi przepisami.
Jako podstawa ważnej infrastruktury energetycznej, bezpieczna, stabilna i wydajna praca elektrowni fotowoltaicznych jest ważną gwarancją rozwoju gospodarczego.
artykuł sponsorowany