Čo je porucha jednosmerného oblúka?
Poruchou oblúka je tok elektrickej energie cez vzduchovú medzeru prostredníctvom molekúl ionizovaného plynu. Zatiaľ čo sa vzduch bežne považuje za nevodivé médium, vysoký rozdiel potenciálov (napätie) medzi dvoma vodičmi v tesnej blízkosti môže spôsobiť, že sa molekuly vzduchu rozpadnú na svoje ionizované zložky (nazývané‘plazma’), ktoré potom môžu prenášať náboj z jednej elektródy na druhú.
Teplota elektrického oblúka závisí od mnohých faktorov, ako je napríklad úroveň prúdenia prúdu, ale na typickom FV systéme je dostatočne ľahko horúci na to, aby roztavil sklo, meď a hliník a inicioval spaľovanie okolitých materiálov.
Poruchy jednosmerného oblúka sa vyskytujú na jednosmernej kabeláži FV solárnych systémov.
Schematický diagram– Sieťový invertorový solárny systém s nechránenou jednosmernou kabelážou. Kabeláž, spoje a elektrické zariadenia vystavené poruchám jednosmerného oblúka sú zobrazené červenou farbou
Je v elektrických systémoch striedavého prúdu problém? Č
Oblúk sa v bežných elektrických systémoch na striedavý prúd nepovažuje za bežné nebezpečenstvo. Je to čiastočne preto, že normy, postupy a návrhy komponentov v elektrotechnickom priemysle sa za posledných asi 100 rokov vyvinuli do bodu, keď sú moderné striedavé inštalácie veľmi bezpečné.
V systémoch striedavého prúdu nie je oblúk menším problémom, pretože oblúky striedavého prúdu majú tendenciu sa samočinne zhasínať pri striedaní napätia, ktoré pri štandardných sieťových zdrojoch prechádza stokrát za sekundu cez 0 voltov. Aby bol oblúk sebestačný, musia byť podmienky pre jeho spustenie neustále prítomné. Jednosmerný prúd zostáva na nepretržitom napätí a akonáhle sa vytvorí oblúk, bude pokračovať tak dlho, kým bude jednosmerné napätie
Vyskytujú sa poruchy jednosmerného oblúka na všetkých solárnych systémoch? Č
Poruchy jednosmerného oblúka sa vyskytujú iba v sieťových invertorových systémoch, ktoré majú nechránené obvody jednosmerného napätia nad približne 80 voltov jednosmerného prúdu.
Kde sa v slnečnej sústave vyskytujú chyby jednosmerného oblúka?
Poruchy sa môžu vyskytnúť kdekoľvek na DC vedení, ktoré vedie od solárnych modulov na streche k strunovému invertoru, ktorý je zvyčajne inštalovaný v susedstve hlavného rozvádzača. V DC obvode malého domáceho solárneho systému (2kW) je približne 26 pripojení, ktoré sú realizované na mieste solárnym inštalatérom, a približne 50 pripojení v systéme s výkonom 5kW. Všetky tieto pripojenia vykonané solárnym technikom sú potenciálnym bodom zlyhania.
Možné miesta poruchy sú aj vo vnútri solárnych modulov, jednosmerných izolátorov a stringového invertora.
Aké sú typy porúch jednosmerného oblúka, ktoré sa vyskytujú v solárnych systémoch pomocou strunových invertorov?
Existujú tri bežné typy porúch jednosmerného oblúka:
Séria– Sériový oblúk nastane, keď je prerušené spojenie, zatiaľ čo PV vyrába prúd. Akékoľvek prerušované spojenie v ss obvode má potenciál na vytvorenie poruchy ss oblúka. Tieto spojenia môžu zahŕňať spájkované spoje v rámci modulu, stlačené drôtové spojenia, konektory použité na káblových vodičoch pripojených k FV modulom, spojenia v jednosmerných izolátoroch, spojenia v striedači, akékoľvek jednosmerné obvody v striedači alebo ktorúkoľvek jednosmernú kabeláž v strunový obvod.
Paralelne– Paralelné oblúky vznikajú, keď dôjde k poruche v izolačnom systéme a prúdi prúd medzi kladným a záporným pólom. Dva vodiče s opačnou polaritou v tom istom jednosmernom obvode sú často vedené v tesnej blízkosti navzájom. Izolácia medzi dvoma vodičmi sa môže stať neúčinnou v dôsledku žuvania zvierat, rozpadu UV žiarenia, krehnutia, praskania, vnikania vlhkosti a mechanického poškodenia. Poruchy paralelného oblúka môžu pokračovať pozdĺž vodičov smerom k materiálom spaľujúcim pole pozdĺž cesty.
K zemi– Táto porucha si vyžaduje iba poruchu uzemnenia jedného izolačného systému. Môže to byť rám solárneho modulu, regál solárneho poľa, strecha alebo akýkoľvek iný uzemnený povrch.
Porucha môže často začínať ako jeden typ poruchy (napr. Sériová chyba), ale môže sa vyvinúť do iného typu poruchy (napr. Paralelná chyba).
Čo môže spustiť poruchu jednosmerného oblúka?
Porucha spojitosti vodičov z dôvodu:
·Uvoľnené kĺby v dôsledku zlej inštalácie
·Uvoľnené kĺby v dôsledku nekvalitných spojov
·Korózia kĺbov v priebehu času
Porucha zatepľovacieho systému:
·Degradácia izolácie v priebehu času v dôsledku vystavenia UV žiareniu
·Praskanie izolácie v priebehu času v dôsledku zmien teploty (horúce– chladný)
·Degradácia izolácie v dôsledku starnutia
·Poškodenie izolácie hlodavcami, hmyzom, vtákmi
·Poškodenie izolácie počas inštalácie
·Poškodenie izolácie budúcimi stavebnými prácami
·Prenikanie vody do káblov, potrubí.
·Vnikanie vody do DC izolátorov z dôvodu nesprávnej inštalácie
·Vnikanie vody do DC izolátorov v dôsledku degradácie tesnení v priebehu času
·Prenikanie vody do invertora
·Prenikanie vody do solárneho modulu alebo spojovacej skrinky
Sú chyby DC oblúka niečo, čoho sa treba obávať?ÁNO
Poruchy DC oblúka boli identifikované ako hlavná príčina viac ako 400 domácich a komerčných požiarov budov v Austrálii– stavebné požiare, ktoré ohrozujú bezpečnosť cestujúcich a spôsobujú škody na majetku. Poruchy jednosmerného oblúka tiež spôsobujú značné škody na solárnych zariadeniach.
Najkvalitnejšie komponenty DC kabeláže je možné vyberať a inštalovať s najväčšou opatrnosťou. K izolácii káblov a degradácii vodičov však časom dôjde, čo môže spôsobiť poruchu jednosmerného oblúka.
Ak vidíte alebo počujete poruchu jednosmerného oblúka, môže vypnutie meniča oblúk zastaviť?Č
Poruchy jednosmerného oblúka sa vyskytujú na jednosmernej kabeláži pod solárnym poľom, kdekoľvek pozdĺž jednosmernej kabeláže od solárneho poľa na streche k strunovému invertoru a dokonca aj vnútri strunového invertora. Vypnutie meniča nevypne jednosmerné vedenie. DC vedenie zo solárneho poľa do invertora je pod napätím vždy, keď svieti slnko a neexistuje žiadny spôsob, ako ho izolovať. Vypnutie meniča teda neuhasí poruchu jednosmerného oblúka. V závislosti od miesta poruchy môže prevádzka izolátora DC na streche izolovať poruchu a uhasiť oblúk, čo si však bude vyžadovať prístup na strechu a umiestnenie príslušného izolátora DC. Prerušenie poruchy jednosmerného oblúka izolátorom nie je bez vlastných nebezpečenstiev a považuje sa iba za poslednú možnosť.
Poskytujú strunové invertory so zabudovanou ochranou pred oblúkovým oblúkom ochranu pre všetky typy porúch jednosmerného oblúka?Č
V súčasnosti sú k dispozícii niektoré reťazcové invertory so zabudovanou detekciou oblúkovej poruchy. Tieto však NEDETEKUJÚ a neizolujú všetky typy porúch DC oblúka uvedené vyššie.
Invertory so zabudovanou detekciou oblúka identifikujú poruchu oblúka jednosmerným prúdom pomocou šumu na jednosmernej kabeláži produkovanej oblúkom. Akonáhle je detekovaný oblúk, bude DC obvod na meniči izolovaný. Týmto zhasnete a‘série’ oblúk ale NEHASÍ a‘paralelne’ alebo‘zem’ poruchový oblúk. DC izolácia pod solárnym poľom a smerom k invertoru zostane aktívna, keď je DC obvod izolovaný od invertora. Paralelná alebo zemná porucha bude v solárnych systémoch s oblúkovými jednosmernými prúdovými chráničmi pokračovať v oblúku.
Vyskytujú sa poruchy jednosmerného oblúka iba na DC izolátoroch?Č
Niektorí solári inštalujú spoločnú vieru v to, že chyby jednosmerného oblúka sa vyskytujú iba na izolátoroch jednosmerného prúdu. To nie je správne. Poruchy jednosmerného oblúka sa vyskytujú všade tam, kde sú kĺby v kábloch DC, porucha spojitosti káblov alebo porucha izolácie. K tomu dochádza na solárnych moduloch, DC konektoroch, DC kábloch, spojoch v DC izolátoroch alebo vo vnútri invertora.
Je odstránenie DC strešných izolátorov možnosťou zníženia porúch DC oblúka?Č
Neinštalácia strešných izolátorov jednosmerného prúdu určite vylúči možnosť ich zlyhania v budúcnosti. Základná elektrická teória však vyžaduje, aby bolo možné izolovať generátor elektrickej energie čo najbližšie k zdroju. Napríklad, ak dôjde k poruche na jednosmernej kabeláži v strešnej dutine alebo kdekoľvek medzi solárnymi modulmi a stringovým invertorom, musí byť systém izolovaný tak, aby bolo možné poruchu izolovať. Ak mala osoba nešťastie, že prišla do styku s jednosmerným vedením, štandardným bezpečným záchranným postupom je izolácia napájacieho zdroja pred pokusom o záchranu.
Takže aj keď sa odstránenie DC strešného izolátora môže javiť ako ľahký spôsob, ako zabrániť ich zlyhaniu, nie je praktické nechať systém nijako izolovať solárne pole v prípade poruchy alebo nehody.
Zabráni odstránenie DC izolátorov poruchám DC oblúka?Č
Poruchy jednosmerného oblúka sa vyskytujú všade tam, kde sú kĺby v kábloch DC, prerušenie kontinuity kábla alebo porucha izolácie kábla. Ak bol izolátor jednosmerného prúdu nahradený spojovacou skriňou alebo zoraďovacou skrinkou jednosmerného konektora, poruchy sa budú naďalej vyskytovať v tomto bode aj v iných bodoch jednosmerného obvodu.
Najefektívnejším prístupom na prevenciu porúch jednosmerného oblúka je eliminácia prítomnosti nebezpečného jednosmerného napätia pomocou mikroinvertorov alebo použitie niektorých systémov optimalizovaných pre jednosmerný prúd s bezpečným jednosmerným prúdom.
Zvyšuje sa pravdepodobnosť porúch jednosmerného oblúka, keď solárne systémy s reťazcovými invertormi starnú?ÁNO
Pravdepodobnosť poruchy jednosmerného oblúka stúpa so starnutím solárnych systémov. Je to tak preto, lebo kĺby v jednosmernom vedení korodujú v priebehu času a zvyšujú tak impedanciu, čo spôsobuje teplo a prerušenie spojitosti spoja, čo vedie k poruche jednosmerného oblúka. Tesnenia na izolátoroch, potrubiach atď. Sa tiež časom degradujú a umožňujú zvýšenie vody, čo môže spôsobiť poruchu jednosmerného oblúka.
Hlodavce, hmyz, vtáky môžu poškodiť izoláciu, budúce práce môžu poškodiť izoláciu alebo sa môže izolácia časom jednoducho znehodnotiť.
Je pravda, že pokiaľ je solárny systém s jednosmerným prúdom inštalovaný v súlade s austrálskymi normami (AS5033) a používajú sa kvalitné zariadenia a inštalačné postupy, potom je systém‘bezpečné’?Č
Vyskytlo sa veľa prípadov požiarov, ktoré sa začali v dôsledku uvažovaného zariadenia‘vysoká kvalita’ v čase, keď bol inštalovaný, len aby ho výrobca po rokoch odvolal z dôvodu výrobných alebo konštrukčných chýb. Tieto poruchy sa často prejavia až po niekoľkých rokoch prevádzky systému.
Inštalácia solárnych systémov na strechy je zložitá a občas nebezpečná úloha, najmä v často horúcich a nepohodlných podmienkach. Tieto podmienky neprispievajú k dokonalému spracovaniu a utiahnutie spojovacej skrinky alebo izolátora jednosmerného prúdu na správny krútiaci moment trvá iba chvíľu.– ktoré nakoniec zlyhajú kvôli vniknutiu vody. Praktická skúsenosť je taká, že aj najlepší obchodník môže občas robiť chyby a pri systémoch DC môžu mať tieto chyby katastrofické následky.
Austrálske normy (najmä AS5033) sa snažia vyvinúť maximálne úsilie, aby sa pokúsili eliminovať všetky pravdepodobné príčiny porúch jednosmerného oblúka v slnečnej sústave. Existujú prísne inšpekčné režimy (oveľa viac ako bežná elektrická inštalácia) a stále existuje veľa príkladov katastrofických porúch jednosmerného oblúka, ktoré sa v Austrálii vyskytujú každý deň na solárnych systémoch DC. Toto by malo zodpovedať otázku, či je dodržiavanie existujúcich austrálskych štandardov dostatočné na odstránenie porúch jednosmerného oblúka.
Jediným spôsobom, ako eliminovať riziko porúch jednosmerného oblúka, je vylúčiť samotné nebezpečné jednosmerné napätie zo systému alebo použiť technológiu špeciálne navrhnutú na zníženie sieťového napätia na bezpečnú úroveň v prípade poruchy.
Môže pravidelná údržba zabrániť poruchám jednosmerného oblúka na solárnych systémoch so strunovými invertormi a nechránenou jednosmernou kabelážou?Č
Panuje všeobecná predstava, že ak je solárny systém s jednosmerným prúdom s nechránenou stredonapäťovou jednosmernou kabelážou inštalovaný v súlade s austrálskymi normami AS5033 a je pravidelne udržiavaný, je úplne bezpečný. To nie je pravda. Solárny inštalatér môže solárnu sústavu pravidelne udržiavať. Avšak aj tú noc po prehliadke alebo každú noc po prehliadke môže hlodavec, vačica atď. Prehryznúť izoláciu DC kabeláže. Keď vyjde slnko, solárne panely začnú vyrábať energiu, holé vodiče budú pod napätím, čo spôsobí poruchu jednosmerného oblúka a požiar. Je prakticky nemožné, aby solárny inštalatér skontroloval, či sú všetky tesnenia vodotesné a zabraňujú vnikaniu vody, a tiež či nie sú všetky spoje káblov skorodované a či sú vystavené vysokej impedancii.
Jednoducho neexistuje žiadny program údržby, ktorý by zabránil poruche jednosmerného oblúka na solárnych systémoch so strunovými invertormi a nechránenou jednosmernou kabelážou.
Vyskytuje sa to iba v Austrálii?Č
USA sú pri riešení tohto problému na čele Austrálie. V roku 2014 zaviedli prostredníctvom Národného elektrotechnického kódexu (NEC) požiadavky na rýchle vypnutie solárnych panelov. Keď je systém vypnutý, odpojí sa jednosmerný kábel zo strechy k invertoru. Aj keď to pomohlo, prípady porúch jednosmerného oblúka na solárnom poli pokračovali. takže teraz plánujú zaviesť opatrenia podľa NEC2017 týkajúce sa rýchleho vypnutia na úrovni solárnych panelov s cieľom obmedziť maximálne jednosmerné napätie v poliach na 80 V ss alebo nižšie, keď je systém vypnutý. Rýchle vypnutie na úrovni solárneho panelu zabezpečí vyššiu bezpečnosť pre pohotovostné služby a pre všetkých, ktorí môžu prísť do kontaktu so solárnym systémom.
Spojené kráľovstvo uznalo problém a podrobne vyšetruje slnečné požiare spôsobené poruchami jednosmerného oblúka.
(Referencia z https://www.acsolarwarehouse.com/)
