Težave s fotovoltaiko DC Arc, Uvod in rešitve

S hitrim razvojem solarne tehnologije je fotovoltaična proizvodnja energije postala ena izmed pomembnih rešitev zelene energije po vsem svetu. Fotonapetostni sistemi imajo pomembno vlogo, bodisi na stanovanjskih strehah, industrijskih parkih ali velikih-sončnih elektrarnah. Hkrati se pozornost postopoma posveča varnostnim vprašanjem fotovoltaičnih sistemov. DC oblok kot električni pojav, ki lahko vpliva na stabilnost fotonapetostnih sistemov, je vreden natančnega razumevanja vsakega strokovnjaka in uporabnika.

1. Pomen vžiga DC obloka

Enosmerni tokovni oblok, kot že ime pove, se nanaša na pojav, pri katerem nastane oblok med kontaktnimi točkami, ko je pot toka v enosmernem tokokrogu nenadoma prekinjena.

Električni oblok je vrsta pojava razelektritve plina. Ko je plin ioniziran, tvori prevodni kanal, kar ima za posledico električni oblok. V fotonapetostnih enosmernih tokokrogih, ko se v tokokrogu pojavi majhna vrzel, bo enosmerna napetost v reži ustvarila električno polje v njej. Ko električna poljska jakost doseže določeno raven, postanejo molekule zraka ionizirane. Molekule zraka so sestavljene iz atomov, ki so sestavljeni iz pozitivno nabitih jeder in negativno nabitih elektronov. Pod močnim električnim poljem elektroni pridobijo dovolj energije, da se osvobodijo jedra in postanejo prosti elektroni. Ti prosti elektroni se pospešijo v električnem polju, trčijo z drugimi molekulami zraka, ionizirajo več molekul in tako ustvarijo veliko število prostih elektronov in pozitivnih ionov. Ta proces je znan kot razgradnja plina. Ko se plin razgradi, nastane električni oblok.

Postopek vžiga DC obloka:

Za enosmerni tok, ker nima ničelne točke prehoda in smer toka se ne spreminja, lahko oblok neprekinjeno prejema energijo, zaradi česar je težko sam ugasniti.

Glede na način povezovanja vezja in lokacijo obloka lahko loke razdelimo na zaporedne loke in vzporedne loke (ozemljitveni lok se lahko šteje za posebno vrsto vzporednega loka). Zaporedni obloki se običajno pojavijo znotraj enega vodnika pod napetostjo. Ker je razmik med vodniki majhen in je vodnikov veliko, je pogostost pojavljanja večja; poleg tega, ker je signal serijskega obloka šibek in ga je zlahka prikrit s šumom, ga je težko zaznati in, če ga ne obravnavamo pravočasno, lahko zlahka povzroči požar. Med različnimi vodniki pod napetostjo se običajno pojavijo vzporedni loki. Ker je razmik med vodniki velik in pot zapletena, je pogostost pojavljanja manjša. Trenutno lahko zaščitni ukrepi, kot so varovalke in odklopniki, učinkovito nadzorujejo vpliv vzporednih lokov.

2. Vzroki zaDC Arc Striking

2.1 Težave s komponento povezave

Priključne komponente so ena najpogostejših težavnih točk v fotonapetostnih sistemih in so tudi glavni vzrok za DC oblok.

• Zrahljani, oksidirani ali obrabljeni konektorji (kot so vtiči MC4) so ​​pogoste težave: med dolgotrajno-uporabo se lahko konektorji zrahljajo zaradi dejavnikov, kot so vibracije in spremembe temperature. Zrahljani konektorji lahko povečajo kontaktni upor in ustvarijo veliko količino toplote, ko tok teče skozenj, zaradi česar se temperatura konektorja dvigne. Visoke temperature pospešijo oksidacijo in obrabo konektorja, kar ustvarja začaran krog, ki sčasoma povzroči vrzeli, ki lahko sprožijo iskrenje.

• Stiskanje kabelskih spojev ni v skladu s standardom: nezadostna sila stiskanja ali puščanje lahko povzroči slab stik na kabelskih spojih, kar prav tako poveča kontaktni upor, ustvarja visoke temperature in lahko posledično povzroči oblok.

2.2 Težave z vodnikom

Žice so v fotovoltaičnih sistemih pomembne komponente za prenos toka, njihova kakovost in stanje pa neposredno vplivata na varno delovanje sistema.

• Poškodba izolacijskega sloja kabla lahko povzroči vrzel med vodnikom in ozemljitvenimi telesi ali kovinskimi nosilci, kar lahko privede do iskrenja: izolacija kabla se lahko poškoduje med namestitvijo ali uporabo zaradi dejavnikov, kot so mehanske poškodbe ali kemična korozija.

• Žico lahko poškodujejo zunanje sile (kot so grizenje glodavcev ali mehansko trenje), kar povzroči lokalno izpostavljenost, ki je tudi eden od vzrokov za raztezanje obloka: V nekaterih zunanjih fotonapetostnih elektrarnah se občasno pojavlja grizljanje kablov s glodavci.

2.3 Dejavniki okolja in staranja

Okoljski dejavniki in staranje opreme so prav tako pomembni vzroki za enosmerni oblok v fotovoltaičnih sistemih.

• Dolgotrajna izpostavljenost visokim temperaturam in visoki vlažnosti lahko pospeši staranje komponent, kar vodi do zmanjšanja izolacijske učinkovitosti: v okoljih z visoko-temperaturo se materiali komponent termično starajo, kar povzroči postopno slabšanje njihove učinkovitosti; v okoljih z-visoko vlažnostjo lahko komponente postanejo vlažne, kar vpliva na njihove izolacijske lastnosti.

• Na priključnih točkah se nabirata prah in korozija, kar lahko prekine električno kontinuiteto in povzroči razelektritev v vrzeli: v prašnih okoljih z močno korozivnostjo se na priključnih točkah običajno nabere velika količina prahu in jedkih snovi. Ti materiali lahko ovirajo prenos električnega toka, povečajo upor na priključnih točkah, povzročijo visoke temperature in lahko povzročijo oblok.

3.Tehnologija zaznavanja in uporaba enosmernega obloka v fotovoltaiki

3.1 Prekinjevalec tokokroga zaradi napake obloka (AFCI/AFDD)

Funkcija AFCI je, da 'zazna in prekine napajanje' takoj, ko se pojavi oblok, in tako prepreči širjenje požara.

Običajno je integriran v enosmerne kombinirane omarice, pretvornike ali odklopnike za spremljanje trenutnih signalov v realnem času. Ko pride do obloka, valovna oblika toka kaže poseben visoko{1}}frekvenčni šum in popačenje. AFCI uporablja algoritme za zaznavanje tega nenormalnega signala in hitro prekine vezje.

Kot je prikazano v valovni obliki trenutnega spektra zgoraj, rdeča označuje pojav električnega obloka, ki je v jasnem kontrastu z modro, kjer obloka ni.

V tipičnem električnem sistemu se naključni hrup v ozadju na splošno opazno spreminja le pri frekvencah nad 200 kHz. V nasprotju s tem stikalna krmilna vezja, kot so pretvorniki v električnem sistemu, običajno delujejo pri spektrih pod 50 kHz. Da ne omenjam, sam signal AC napajanja je na še nižji frekvenci 50/60 Hz. Zato je z uporabo algoritma FFT za pretvorbo zaznanega kabelskega toka v frekvenčno domeno in nato analizo frekvenčnega pasu med 30 kHz in 100 kHz mogoče učinkovito razlikovati med normalnim delovanjem sistema vezja in nenormalnimi pogoji obloka.

Glavna struktura

Odklopniki AFCI so v glavnem sestavljeni iz modula odklopnika, modula za uhajanje, napajalnega modula, modula za kondicioniranje signala, modula sprožilne enote in modula komunikacijskega vmesnika.

• Napajalni modul: napaja ustrezne naprave znotraj AFCI/AFDD.

• Modul za kondicioniranje signala: Tokovni signal v glavnem tokokrogu se skozi linijski tokovni transformator prenese v modul za kondicioniranje signala. Modul ojača, popravi in ​​filtrira signal, preden ga pošlje mikrokrmilniku v obdelavo.

• Prožilni modul: v obločnem odklopniku AFCI elektromagnetna struktura prožilnega modula sprejme novo tehnologijo-varčevanja z energijo, kar zmanjšuje izgube v jedru in kratke{1}}veze elektromagnetnega sistema stikala, s čimer poveča prihranek energije. Dodana je vmesna naprava za zmanjšanje vpliva energije na elektromagnetni sistem, izboljšanje delovanja zapiranja stikala in podaljšanje njegove življenjske dobe. Delovni mehanizem prožilnega modula lahko sprejme signale napak, ki jih zazna glavni krmilni čip MCU, in prek krmilnih kontaktov prekine vezje tuljave, pri čemer elektromagnetni mehanizem prekine glavno vezje. Ko je napaka odpravljena, s pritiskom na tipko za upravljanje ponastavite modul.

• Modul komunikacijskega vmesnika: ta modul omogoča-prenos podatkov v realnem času, kot so signali toka, napetosti, faze toka in obloka, na terminalski računalnik, kar omogoča nadzor na daljavo.

Načelo delovanja

Glavni krmilni čip MCU odklopnika za napako obloka AFCI spremlja trenutni signal v glavnem tokokrogu v realnem času. Ko je v glavnem vezju zaznana napaka obloka, mikrokrmilnik pošlje signal za izklop, vezje za izklop pa izvede operacijo izklopa.

3.2Infrardeča tehnologija toplotnega slikanja

Tehnologija infrardečega termičnega slikanja prek infrardeče kamere zazna nenormalno segrevanje na povezovalnih točkah, kar omogoča vnaprejšnjo identifikacijo morebitnih tveganj obloka. Slab stik pogosto spremljajo lokalne visoke temperature in infrardeče toplotne slike lahko jasno prikažejo ta visoko{1}}temperaturna območja, kar vzdrževalnemu osebju zagotavlja intuitivno referenco.

4. Zaščitni ukrepi in izvedba za napake enosmernega obloka v fotovoltaiki

4.1 Standardna namestitev

Pravilna namestitev je temelj za preprečevanje enosmernega obloka v fotovoltaičnih sistemih. Med postopkom namestitve se prepričajte, da so konektorji in kabelski spoji trdno stisnjeni, da preprečite ohlapne povezave. Za stiskanje je treba uporabiti profesionalna orodja, ki delujejo z določeno silo, da zagotovijo minimalen kontaktni upor na priključnih mestih.

Hkrati izberite izolacijske materiale, ki ustrezajo standardom, da zmanjšate tveganje mehanskih poškodb. Pri nameščanju kablov se izogibajte pretiranemu upogibanju in raztezanju, da preprečite poškodbe izolacijske plasti.

4.2 Izbira komponente

Izberite priključke in kable, ki so odporni na staranje in visoke temperature ter še posebej v težkih okoljih povečajo stopnjo zaščite komponent (kot je IP65/IP67). Pri izbiri komponent v celoti upoštevajte okoljske pogoje fotonapetostne elektrarne, kot so temperatura, vlaga in korozivnost.

V fotovoltaičnih elektrarnah na območjih z visoko{0}}temperaturo je treba na primer izbrati konektorje in kable, ki lahko ohranijo stabilno delovanje pri višjih temperaturah; v zelo korozivnih okoljih, kot so obalna območja, je treba izbrati komponente, ki so odporne proti koroziji.

4.3 Optimizacija zasnove sistema

Optimizacija zasnove sistema je ključnega pomena za preprečevanje enosmernega obloka v fotovoltaičnih sistemih. Med postopkom načrtovanja je pomembno, da se izogibate pretirano visokim enosmernim napetostim (ki morajo biti v skladu z varnostnimi standardi), zmanjšate dolge kable in čim bolj zmanjšate verjetnost praznjenja v vrzeli.

Razumno načrtujte razporeditev fotonapetostnih modulov in napeljavo kablov, tako da zmanjšate dolžino kabla in zmanjšate število zavojev in spojev v kablih. Hkrati je treba namestiti ustrezne zaščitne naprave, kot so varovalke, odklopniki in naprave za zaščito pred obločnimi napakami, da takoj prekinete napajanje v primeru kakršnih koli nepravilnosti v tokokrogu.