Zagrożenie pożarowe
W ostatnich latach, PV Często dochodziło do pożarów w elektrowniach, które nie tylko powodują utratę własności elektrowni i dochodów z wytwarzania energii, ale także powodują uszkodzenia budynków i obrażenia ciała, a nawet rozprzestrzeniają się na otaczające środowisko, powodując serię wtórnych katastrof.
Łuk prądu stałego jest najczęstszym zjawiskiem zwarcia w PV elektrownia. Łuki powstają z powodu zaniku styków, starzenia się urządzenia, pęknięcia izolacji i słabego uziemienia. Co więcej, szkoda łuku prądu stałego jest znacznie większa niż łuku prądu przemiennego, ponieważ nie ma punktu przejścia przez zero w łuku prądu stałego, gdy już się pojawi, będzie nadal się palił, trudno go ugasić i bardzo łatwo jest go spowodować pożary. Według statystyk, ponad połowa pożarów w elektrowniach fotowoltaicznych jest spowodowana przez łuki prądu stałego. Wraz ze wzrostem specyfikacji 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 wzrasta również ryzyko wywołania pożaru.
Klasyfikacja łuku DC
W przeciwieństwie do tradycyjnych produktów elektrycznych, nie ma zintegrowanej obudowy dla PV moduły i ich okablowanie, aby zawierały łuki i iskry spowodowane awariami komponentów i okablowania, podczas gdy wiele PV instalacje są zdolne do pracy przy typowych napięciach DC, które podtrzymują łuki DC.
Istnieją trzy główne kategorie łuków w PV instalacje:
— Łuki szeregowe mogą być spowodowane nieprawidłowym okablowaniem lub uszkodzonym okablowaniem szeregowym
— Łuki równoległe mogą być spowodowane częściowymi zwarciami między sąsiednimi liniami o różnych potencjałach
— Łuki uziemienia spowodowane uszkodzeniem izolacji
Seria Arc
Łuk serii, znany 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 wtyczek szeregowych w elektrowni fotowoltaicznej, w dachowej elektrowni fotowoltaicznej o mocy 2000 MW znajduje się 1 par wtyczek. Przy tylu parach wtyków trudno jest zapewnić, że wszystkie wtyczki będą dobrej jakości. Zagrożenia te prowadzą do słabego kontaktu i powstawania łuków prądu stałego.
Obecnie kilka falowników integruje funkcję zabezpieczenia przed wyładowaniami łukowymi, ale istnieją dwa główne problemy z tym zabezpieczeniem: Po pierwsze, jeśli w jednym ciągu wystąpi zwarcie łukowe, cały falownik zostanie wyłączony, powodując poważne uszkodzenia. Utrata wytwarzania energii; po drugie, bez funkcji lokalizacji zwarcia łukowego personel obsługujący i konserwujący nie może znaleźć lokalizacji łuku na czas i dokładnie, co w zasadzie nie jest rozwiązaniem. Jedyną techniczną ochroną resetowania, jaką mogą zrobić, jest utrzymanie falownika w ruchu. Z tego punktu widzenia, funkcja ochrony przed rysowaniem łuku zintegrowana z falownikiem nie może naprawdę skutecznie rozwiązać problemu błędu rysowania łuku.
Łuk równoległy
Łuki równoległe są spowodowane głównie zwarciem przewodów dodatnich i ujemnych spowodowanych uszkodzeniem linii lub zwarciem między kablami stringów. Gdy kable stringów są ściśnięte lub zużyte, pomiędzy dodatnią i ujemną elektrodą lub pomiędzy różnymi łańcuchami wystąpi wyładowanie łukowe, co jest równoległym zwarciem łukowym. Jest jeszcze inna sytuacja, która również może prowadzić do łuków równoległych. Gdy łuki szeregowe w systemie nie zostaną rozwiązane na czas, ciepło łuków szeregowych wypala izolację kabli i generuje łuki równoległe.
Kiedy łuk równoległy występuje między głównymi przewodami kwadratowego układu komponentów, ponieważ łuk może uzyskać wystarczającą energię, trudniej jest go zgasić, co spowoduje poważny wypadek pożarowy. Łuk zwarciowy szeregowy można zgasić przez odłączenie szyny DC lub odpowiedniego ciągu systemu fotowoltaicznego, ale łuk zwarciowy równoległy nie może zostać zgaszony i może nawet spowodować przepływ większego prądu przez ścieżkę łuku, powodując, że łuk będzie bardziej intensywny.
Obecnie funkcja ochrony przed łukiem zintegrowana z falownikiem nie może wykrywać łuków równoległych i łuków uziemiających, ale moc niszcząca łuków równoległych jest często 10 razy większa niż łuków szeregowych, a zagrożenie bezpieczeństwa jest jeszcze większe.
Łuk naziemny
Starzenie się i uszkodzenie elementów lub uszkodzenia mechaniczne prowadzą do rozładowania doziemnego. Jeśli elementy zostaną ułożone płasko na dachu z kolorowej dachówki, wystąpią łuki uziemienia lub przecieki. 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 i zwiększyć 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 w matrycy modułu fotowoltaicznego nadal występuje wysokie napięcie prądu stałego o wartości około 1000 woltów. Szczególnie w przypadku elektrowni fotowoltaicznych na dachach, gdy w elektrowniach fotowoltaicznych i budynkach wybucha pożar, trudno jest bezpiecznie ratować; podczas rutynowej eksploatacji i konserwacji elektrowni lub konserwacji mienia operatorzy i inspektorzy są również narażeni na ryzyko porażenia prądem.
Analiza ryzyka scenariusza
Rząd, szkoła, szpital, dach mieszkalny
1. Kontrola regionalna. Nie można używać dronów do skanowania komponentów pod kątem nieprawidłowości i nie można znaleźć zagrożenia na czas;
2. Populacja jest gęsta. Kwadratowy układ komponentów ma wyciek, wysokie ryzyko porażenia prądem personelu;
3. Ratunek jest ograniczony. W sytuacji awaryjnej, takiej jak pożar, nie można wyłączyć wysokiego napięcia sznurka, co utrudnia ratowanie;
4. Wpływ opinii publicznej. Jeśli zdarzy się wypadek, opinia publiczna będzie miała większy wpływ
Dach z dachówki stalowej w różnych kolorach
1. Trudno jest sprawdzić. Kolorowy dach z dachówki stalowej jest niewygodny w inspekcji, a zagrożenia bezpieczeństwa łukowego nie można wykryć na czas;
2. Ratunek jest ograniczony. W sytuacji awaryjnej, takiej jak pożar, nie można wyłączyć wysokiego napięcia sznurka, co utrudnia ratowanie;
3. Dach jest delikatny. A iskra łukowa DC jest łatwa do przepalenia przez kolorową płytkę stalową i wchodzi do niższej przestrzeni, powodując pożar i uszkodzenie mienia
Autostrady, rzeki i inne obszary
1. Zagrożenia dla środowiska. Sporadyczne iskry łukowe z niedopałków papierosów i komponentów mogą łatwo spowodować spalenie chwastów poniżej;
2. Trudne do sprawdzenia. Długi i wąski obszar jest niewygodny do kontroli, obsługa i konserwacja są trudne, a zagrożeń nie można znaleźć na czas;
3. Trudne do ratowania. Z dala od obszarów miejskich, takich jak pożar i inne wypadki, trudno jest ratować;
4. Wypadek wtórny. Gdy pojazd lub inny wypadek uszkodzi komponenty, wysokie napięcie łańcucha nie może zostać wyłączone na czas, co może spowodować poważny wypadek wtórny.
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 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 Canadian Electrical Code 2021 Edition:
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 metra 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 120V. 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 120Vd.c, pomiędzy modułem a falownikiem należy zainstalować urządzenie rozłączające.
Tajlandia:
Zgodnie z sekcją 4.3.13 tajlandzkiego kodeksu elektrycznego — instalacje zasilania słonecznego na dachu 2022:
Wymagane jest, aby dachowa elektrownia fotowoltaiczna była wyposażona w urządzenie do szybkiego wyłączania, a limit wynosi 300 mm od matrycy fotowoltaicznej. W ciągu 80 sekund po uruchomieniu urządzenia napięcie z zakresu limitu zostaje obniżone do wartości poniżej 30V, a poza zakresem do wartości poniżej 30V.
BENY Samego siebie-R&D Produkty
Do słonecznego dachu i bezpieczeństwa przeciwpożarowego budynku, BENY Urządzenia szybkiego wyłączania na poziomie łańcucha i modułu kontrolują napięcie paneli do pewnego bezpiecznego poziomu w ciągu mikrosekundy. Zapobiegaj wypadkom i popraw bezpieczeństwo systemu zasilania energią słoneczną. BENY Rozwiązania do szybkiego wyłączania są zaprojektowane zgodnie ze standardami CE, TUV, UL, zgodne z krajowymi przepisami i regulacjami, takimi jak Thai Electrical Code, NEC2020. Jako członek sojuszu Sunspec, BENY opracowanie sterowników RSD komunikacyjnych dla większej zgodności z wieloma falownikami łańcuchowymi. Sprawdź produkty już teraz.
Epilog
Budowa elektrowni fotowoltaicznych jest w pełnym toku i jest ściśle powiązana z tysiącami gospodarstw domowych. Jak zapewnić "bezpieczeństwo" elektrowni fotowoltaicznych cieszy się dużym zainteresowaniem całej branży. Aby skutecznie rozwiązać ten problem, cała branża musi wspólnie wymyślać innowacyjne rozwiązania, stale doskonalić odpowiednie normy i przepisy, a następnie rzeczywiście wdrażać odpowiednie wymagania w późniejszej budowie elektrowni.
Jako ważna infrastruktura energetyczna, bezpieczna, stabilna i wydajna praca elektrowni fotowoltaicznych jest ważną gwarancją rozwoju gospodarczego.
