Brandsäkerhetsrisk
Under de senaste åren, PV Kraftverksbrandolyckor har inträffat ofta, som inte bara förlorar kraftverkets egendom och kraftproduktionsintäkter, utan också orsakar byggnadsskador och personskador, och till och med sprider sig till den omgivande miljön, vilket resulterar i en serie sekundära katastrofer.
DC-båge är det vanligaste felfenomenet i PV kraftverk. Bågar kommer att uppstå på grund av kontaktbortfall, enhetens åldrande, isoleringsbrott och dålig jordning. Dessutom är skadan av likströmsbåge mycket större än växelströmsbågen, eftersom det inte finns någon nollgenomgångspunkt i likströmsbågen, när den väl inträffar kommer den att fortsätta att brinna, det är svårt att släcka och det är mycket lätt att orsaka brandolyckor. Enligt statistiken orsakas mer än hälften av brandolyckorna i solcellskraftverk av likströmsbågar. När specifikationerna för PV-moduler blir större ökar effekten och strömmen i DC-sidans system. Enligt Joules lag Q=I²Rt fördubblas strömmen, och den termiska effekten av kortslutningspunkten ökar 4 gånger, risken för att orsaka brand ökar också kraftigt.
DC-bågsklassificering
Till skillnad från traditionella elektriska produkter finns det ingen integrerad kapsling för PV moduler och deras ledningar för att innehålla ljusbågar och gnistor orsakade av komponent- och ledningsfel, medan många PV installationer kan arbeta vid de typiska DC-spänningar som upprätthåller DC-bågar.
Det finns tre huvudkategorier av bågar i PV installationer:
— Seriebågar kan orsakas av felaktig kabeldragning eller trasig seriekabel
— Parallella ljusbågar kan orsakas av partiella kortslutningar mellan intilliggande linjer med olika potential
— Jordbågar på grund av isolationsfel
Serie Arc
Seriebåge, även känd som ritad båge. Serieljusbågar orsakas vanligtvis av dålig kontakt med kabelkontakter mellan komponenter och dålig anslutning mellan strängkablar och kombinerarboxar eller växelriktare. På grund av det stora antalet seriekontakter i PV-kraftverket, finns det 2000 par pluggar i en 1MW solcellskraftverk på taket. Det är svårt att säkerställa att alla pluggar är av bra kvalitet med så många pluggpar. Dessa faror leder till dålig kontakt och bildandet av likströmsbågar.
För närvarande är det ett fåtal växelriktare som integrerar ljusbågsskyddsfunktionen, men det finns två stora problem med detta skydd: För det första, om det finns ett ljusbågsfel i en sträng kommer hela växelriktaren att stängas av, vilket orsakar stor skada. Förlust av kraftproduktion; för det andra, utan bågfelslokaliseringsfunktionen, kan drift- och underhållspersonalen inte hitta platsen för bågen i tid och exakt, vilket i princip inte är någon lösning. Det enda tekniska återställningsskyddet de kan göra är att hålla växelriktaren igång. Ur denna synvinkel kan den i växelriktaren integrerade bågdragningsskyddsfunktionen inte riktigt effektivt lösa problemet med bågdragningsfelet.
Parallell båge
Parallella ljusbågar orsakas främst av kortslutning av positiva och negativa ledare orsakade av ledningsskador, eller kortslutning mellan strängkablar. När strängkablarna är mekaniskt klämda eller slitna uppstår ljusbågar mellan de positiva och negativa elektroderna, eller mellan olika strängar, vilket är ett parallellt ljusbågsfel. Det finns en annan situation som också kan leda till parallella bågar. När seriebågarna i systemet inte hanteras i tid, bränner värmen från seriebågarna ut kablarnas isolering och genererar parallella ljusbågar.
När en parallellbåge uppstår mellan huvudledarna i den kvadratiska komponenten, eftersom bågen kan få tillräckligt med energi, är den svårare att släcka, vilket kommer att orsaka en stor brandolycka. Seriefelsbågen kan släckas genom att koppla bort DC-bussen eller motsvarande sträng i PV-systemet, men den parallella felbågen kan inte släckas, och kan till och med orsaka att en större ström passerar genom bågvägen, vilket gör ljusbågen mer intensiv.
För närvarande kan den i växelriktaren integrerade ljusbågsskyddsfunktionen inte upptäcka parallella ljusbågar och jordbågar, men den destruktiva kraften hos parallella ljusbågar är ofta 10 gånger större än seriebågar, och säkerhetsrisken är ännu större.
Markbåge
Åldrande och skador på komponenter eller mekaniska skador leder till jordurladdning. Om komponenterna läggs plant på det färgade ståltegeltaket blir det markbågar eller läckage. Den här typen av fel är inte lätt att ta reda på, särskilt inte under regniga dagar. För närvarande är lösningen att stänga av växelriktaren och vänta tills marken torkar innan den startas. Denna metod kan inte effektivt eliminera faror och öka risken för personlig elektrisk stöt.
DC högspänning
I ett PV-kraftverk är PV-moduler seriekopplade för att bilda en DC-högspänningskrets, som vanligtvis når cirka 1000V. Även när systemet är avstängt finns det fortfarande en DC-högspänning på cirka 1000 volt i PV-modulmatrisen. Speciellt för solcellskraftverk på taket, när en brand inträffar i solcellskraftverk och byggnader, är det svårt att rädda på ett säkert sätt; under rutinmässig drift och underhåll av kraftverk eller fastighetsunderhåll riskerar operatörer och inspektörer också att få elektriska stötar.
Scenario riskanalys
Regering, skola, sjukhus, bostäder på taket
1. Regional kontroll. Det är omöjligt att använda drönare för att skanna komponenter för avvikelser, och kan inte hitta fara i tid;
2. Befolkningen är tät. Den kvadratiska komponenten har läckage, hög risk för elektriska stötar för personal;
3. Räddningen är begränsad. I nödfall som brand kan högspänningen i strängen inte stängas av, vilket hindrar räddning;
4. Den allmänna opinionens inflytande. Om en olycka är framme kommer opinionen att få större genomslag
Olika färger ståltegeltak
1. Det är svårt att inspektera. Färgen ståltegeltak är obekvämt att inspektera, och risken med bågsäkerhet kan inte upptäckas i tid;
2. Räddningen är begränsad. I nödfall som brand kan högspänningen i strängen inte stängas av, vilket hindrar räddning;
3. Taket är ömtåligt. Och DC-båggnistan är lätt att bränna genom färgen stålplatta och komma in i det nedre utrymmet, vilket orsakar brand och egendomsskador
Motorvägar, floder och andra områden
1. Miljörisker. Sporadiska båggnistor från cigarettfimpar och komponenter kan lätt få ogräs att brinna under;
2. Svårt att inspektera. Det långa och smala området är obekvämt för inspektion, drift och underhåll är svårt och faror kan inte hittas i tid;
3. Svårt att rädda. Långt borta från tätorten, såsom brand och andra olyckor, är det svårt att rädda;
4. Sekundär olycka. När fordonet eller annan olycka skadar komponenterna kan högspänningen i strängen inte stängas av i tid, vilket sannolikt kommer att orsaka en allvarlig sekundär olycka.
Nationella lagar och förordningar
USA:
Enligt den senaste utgåvan av National Electrical Code NEC2020-dokumentet:
Ta avståndet till PV-matrisen 305 mm som gräns, utanför gränsen, inom 30S efter att triggerenheten startats, sjunker spänningen under 30V; Inom gränsen krävs det att ha ett "PV-farakontrollsystem", eller minska spänningen till under 80V inom 30S efter att utlösningsanordningen har startat.
Kanada:
Enligt Canadian Electrical Code 2021 Edition:
När DC-sidans spänning i PV-systemet är större än 80V, bör en ljusbågsfelavbrytare eller annan likvärdig utrustning installeras.
När solcellsanläggningen är installerad i eller på byggnaden bör en snabbavstängningsanordning installeras. 1 meter från PV-modulen, efter att snabbavstängningsanordningen har startat, måste spänningen minskas till under 30V inom 30S.
Tyskland:
Enligt den tyska standarden VDE-AR-E 2100-712:
I PV-systemet, om växelriktaren är avstängd eller om nätet går sönder, måste DC-spänningen vara mindre än 120V. Användningen av en avstängningsanordning nämns för att få DC-sidans spänning under 120V.
Australien:
Enligt avsnitt 4.3.3 i den senaste AS/NZS 5033:2021-standarden:
När likspänningen är större än 120Vd.c, måste en frånkopplingsanordning installeras mellan modulen och växelriktaren.
Thailand:
Enligt avsnitt 4.3.13 i Thai Electrical Code-Solar Rooftop Power Supply Installations 2022:
Det krävs att PV-kraftverket på taket måste vara försett med en snabbavstängningsanordning och gränsen är 300 mm från PV-matrisen. Spänningen inom gränsområdet reduceras till under 80V inom 30 sekunder efter att enheten startats, och spänningen utanför gränsområdet reduceras till under 30V.
BENY Själv-R&D Produkter
För solskydd på tak och byggnader, BENY strängnivå och modulnivå snabbavstängningsanordningar styr panelernas spänning ner till en viss säker nivå på mikrosekund. Förhindra olyckor och förbättra säkerheten för solenergisystemet. BENY Snabbavstängningslösningar är designade enligt CE, TUV, UL-standard, i överensstämmelse med nationella lagar och förordningar såsom Thai Electrical Code, NEC2020. Som medlem i Sunspec-alliansen, BENY utveckla PLC-kommunikations-RSD:er för bredare överensstämmelse med flera strängväxelriktare. Kolla in produkterna nu.
Epilog
Bygget av solcellskraftverk pågår för fullt och det har nära kopplingar till tusentals hushåll. Hur man säkerställer "säkerhet" av solcellskraftverk väcker stor uppmärksamhet från hela branschen. För att effektivt lösa detta problem måste hela branschen samarbeta för att komma fram till innovativa lösningar, och ständigt förbättra relevanta standarder och regler, för att sedan verkligen implementera relevanta krav i efterföljande kraftverksbyggande.
Som en viktig energiinfrastruktur är en säker, stabil och effektiv drift av solcellskraftverk en viktig garanti för ekonomisk utveckling.
