Felsökning Rapid Shutdown Device 101

Brandsäkerhet är det viktigaste att tänka på när det kommer till solenergi. Många solregler minskar brandrisken, men de måste uppdateras regelbundet för att minska riskerna för brandmän när de utför sina uppgifter på eller i byggnader med PV arrayer.

Många länder har prioriterat säkerhetsåtgärder för att garantera det solenergifunktioner säkert och tillåter brandmän och andra räddningspersonal att gå till brandsäkerhetsområdet. Den snabba avstängningen kan användas i denna situation. 

Låt oss undersöka kriterierna för snabb avstängning mer i detalj och se varför det är avgörande för alla solcellsinstallatörer och systemägare att vara medvetna om dem.

Hur fungerar det? 

Ocuco-landskapet Nationell elektrisk kod infört kravet på snabb avstängning som ett elsäkerhetskrav i USA (NEC). 

Solenergi PV Systemen måste ha en metod för att avbryta eller sänka spänningen för solcellsmodulerna på taket för att uppfylla detta kriterium. Detta kräver tillägg av en "på eller av"-brytare.

Snabb avstängning ger ett säkert sätt för solcellsinstallatörer eller brandmän att stoppa eller minska spänningen och strömmen från en solcellsanläggning, vilket gör att de kan arbeta säkert och produktivt samtidigt som de undviker elektriska faror.

Växelriktare har kapacitet att stängas av för att avbryta flödet av energi som genereras av moduler genom dem. Solpanelerna kommer dock att fortsätta att generera elektricitet så länge solen är uppe, vilket lägger spänning och ström på ledningarna som ansluter panelerna till växelriktaren.

Att stänga av eller minska spänningen på ditt tak på modulnivå sänker eller eliminerar möjligheten att en brandman blir chockad av en för hög spänning som kommer från solcellsmodulerna.

Växelriktaren och enheten för snabbavstängning på modulnivå måste kommunicera med varandra i enlighet med US National Electrical Code, och tillsammans utgör de ett system.

Varför skulle en enhet för snabb avstängning sluta fungera? 

En Rapid Shutdown Device är en slags mikroinverterare eller modulnivåkraftelektronik (MLPE). De är utrustade med verktyg som kan stänga av och sänka utspänningen i hela solsystemet för att följa PV Regler för snabb avstängning.

Slutligen kräver ett snabbt avstängningssystem en växelriktare. Elen som genereras av solcellsmodulerna omvandlas till användbar energi för ditt hem via en växelriktare (för mer information om denna process läs vår tidigare blogg). Inuti växelriktaren finns flera Rapid Shutdown-initiatorer.

Dessa tre komponenter är kända som fotovoltaisk snabbavstängningsutrustning. Dessa enheter möjliggör ett snabbt avstängningssystem för att få ner spänningen till en säker nivå. För en snabb avstängning måste PVRSE och PVRSS vara UL-listade. Omkopplaren för snabb avstängning kan sluta fungera om dessa delar inte fungerar korrekt.

Steg för att identifiera vanliga snabbavstängningsfel 

En djupare förändring av världens energistruktur har lett till en utbyggnad av det nya kraftsystemet, som använder ny energi som sitt primära bränsle, och en ökning av antalet strukturer med solcellssystem på taket. 

Oavsett om det är ett hemsystem eller ett industriellt och kommersiellt kraftverk, förväntas det att den installerade kapaciteten för solceller kommer att utökas avsevärt, och säkerhetsfrågorna i samband med det har alltid fångat branschens uppmärksamhet.

• Stänga av enheten i en nödsituation

Lösningarna måste vara pålitliga eftersom brandmäns säkerhet kräver avstängning på modulnivå. Arrayen måste stängas av och strömlös när en snabb avstängning är aktiverad av snabbavstängningsanordningarna. 

Brandmän antar att matrisen faktiskt är strömlös, så om detta inte händer kan risken till och med vara större än den skulle vara utan avstängningsproceduren alls.

Så hur säkerställer vi ett säkert byte? Mekaniska DC-frånskiljare, såsom de som används på växelriktare, måste klara test i enlighet med UL 98B. Utöver andra säkerhetstester kräver denna standard testning under förhållanden som liknar dem där frånkopplingen är avsedd att fungera. 

Dagens solid-state DC-omkopplare, däremot, testas endast enligt UL1741 och används för avstängning på modulnivå. En DC-frånskiljare eller säkerhetsbrytare omfattas inte av UL 1741. 

Arbetsmiljön för MLPE-enheter är faktiskt hårdare än arbetsmiljön för en typisk DC-frånkoppling vid eller på växelriktaren. Att testa funktionen för snabb avstängning utanför intervallet för normala driftstemperaturer rekommenderas.

• Upptäcker ljusbågsfel och korrekt avstängningsreaktion

Elektriskt brus kan alstras av elektroniska komponenter. Detta är vanligtvis inte ett problem på DC-sidan av ett solsystem. Ljudnivåerna kan dock stiga dramatiskt och hindra noggrann ljusbågsfelsdetektering vid användning av dagens snabbavstängningsutrustning. 

Ljusbågsfelsbrytare (AFCI) algoritmer håller reda på solsystemets likström och spänning och söker efter specifika egenskaper (som abrupta fluktuationer) som liknar bågar. De baserar sin upptäckt på en samling bågsignaturer som beskriver hur en typisk båge ser ut. 

Ocuco-landskapet AFCI aktiveras för att släcka en ljusbåge eller stoppa en potentiell ljusbåge innan någon skada inträffar om de detekterade ström- och spänningsmönstren liknar en ljusbågssignatur. De AFCI algoritmen har problem med att urskilja en sann båge när elektriskt brus produceras av snabb avstängning av enheter (såsom från optimerare som byter frekvenser) ger signaler som liknar verkliga bågar. 

På grund av uppståndelsen finns det en större chans att störande snubblar eller, ännu värre, att misslyckas med att lägga märke till en verklig båge. Dessutom kan det vara ironiskt att detta extra brus stör vissa systems avstängningssignaler, vilket gör det svårt att lita på att de kommer att stängas av när det behövs.

• Identifiera antalet anslutningar för mindre ljusbågsrisk

DC-kontakter är en stor bidragande orsak till seriella bågar i en PV array, enligt forskning från Fraunhofer Institute i Tyskland och BRE National Solar Center i Storbritannien. DC-kontaktproblem har vanligtvis en av två grundorsaker:

1. Installationsmisstag: De vanligaste installationsmisstagen är felaktig pressning på plats och kontakter som inte är helt installerade, vilket båda leder till svaga anslutningar som kan orsaka ljusbågsbildning. 

2. Vanliga fel är att använda fel pressverktyg, installera kontakter på ett oprecist sätt eller bara ha otillräcklig installationsutbildning.

DC-kontakter som tillverkats av olika tillverkare hänvisas till att vara felaktiga anslutningar. Inkompatibilitet orsakar lösa anslutningar, korrosion, vatteninträngning och varierande termisk expansion.

Varje snabb avstängningsmetod som avsevärt ökar antalet anslutningspunkter kan göra systemet farligare.

• Upptäcker enhetens livslängd

Antagandet av solenergi drivs av kostnadseffektivitet, och därför är det avgörande att snabba avstängningstekniker inte driver upp systemkostnaderna till nivåer som är utom räckhåll för konsumenterna. Solsystem är också en investering över 20 år. System med färre delar och sådana som inte utsätter elektronik för svåra takförhållanden borde vara mer pålitliga.

Säkerheten bör komma först när man utvärderar marknadstillgängliga tekniker för snabb avstängning, följt av extra kostnader.

Den snabba avstängningen ingick ursprungligen i 2014 års nationella elektriska kod (NEC) för att ge brandmän ett enkelt sätt att avaktivera solsystemets DC-ledare under en nödsituation och upprätthålla en säker miljö på en byggnads tak. 

Detta för att, på ett typiskt strängväxelriktarsolsystem, förblir DC-ledningen från solsystemet vid liv när solen skiner även efter att växelriktaren stängts av.

2017 års NEC ändrade standarderna för snabb avstängning baserat på hur nära PV systemledare är till PV arraygränsen, som nu är den region som sträcker sig 1 fot (305 mm) i alla riktningar från arrayen.

Inom 30 sekunder efter snabb avstängning, PV kretsar inuti byggnader som är utanför gränsen på mer än 3 fot (1 m) från ingångspunkten måste begränsas till högst 30 volt.

Från och med 1 januari 2019 ska ett av följande tre alternativ utnyttjas för PV kretsar som är innanför arraygränsen:

Ocuco-landskapet PV array måste nämnas eller fält betecknas som en PV array med den snabba avstängningen. En sådan PV array måste ställas in och användas i enlighet med riktlinjerna som anges i fältetiketten eller listningen för snabb avstängning PV arrayer.

PV ledare innanför omkretsen eller mindre än 3 fot (1 m) från den punkt där byggnadens yta penetrerar dem måste begränsas till högst 80 volt inom 30 sekunder efter att den snabba avstängningen initierades.

PV arrayer installerade mer än 8 fot från exponerade jordade ledande element eller jord och som saknar exponerade ledningsmetoder och ledande delar är undantagna från bestämmelserna.

Utbyggnaden av det nya kraftsystemet, som använder ny energi som sitt huvudsakliga bränsle, och en ökning av antalet byggnader med solcellssystem på taket är resultatet av en mer djupgående omvandling av den globala energistrukturen.

Den installerade kapaciteten för solceller förväntas öka dramatiskt, oavsett om det är ett hushållssystem eller ett industriellt och kommersiellt kraftverk, och säkerhetsproblemen relaterade till det har alltid uppmärksammats av industrin.

Rapid Shutdowns interaktion med växelriktare och effektoptimerare

Medan andra invertersystem behöver extra komponenter för att möjliggöra snabb avstängning, är andra redan i grunden kompatibla med snabb avstängning på modulnivå (NEC 2017 och senare).

De mest populära alternativen för inverterare för solpanelsystem i bostäder i USA är mikroinverter- och effektoptimeringssystem. Tack och lov fungerar strömoptimerare och mikroväxelriktare båda på panelplatsen och har inbyggda funktioner för snabbavstängning.

"För att följa NEC 2017 eller NEC 2020 kan du behöva installera modulnivåkraftelektronik (MLPE) om du installerar en strängväxelriktare ensam. Det borde fungera om du kombinerar effektoptimerare med en strängväxelriktare, som SolarEdge gör.

Men när ytterligare stater började implementera NEC 2017, utvecklade många tillverkare av strängväxelriktare och andra solenergiföretag nya MLPE-tekniker med snabb avstängningskapacitet, så strömoptimerare var inte ditt enda val för snabb avstängning. Dessa MLPE:er utformade uttryckligen för snabb avstängning är ofta ett mer ekonomiskt val än att lägga till effektoptimerare eller mikroväxelriktare.

Medan vissa växelriktarsystem kan utlösa den snabba avstängningen utan behov av extra komponenter, gör andra det inte. Effektoptimerare och mikroväxelriktare båda inkluderar inbyggda avstängningsfunktioner. För att följa 2017 års NEC-kod kan du behöva lägga till enheter på modulnivå om du har en strängväxelriktare.

Innan du gör några justeringar av ditt solpanelssystem bör du kontrollera om ditt system uppfyller kriterierna för snabb avstängning eftersom du kommer att inspekteras för detsamma. För att hitta de bästa komponenterna för snabb avstängning för ditt system kan du söka professionell hjälp.

Strömoptimerare levererar lågspänningslikström till en centraliserad växelriktare för konvertering till nätkompatibel växelspänning, och mikroväxelriktare omvandlar lågspänningslikström till nätanpassad växelspänning. Växelström exporteras sedan till eltjänsten för användning av laster på plats eller exporteras till elnätet för användning av andra när elnätet är tillgängligt. 

Dessa MLPE:er slutar producera växelström och kan inte längre ge växelspänning eller ström till växelriktarens utgångskretsar eller till nätet, vilket uppfyller kraven i artikel 690.12, när nätet går sönder eller PV systemets växelströmskretsar kopplas bort från elnätet genom en växelströmsbrytare, borttagning av elmätare eller annat AC koppla ur.

När växelströmmen till systemväxelriktaren är avstängd uppnår system med effektoptimerare snabb avstängning. 

Växelriktaren levererar en signal till optimerarna så att de automatiskt kan minska sin utspänning till en volt vid förlust av en AC-signal. I detta fall skulle medelvärdet på 350 volt för en linje med 18 paneler med optimerare minskas till 18 volt.

Avslutningsavståndet på 10 fot för DC-ledningar inuti PV array skulle reduceras till en 1-fots gräns som en del av 2017 års NEC:s föreslagna ändring av artikel 690.12. Dessutom skulle det behålla den befintliga 30-volts ledningsbegränsningen samtidigt som den skulle behöva en in-array 80-volts begränsning innanför en fots gränsen. 

Som ett resultat skulle det vara nödvändigt att fjärrstyra varje enskild panel från en huvudströmbrytare. Strängspänningarna mellan panelerna och snabbavstängningsboxen kan fortfarande existera upp till 600 volt DC, därför skulle de snabbavstängningssystem som nu används under 2014 års NEC-kriterier inte uppfylla detta nya kriterium. 

I huvudsak kräver den här nya planen någon form av avstängningsenhet i array- eller modulnivå för alla tak PV system.

Även om det är oklart hur en ny in-array 80-volts begränsning skulle förbättra säkerheten för brandmän och andra räddningspersonal, kan tilläggsregeln faktiskt göra installatörer mindre säkra. 

Var finns oron över den långa tid som installatörer måste lägga på att ersätta defekta eller utslitna enheter på modulnivå om solenergiindustrin tvingas genomföra en hårdare avstängning på modulnivå? 

Du måste ta hänsyn till att servicepersonal är mer benägna att råka ut för fall, vilket är den främsta orsaken till dödsfall på jobbet i byggbranschen.

Med liten eller ingen prestandavinst kommer denna föreslagna 2017 NEC-tilläggsregel till artikel 690.12 att öka PV systemkomplexitet, installations- och underhållsrisker, kostnader och tillförlitlighetssvårigheter, vilket kommer att ha en inverkan på takets framtida potential PV installationer. 

Sådana ändringar måste vara väl genomtänkta. NEC verkar försöka lösa ett problem som kanske inte ens existerar.

NEC 2017-kriterierna markerar en utveckling av säkerheten för PV system. Det finns flera konstruktioner och enheter på marknaden som följer NEC-kodens kontrollkriterier. Använd det snabba avstängningssystemet för att skydda dig själv och dina PV systemet säkert.

Du måste se till att du uppdaterar ditt solsystem i enlighet med de uppdaterade kraven för snabbavstängningsanordningen i din stat om din stat har koder för säkerheten för din PV systemet.

Elektricitet produceras med hjälp av en solcellspanel för att ge likström (DC). Växelström (AC), som dina apparater kan använda, skapas av växelriktare. Större växelriktare kan placeras nära byggnadens elmätare eller huvudfördelningspanel, eller så kan ett system inkludera många små individuella växelriktare kopplade till individuella solpaneler.

Majoriteten av byggnadens elektriska ledningar dras genom ledningar längs exteriören. En AC-frånskiljare är vanligtvis installerad nära husets huvudfördelningspanel eller elmätaren. Varje frånkopplingsbrytare måste ha en etikett som anger vilken solcellspanel den är kopplad till.

Endast hemmets anslutning till solpanelen kommer att brytas av brytaren. Panelerna kan chocka människor eftersom de fortsätter att producera likström. De solenergi systemet kommer att fortsätta att generera el om det har en batteribackup.

Tänk på att solpaneler kommer att fortsätta fungera så länge solen är ute. Solpaneler kan vara farliga, precis som alla andra elektriska källor. 

Var uppmärksam på farorna och håll ett säkert avstånd från all elektrisk utrustning om du har solpaneler placerade på ditt tak eller på en annan plats på din fastighet. Räddningspersonal bör informeras om farorna i samband med solpaneler.

Tips för en hälsosam enhet för snabb avstängning av solenergi

Varje gång solen är ute blir ledarna i ett solpanelssystem elektriskt laddade.

Det finns ingen säker metod för att stoppa strömmen som flyter genom dessa ledare utan en snabb avstängningsmekanism.

Strömmen kan inte stängas av genom att bara stänga av solomriktaren, tvärtemot vad de flesta tror. Solpanelerna skulle fortfarande producera el, och de elektriska anslutningarna som förbinder solpanelerna skulle fortfarande bära elektricitet.

Alla som kommer i kontakt med solpanelsystemet riskerar att få elstöt på grund av denna strömförande, inklusive räddningspersonal som kan kallas till en incident på ditt tak.

Brandmän är särskilt sårbara eftersom de ofta ventilerar brinnande byggnader genom att borra hål i väggar eller tak, vilket kan sätta dem i direkt kontakt med solpanelsystemets ledare eller kablar.

Det här problemet löses av den snabba avstängningsanordningen solar, som omedelbart stänger av solpanelsystemet och eliminerar risken för elstöt för alla som klättrar på taket.

Några tips för en hälsosam solenergi snabb avstängningsanordning är: 

• Installera ett "listat" eller fältmärkt system för snabb avstängning

Ordet "listad" kommer från förnamnet på UL-certifieringsprogram, som skapades för mer än ett sekel sedan. 

National Electric Code innehåller ordet "listad", men det står inte att system och produkter måste vara UL-certifierade; snarare diskuteras de allmänna egenskaperna hos de organisationer som skulle tillhandahålla sådan certifieringstjänst. 

Även om UL uppenbarligen anser att tillverkare bör certifiera sina produkter för snabb avstängning genom UL, kan andra nationellt kända testlabb också kunna hjälpa till.

• Installera ett system som kan sänka spänningen till 80 V inom 30 sekunder

Eftersom de omvandlar högspänningslikström till lägre spänning, säkrare växelström som kan falla till 80 V på 30 sekunder, anses mikroväxelriktare ofta vara medfödd kompatibla med pv snabb avstängning.

Det är svårt att testa efter att växelriktarna har installerats, men UL har proaktivt genomfört dessa tester för att bekräfta att specifika mikroväxelriktare kan uppfylla 80-V-tröskeln.

• Installera en BIPV system utan metallkomponenter, inga exponerade ledare och inte inom 8 fot från jordad metall

NEC 2017-kriterierna kan uppfyllas av solbältros, kakel eller annan integrerad byggnad PV (BIPV)-system så länge de inte har några exponerade metallledare eller metallkomponenter, eller om de inte är placerade bredvid någon jordad metall. Dessa system hålls åtskilda från ledande och jordade komponenter.

Slutsats

Detta var allt du borde veta som solcellsinstallationsföretag. Globalt utvecklas regler för snabb avstängning för att skydda brandmän medan de arbetar nära solenergi PV utrustning. För att utforska dessa säkerhetsfördelar ytterligare, kolla in Snabbavstängningsanordningar: oumbärliga säkerhetslösningar för solcellssystem.

Det snabba avstängningssystemet (PVRSE) som krävs av NEC använder ett antal enheter för att sänka spänningen till en säker nivå (PVRSS). För att uppfylla NEC-kraven krävs komponenter som växelriktare, initiatorer och snabbavstängningsenheter som MLPE eller mikroväxelriktare.

Du kan kontakta den ledande tillverkaren av snabbavstängningsanordningar om du letar efter en leverantör för ditt företag.