Co je chyba stejnosměrného oblouku?
Poruchou oblouku je tok elektrické energie vzduchovou mezerou prostřednictvím molekul ionizovaného plynu. Zatímco vzduch je obvykle považován za nevodivé médium, vysoký rozdíl potenciálů (napětí) mezi dvěma vodiči v těsné blízkosti může způsobit, že se molekuly vzduchu rozpadnou na své ionizované složky (tzv.‘plazma’), které pak mohou přenášet náboj z jedné elektrody na druhou.
Teplota elektrického oblouku závisí na řadě faktorů, jako je úroveň toku proudu, ale na typickém FV systému je dostatečně horký, aby roztavil sklo, měď a hliník a zahájil spalování okolních materiálů.
Poruchy stejnosměrného oblouku se vyskytují na DC kabeláži FV solárních systémů.
Schematický diagram– Řetězcový solární systém s nechráněnou DC kabeláží. Kabeláž, spoje a elektrická zařízení vystavená poruchám stejnosměrného oblouku jsou zobrazeny červeně
Je v elektrických systémech střídavého proudu problém? NE
V běžných elektrických systémech se střídavým proudem se oblouk nepovažuje za běžné nebezpečí. Důvodem je částečně to, že normy, postupy a návrhy komponentů v elektrotechnickém průmyslu se za posledních zhruba 100 let vyvinuly do bodu, kdy jsou moderní střídavé instalace velmi bezpečné.
Oblouk je v systémech střídavého proudu méně problémem, protože oblouky střídavého proudu mají tendenci se samy uhasit při střídání napětí, které prochází standardním napájením ze sítě stokrát za sekundu přes 0 voltů. Aby byl oblouk soběstačný, musí existovat podmínky pro jeho spuštění nepřetržitě. DC zůstává na stálém napětí a jakmile bude vytvořen oblouk, bude pokračovat, dokud bude stejnosměrné napětí
Vyskytují se na všech solárních systémech poruchy stejnosměrného oblouku? NE
Poruchy stejnosměrného oblouku se vyskytují pouze u řetězcových invertorových systémů, které mají nechráněné obvody stejnosměrného napětí nad přibližně 80 voltů stejnosměrného proudu.
Kde na sluneční soustavě dochází k poruchám stejnosměrného oblouku?
Poruchy se mohou vyskytnout kdekoli na DC kabeláži, která vede od solárních modulů na střeše k řetězovému střídači, který je obvykle instalován v sousedství hlavního rozvaděče. V obvodu stejnosměrného proudu malého domácího solárního systému (2 kW) je přibližně 26 připojení, která jsou provedena na místě solárním instalátorem, a přibližně 50 připojení v systému 5 kW. Všechna tato připojení prováděná solárním technikem jsou potenciálním bodem selhání.
Uvnitř solárních modulů, stejnosměrných izolátorů a stringového měniče jsou také další přípojky, které jsou potenciálními body selhání.
Jaké jsou typy poruch stejnosměrného oblouku, ke kterým dochází v solárních systémech pomocí řetězcových invertorů?
Existují tři běžné typy poruch DC oblouku:
Série– Sériový oblouk nastane, když je spojení přerušeno, zatímco FV generuje proud. Jakékoli přerušované připojení v obvodu stejnosměrného proudu může způsobit poruchu stejnosměrného oblouku. Tato připojení mohou zahrnovat pájené spoje uvnitř modulu, kabelové přípojky kompresního typu, konektory použité na vodičích připojených k FV modulům, připojení v DC izolátorech, připojení v střídači, jakékoli stejnosměrné obvody v měniči nebo jakákoli stejnosměrná kabeláž v strunový obvod.
Paralelní– Paralelní oblouky vznikají, když dojde k poruše izolačního systému a proudy proudu budou mezi kladným a záporným. Dva vodiče s opačnou polaritou ve stejném stejnosměrném obvodu jsou často vedeny v těsné vzájemné blízkosti. Izolace mezi dvěma dráty může být neúčinná kvůli žvýkání zvířat, rozbití UV záření, křehnutí, praskání, vnikání vlhkosti a mechanickému poškození. Paralelní poruchy oblouku mohou pokračovat podél vodičů směrem k materiálům, které hoří pole.
Do země– Tato porucha vyžaduje pouze poruchu uzemnění jednoho izolačního systému. Může to být rám solárního modulu, regál solárního pole, střecha nebo jakýkoli jiný uzemněný povrch.
Porucha může často začínat jako jeden typ poruchy (např. Sériová chyba), ale může se vyvinout v jiný typ poruchy (např. Paralelní porucha).
Co může vyvolat poruchu stejnosměrného oblouku?
Porucha kontinuity vodičů v důsledku:
·Uvolněné spoje v důsledku špatné instalace
·Uvolněné klouby kvůli špatné kvalitě spojení
·Koroze kloubů v průběhu času
Porucha izolačního systému:
·Degradace izolace v průběhu času v důsledku vystavení UV záření
·Praskání izolace v průběhu času v důsledku změn teploty (horké– Studený)
·Degradace izolace v důsledku stárnutí
·Poškození izolace hlodavci, hmyzem, ptáky
·Poškození izolace během instalace
·Poškození izolace budoucími stavebními pracemi
·Vniknutí vody do kabelů, potrubí.
·Vnikání vody do stejnosměrných izolátorů při špatné instalaci
·Vnikání vody do stejnosměrných izolátorů v důsledku degradace těsnění v průběhu času
·Vniknutí vody do střídače
·Vniknutí vody do solárního modulu nebo rozvodné skříně
Je třeba se obávat poruch stejnosměrného oblouku?ANO
Poruchy stejnosměrného oblouku byly identifikovány jako hlavní příčina více než 400 domácích a komerčních požárů budov v Austrálii– stavební požáry, které ohrožují bezpečnost cestujících a způsobují škody na majetku. Poruchy stejnosměrného oblouku také způsobují značné poškození solárního zařízení.
Nejkvalitnější komponenty DC kabeláže lze vybírat a instalovat s maximální péčí. V průběhu času však dojde k izolaci kabelu a degradaci vodičů, což může způsobit poruchu stejnosměrného oblouku.
Pokud vidíte nebo slyšíte poruchu stejnosměrného oblouku, může vypnutí střídače oblouk zastavit?NE
Poruchy stejnosměrného oblouku se vyskytují na DC kabeláži pod solárním polem, kdekoli podél DC kabeláže od solárního pole na střeše k řetězovému střídači a dokonce i uvnitř řetězcového střídače. Vypnutím střídače se nevypne stejnosměrné vedení. DC vedení ze solárního pole do střídače je pod napětím, kdykoli svítí slunce a neexistuje žádný způsob, jak toto vedení izolovat. Vypnutí střídače tedy neuhasí poruchu stejnosměrného oblouku. V závislosti na místě poruchy může použití DC izolátoru na střeše izolovat poruchu a uhasit oblouk, bude to však vyžadovat přístup na střechu a umístění příslušného DC izolátoru. Přerušení poruchy stejnosměrného oblouku izolátorem není bez vlastních nebezpečí a bylo by považováno pouze za poslední možnost.
Poskytují strunové měniče s integrovanou ochranou proti oblouku ochranu pro všechny typy poruch stejnosměrného oblouku?NE
Nyní je k dispozici několik řetězcových měničů s vestavěnou detekcí poruchy oblouku. Tyto však NEDETEKUJÍ a neizolují všechny typy poruch stejnosměrného oblouku uvedené výše.
Střídače s vestavěnou detekcí oblouku identifikují poruchu stejnosměrného oblouku pomocí šumu na DC kabeláži vytvářené obloukem. Jakmile je detekován oblouk, bude DC obvod na střídači izolován. Tím uhasíte a‘série’ oblouk, ale NEHASÍ a‘paralelní’ nebo‘přízemní’ poruchový oblouk. DC izolace pod solárním polem a dolů k měniči zůstane pod napětím, když je stejnosměrný obvod izolován od měniče. Paralelní nebo zemní porucha bude i nadále obloukovat na solárních systémech pomocí řetězcových invertorů s ochranou proti stejnosměrnému oblouku.
Vyskytují se poruchy stejnosměrného oblouku pouze na stejnosměrných izolátorech?NE
Někteří instalatéři solárních panelů se domnívají, že poruchy stejnosměrného oblouku se vyskytují pouze u stejnosměrných izolátorů. To není správné. Poruchy stejnosměrného oblouku se vyskytují všude tam, kde se vyskytují spoje ve stejnosměrných kabelech, narušení kontinuity kabelu nebo narušení izolace. K tomu dochází na solárních modulech, DC konektorech, DC kabeláži, spojích DC izolátorů nebo uvnitř střídače.
Je odstranění stejnosměrných izolátorů Rooftop možností ke snížení poruch stejnosměrného oblouku?NE
Neinstalace střešních stejnosměrných izolátorů jistě eliminuje možnost jejich selhání v budoucnu. Základní elektrická teorie však vyžaduje, aby bylo možné izolovat generátor elektřiny co nejblíže zdroji. Například pokud dojde k poruše na DC kabeláži ve střešní dutině nebo kdekoli mezi solárními moduly a řetězovým střídačem, musí být systém vybaven způsobem, jak odpojit napájení, aby se porucha izolovala. Pokud měla osoba tu smůlu, že přišla do styku s DC vedením, je standardním bezpečným záchranným postupem izolace napájení před pokusem o záchranu.
Ačkoli se odstranění DC střešního izolátoru může zdát jako snadný způsob, jak zabránit jeho selhání, není praktické nechat systém bez možnosti izolace solárního pole v případě poruchy nebo nehody.
Zabrání odstranění DC izolátorů poruchám DC oblouku?NE
Poruchy stejnosměrného oblouku se vyskytují všude tam, kde se vyskytují spoje ve stejnosměrných kabelech, porucha kontinuity kabelu nebo porucha izolace kabelu. Pokud byl izolátor stejnosměrného proudu nahrazen spojovací skříní nebo řadicí skříní stejnosměrného konektoru, budou v tomto bodě i v dalších bodech stejnosměrného obvodu nadále docházet k poruchám.
Nejúčinnějším přístupem k prevenci poruch stejnosměrného oblouku je eliminace přítomnosti nebezpečných stejnosměrných napětí pomocí mikroinvertorů nebo použití některých systémů optimalizovaných pro stejnosměrný proud s bezpečným stejnosměrným proudem.
Zvyšuje se pravděpodobnost poruch stejnosměrného oblouku, jak stárnou solární systémy s řetězovými invertory?ANO
Pravděpodobnost poruchy stejnosměrného oblouku se zvyšuje s věkem solárních systémů. Je to proto, že spoje ve stejnosměrném vedení v průběhu času korodují a zvyšují impedanci, což způsobuje teplo a rozpad kontinuity spoje, což vede k poruše stejnosměrného oblouku. Rovněž těsnění na izolátorech, potrubí atd. Se časem degradují a umožňují zvýšení vody, což může způsobit poruchu stejnosměrného oblouku.
Hlodavci, hmyz, ptáci mohou poškodit izolaci, budoucí práce mohou poškodit izolaci nebo izolace se může časem jednoduše poškodit.
Je pravda, že pokud je DC solární systém instalován v souladu s australskými normami (AS5033) a jsou používána kvalitní zařízení a instalační postupy, pak je systém‘bezpečný’?NE
Došlo k četným případům požárů, které začaly kvůli uvažovanému vybavení‘vysoká kvalita’ v době, kdy byl instalován, jen aby byl po letech odvolán výrobcem kvůli výrobním nebo konstrukčním vadám. Tyto vady se často projeví až po několika letech fungování systému.
Instalace solárních systémů na střechy je obtížný a občas nebezpečný úkol, zejména v často horkých a nepohodlných podmínkách. Tyto podmínky nepřispívají k dokonalému zpracování a trvá jen chvilku, než se utáhne spojovací skříňka nebo stejnosměrný izolátor na správný točivý moment– který nakonec selže kvůli vniknutí vody. Praktická zkušenost je, že i ten nejlepší obchodník může občas chybovat a se systémy DC mohou mít tyto chyby katastrofické následky.
Australské standardy (zejména AS5033) se velmi snaží odstranit všechny pravděpodobné příčiny poruch stejnosměrného oblouku ve sluneční soustavě. Jsou zavedeny přísné inspekční režimy (mnohem více než jakákoli běžná elektrická instalace) a stále existuje řada příkladů katastrofických poruch stejnosměrného oblouku, ke kterým dochází každý den v Austrálii na stejnosměrných solárních systémech. To samo o sobě by mělo odpovědět na otázku, zda je dodržování stávajících australských standardů dostatečné k odstranění poruch stejnosměrného oblouku.
Jediným způsobem, jak eliminovat riziko poruch stejnosměrného oblouku, je vyloučit samotné nebezpečné stejnosměrné napětí ze systému nebo použít technologii speciálně navrženou pro snížení systémového napětí na bezpečnou úroveň v případě poruchy.
Může pravidelná údržba zabránit poruchám stejnosměrného oblouku na solárních systémech s řetězcovými střídači a nechráněnou stejnosměrnou kabeláží?NE
Existuje obecná víra, že pokud je DC solární systém s nechráněnou stejnosměrnou kabeláží vysokého napětí nainstalován v souladu s australskými normami AS5033 a je pravidelně udržován, je naprosto bezpečný. To není pravda. Solární technik může pravidelně udržovat solární systém. Avšak i tu noc po kontrole nebo v kteroukoli noc po kontrole může hlodavec, vačice atd. Kousnout izolací DC kabeláže. Když slunce vychází, solární panely začnou vyrábět energii, holé vodiče se stanou pod napětím, což způsobí poruchu stejnosměrného oblouku a požár. Je prakticky nemožné, aby solární technik zkontroloval, zda jsou všechna těsnění vodotěsná a zabraňují vnikání vody, a také zkontrolovat, zda nejsou všechny kabelové spoje zkorodované a zda nevykazují vysokou impedanci.
Neexistuje jednoduše žádný program údržby, který by mohl zabránit poruše stejnosměrného oblouku u solárních systémů se strunovými střídači a nechráněnou stejnosměrnou kabeláží.
Dochází k tomu pouze v Austrálii?NE
Spojené státy vedou Austrálii v řešení tohoto problému. V roce 2014 zavedly prostřednictvím Národního elektrického předpisu (NEC) požadavky na rychlé vypnutí solárních polí. Když je systém vypnutý, odpojí se stejnosměrný kabel ze střechy ke střídači. I když to pomohlo, případy poruch stejnosměrného oblouku se solárním polem pokračovaly. takže nyní plánují zavést opatření podle NEC2017 týkající se rychlého vypnutí na úrovni solárních panelů, aby se omezilo maximální stejnosměrné napětí v polích na 80 V DC nebo méně, když je systém vypnut. Rychlé vypnutí na úrovni solárního panelu zajistí lepší bezpečnost pro pohotovostní služby a pro každého, kdo může přijít do styku se solárním systémem.
Spojené království uznalo problém a zahájilo podrobné vyšetřování solárních požárů způsobených poruchami stejnosměrného oblouku.
(Reference z https://www.acsolarwarehouse.com/)
