Photovoltaic DC Arc Issues Introduksjon og løsninger

Med den raske utviklingen av solenergiteknologi har solcellekraftproduksjon blitt en av de viktige grønne energiløsningene over hele verden. Fotovoltaiske systemer spiller en betydelig rolle, enten det er på hustak, industriparker eller store-solkraftverk. Samtidig får sikkerhetsproblemene til solcelleanlegg gradvis oppmerksomhet. DC-bue, som et elektrisk fenomen som kan påvirke stabiliteten til fotovoltaiske systemer, er verdt å forstå nøye av enhver utøver og bruker.

1. Betydningen av DC Arc Striking

Likestrømbue, som navnet antyder, refererer til fenomenet der det dannes en lysbue mellom kontaktpunkter når strømbanen i en likestrømkrets plutselig blir avbrutt.

En elektrisk lysbue er en type gassutladningsfenomen. Når en gass ioniseres, danner den en ledende kanal, noe som resulterer i en elektrisk lysbue. I fotovoltaiske DC-kretser, når det oppstår et lite gap i kretsen, vil likespenningen over gapet skape et elektrisk felt i den. Når den elektriske feltstyrken når et visst nivå, blir luftmolekyler ionisert. Luftmolekyler er bygd opp av atomer, som består av positivt ladede kjerner og negativt ladede elektroner. Under et sterkt elektrisk felt får elektroner nok energi til å bryte seg løs fra kjernen og bli frie elektroner. Disse frie elektronene akselererer i det elektriske feltet, kolliderer med andre luftmolekyler, ioniserer flere molekyler, og skaper derved et stort antall frie elektroner og positive ioner. Denne prosessen er kjent som gassnedbrytning. Når gassen er brutt ned, dannes det en elektrisk lysbue.

DC Arc Striking Process:

For likestrøm, siden den ikke har et nullkrysspunkt og strømretningen ikke endres, kan lysbuen kontinuerlig motta energi, noe som gjør den vanskelig å slukke på egen hånd.

I henhold til kretstilkoblingsmetoden og bueplasseringen kan buer deles inn i seriebuer og parallelle buer (Jordingsbue kan betraktes som en spesiell type parallellbue). Seriebuer forekommer vanligvis innenfor en enkelt strømførende leder. Fordi avstanden mellom lederne er liten og det er mange ledere, er frekvensen av forekomst høyere; dessuten, siden seriebuesignalet er svakt og lett maskert av støy, er det vanskelig å oppdage og, hvis det ikke blir rettet opp i tide, kan det lett forårsake brann. Parallelle buer oppstår vanligvis mellom forskjellige strømførende ledere. Siden avstanden mellom lederne er stor og banen er kompleks, er frekvensen av forekomst lavere. For tiden kan beskyttelsestiltak som sikringer og effektbrytere effektivt kontrollere virkningen av parallelle lysbuer.

2. Årsaker tilDC Arc Striking

2.1 Problemer med tilkoblingskomponenter

Tilkoblingskomponenter er et av de vanligste problemstedene i solcelleanlegg og er også en viktig årsak til likestrømsbue.

• Løse, oksiderte eller slitte koblinger (som MC4-plugger) er vanlige problemer: Ved lang-bruk kan koblinger løsne på grunn av faktorer som vibrasjoner og temperaturendringer. Løse kontakter kan øke kontaktmotstanden, og generere en stor mengde varme når strømmen går gjennom, noe som får kontaktens temperatur til å stige. Høye temperaturer akselererer oksidasjonen og slitasjen av kontakten, og skaper en ond sirkel som til slutt fører til hull, som kan utløse lysbue.

• Krymping av kabelskjøter er ikke opp til standard: Utilstrekkelig krympekraft eller lekkasje kan føre til dårlig kontakt ved kabelskjøter, noe som på samme måte øker kontaktmotstanden, genererer høye temperaturer og kan følgelig forårsake lysbuer.

2.2 Lederproblemer

Ledninger er viktige komponenter i solcelleanlegg for overføring av strøm, og deres kvalitet og tilstand påvirker direkte sikker drift av systemet.

• Skader på kabelisolasjonslaget kan forårsake et gap mellom lederen og jordingslegemer eller metallstøtter, som kan føre til buedannelse: Kabelisolasjonen kan bli skadet under installasjon eller bruk på grunn av faktorer som mekanisk skade eller kjemisk korrosjon.

• Ledningen kan bli skadet av ytre krefter (som gnagere som gnager eller mekanisk friksjon), noe som resulterer i lokal eksponering, som også er en av årsakene til buestrekking: I noen utendørs solcellekraftverk forekommer det fra tid til annen at gnagere gnager på kabler.

2.3 Miljø- og aldringsfaktorer

Miljøfaktorer og aldring av utstyr er også viktige årsaker til DC-lysbuer i solcelleanlegg.

• Langvarig eksponering for høye temperaturer og høy luftfuktighet kan akselerere komponentaldring, noe som fører til en nedgang i isolasjonsytelsen: I miljøer med høye-temperaturer gjennomgår materialene i komponentene termisk aldring, noe som fører til at ytelsen reduseres gradvis; i miljøer med høy-fuktighet kan komponentene bli fuktige, noe som påvirker deres isolasjonsegenskaper.

• Støv og korrosjon bygger seg opp ved koblingspunktene, noe som kan forstyrre elektrisk kontinuitet og forårsake gaputladning: I støvete miljøer med sterk korrosivitet har koblingspunktene en tendens til å samle seg store mengder støv og etsende stoffer. Disse materialene kan hindre overføring av elektrisk strøm, øke motstanden ved koblingspunktene, generere høye temperaturer og potensielt forårsake buedannelse.

3. Deteksjonsteknologi og bruk av DC-bue i solceller

3.1 Lysbuefeilkretsbryter (AFCI/AFDD)

Funksjonen til en AFCI er å "oppdage og kutte strømmen" umiddelbart når det oppstår en lysbue, og forhindre at brannen sprer seg.

Den er vanligvis integrert i DC-kombinasjonsbokser, omformere eller strømbrytere for å overvåke strømsignaler i sanntid. Når en lysbue oppstår, viser den gjeldende bølgeformen spesifikk høyfrekvent støy og forvrengning-. AFCI bruker algoritmer for å oppdage dette unormale signalet og kobler raskt fra kretsen.

Som vist i den gjeldende spektrumbølgeformen ovenfor, indikerer den røde forekomsten av en elektrisk lysbue, tydelig kontrast med den blå der det ikke er noen bue.

I et typisk elektrisk system varierer tilfeldig bakgrunnsstøy generelt bare merkbart ved frekvenser over 200 kHz. Derimot opererer svitsjingskontrollkretser som for eksempel omformere i det elektriske systemet ved spektre under 50 kHz. For ikke å nevne, selve AC-strømforsyningssignalet er på en enda lavere frekvens på 50/60 Hz. Derfor, ved å bruke FFT-algoritmen for å konvertere den detekterte kabelstrømmen til frekvensdomenet og deretter analysere frekvensbåndet mellom 30 kHz og 100 kHz, er det mulig å effektivt skille mellom normal drift av kretssystemet og unormale lysbueforhold.

Hovedstruktur

AFCI-buefeilbrytere består hovedsakelig av en brytermodul, lekkasjemodul, strømmodul, signalkondisjoneringsmodul, utløsermodul og kommunikasjonsgrensesnittmodul.

• Strømmodul: leverer strøm til de relevante enhetene inne i AFCI/AFDD.

• Signalbehandlingsmodul: Strømsignalet i hovedkretsen føres gjennom en linjestrømtransformator til signalbehandlingsmodulen. Modulen forsterker, retter opp og filtrerer signalet før det sendes til mikrokontrolleren for behandling.

• Utløsningsmodul: I AFCI-buefeilbryteren tar den elektromagnetiske strukturen til utløsningsmodulen i bruk en ny-energisparende teknologi, som minimerer kjernetapene og kortslutningstapene til det elektromagnetiske brytersystemet, og maksimerer dermed energibesparelsene. En bufferenhet er lagt til for å redusere energipåvirkningen på det elektromagnetiske systemet, forbedre bryterens lukkeytelse og forlenge levetiden. Driftsmekanismen til utløsningsmodulen kan motta feilsignaler oppdaget av hovedkontrollbrikken MCU og avbryte spolekretsen gjennom kontrollerende kontakter, med den elektromagnetiske mekanismen som bryter hovedkretsen. Etter at feilen er løst, tilbakestiller du modulen ved å trykke på betjeningsknappen.

• Kommunikasjonsgrensesnittmodul: Denne modulen tillater sann-tidsoverføring av data som strøm, spenning, strømfase og lysbuesignaler til terminaldatamaskinen, noe som muliggjør fjernovervåking.

Arbeidsprinsipp

Hovedkontrollbrikken MCU til AFCI-buefeilbryteren overvåker strømsignalet i hovedkretsen i sanntid. Når en lysbuefeil oppdages i hovedkretsen, sender mikrokontrolleren et utløsningssignal, og utløsningskretsen utfører utløsningsoperasjonen.

3.2Infrarød termisk bildeteknologi

Infrarød termisk bildeteknologi oppdager unormal oppvarming ved tilkoblingspunkter gjennom et infrarødt kamera, slik at potensielle lysbuerisikoer kan identifiseres på forhånd. Dårlig kontakt er ofte ledsaget av lokaliserte høye temperaturer, og infrarød termisk bildebehandling kan tydelig vise disse høye-temperaturområdene, og gi vedlikeholdspersonell en intuitiv referanse.

4. Beskyttende tiltak og implementering for DC-buefeil i solcelleanlegg

4.1 Standard installasjon

Riktig installasjon er grunnlaget for å forhindre DC-buedannelse i solcelleanlegg. Under installasjonsprosessen, sørg for at koblinger og kabelskjøter er godt krympet for å unngå løse koblinger. Profesjonelt verktøy bør brukes til krymping, som opererer med spesifisert kraft for å sikre minimal kontaktmotstand ved tilkoblingspunktene.

Velg samtidig isolasjonsmaterialer som oppfyller standardene for å redusere risikoen for mekaniske skader. Ved installasjon av kabler, unngå overdreven bøying og strekking for å unngå skade på isolasjonslaget.

4.2 Komponentvalg

Velg kontakter og kabler som er motstandsdyktige mot aldring og høye temperaturer, og spesielt i tøffe miljøer, øker beskyttelsesnivået til komponenter (som IP65/IP67). Når du velger komponenter, må du fullt ut vurdere miljøforholdene til solcellekraftverket, som temperatur, fuktighet og korrosivitet.

For eksempel, i solcelleanlegg i områder med høy- temperatur, bør kontakter og kabler som kan opprettholde stabil ytelse ved høyere temperaturer velges. i svært korrosive miljøer som kystområder bør komponenter med korrosjonsbestandighet velges.

4.3 Optimalisering av systemdesign

Optimalisering av systemdesign er avgjørende for å forhindre DC-buedannelse i solcelleanlegg. Under designprosessen er det viktig å unngå for høye likespenninger (som må overholde sikkerhetsstandarder), redusere lange kabelstrekninger og minimere sannsynligheten for gaputladning.

Planlegg arrangementet av solcellemoduler og føringen av kabler med rimelighet, med sikte på å minimere kabellengden og redusere antall bøyninger og skjøter i kablene. Samtidig bør passende beskyttelsesenheter installeres, slik som sikringer, kretsbrytere og lysbuefeilbeskyttelsesenheter, for umiddelbart å kutte strømmen i tilfelle unormaliteter i kretsen.