Ako komerčný inštalatér FV skrátil prestoje pri poruche oblúka o 85 % pomocou zlučovača DC AFCI

Zázemie zákazníka

Regionálna komerčná solárna EPC spoločnosť so sídlom v Arizone sa špecializuje na strešné a pozemné fotovoltaické systémy pre sklady a distribučné centrá. Spoločnosť inštaluje približne 25 MW ročne, pričom typické projekty sa pohybujú od 500 kW do 3 MW. Ich klientmi sú logistickí operátori a poskytovatelia chladiarenských zariadení, ktorí potrebujú spoľahlivé solárne zariadenia s minimálnymi výpadkami prúdu.

Výzvy so štandardnými kombinačnými boxmi a AFCI na úrovni meniča

Roky inštalatér používal štandardné zlučovače jednosmerného prúdu iba s poistkami a odpojovačom jednosmerného prúdu. Ochrana pred oblúkom bola riešená na úrovni meniča, čo však spôsobilo dva opakujúce sa problémy. Po prvé, detekcia na úrovni meniča nedokázala izolovať, ktorý reťazec alebo zlučovač mal poruchu, čo nútilo posádky skontrolovať každý konektor na streche. Po druhé, invertory generovali falošné chyby počas prepínania siete a spúšťania meniča, čím sa vyplo celé pole.

Najzávažnejší incident zahŕňal uvoľnený konektor vo vnútri zlučovacej skrinky, ktorý vytvoril sériovú oblúkovú poruchu. Oblúk tlmil celé týždne, kým ho zachytila ​​tepelná kontrola. Táto udalosť spôsobila požiar a vyvolala šesťciferný nárok na náhradu škody. Tím EPC vedel, že potrebuje ochranu pred elektrickým oblúkom bližšie k zdroju, ale dodatočná montáž externých modulov AFCI na existujúce zlučovacie boxy bola drahá a komplikovaná. Každý modul vyžadoval samostatné vedenie, kryty a koordináciu s meničom.

Prečo Soutya 12-v-1-Out DC AFCI zlučovač?

Spoločnosť vyhodnotila tri možnosti: pokračovanie len s AFCI na úrovni meniča, pridanie externých modulov AFCI alebo prechod na integrovaný zlučovač DC AFCI. Externé moduly spĺňali požiadavky UL 1699B, ale pridali viac ako 2 000 USD na zlučovač a predĺžili inštaláciu o niekoľko hodín na jednotku. Integrovaný box Soutya kombinoval 12 reťazcových vstupov, detekciu poruchy oblúka na reťazci, nadprúdovú ochranu a prepäťovú ochranu v jednom kryte. Bol zaradený do UL 1699B a bol navrhnutý tak, aby zvládol systémové napätie 600 V DC a 1 200 V DC, ktoré zodpovedalo štandardným projektovým špecifikáciám spoločnosti.

Rozhodnutie padlo na ekonomiku inštalácie a spoľahlivosť systému. S boxom Soutya potrebovala posádka iba namontovať jednotku, pripojiť strunové vedenia a nastaviť prahové parametre AFCI. Neboli potrebné žiadne externé moduly ani ďalšie kryty. Integrovaný dizajn tiež znížil počet koncových bodov, čím sa znížilo riziko budúcich oblúkových porúch. Test na streche s výkonom 1,2 MW presvedčil inžiniersky tím, že produkt bude fungovať v reálnych podmienkach.

Proces implementácie

Pilotným projektom bolo 1,2 MW strešné pole na chladiarenskom distribučnom centre. Inštalácia prebiehala počas dvoch týždňov, pričom po streche bolo rozmiestnených 24 zlučovacích boxov Soutya DC AFCI. Každá skrinka kombinovala 12 reťazcov s jedným výstupným prívodom do centrálneho meniča.

• Príprava miesta a montáž: Kombinačné boxy boli namontované na predinštalované vzpery v blízkosti vonkajších stien. Jednosmerné vedenie z polí bolo vtiahnuté do vývodiek a ukončené na vstupných svorkách.
• konfigurácia AFCI: Inštalačný technik nastavil prah detekcie elektrického oblúka pre každý kanál pomocou vstavaných prepínačov DIP a merača napätia. Funkcia autotestu overila obvod detekcie oblúka na všetkých 12 vstupoch bez spustenia nepríjemného vypnutia.
• Koordinácia s meničom: Výstup každého zlučovacieho boxu bol pripojený k DC zbernici meniča. Vypínací signál AFCI bol pripojený k vstupu vzdialeného zastavenia meniča, čím sa zabezpečilo, že sa menič vypne do 0,5 sekundy od poruchy – viac ako dvakrát viac ako 2-sekundová požiadavka v UL 1699B.
• Uvedenie do prevádzky: Po napájaní vykonala posádka sériu manuálnych simulácií oblúkových porúch pomocou kalibrovaného generátora oblúka. Všetkých 24 boxov detekovalo oblúky a správne odovzdalo vypínací signál.

Jediným náročným krokom bola integrácia vypínacieho signálu AFCI so starším modelom meniča, ktorému chýbal vyhradený vstup na vypnutie. Tím to vyriešil zapojením vypínacieho relé k ovládaču vypínača jednosmerného prúdu meniča, čo je úprava, ktorá trvala 30 minút na jeden menič. Išlo o jednorazovú inžiniersku zmenu a neovplyvnila zvyšok inštalácie.

Kvantifikovateľné výsledky

Po celom roku prevádzky pilotný systém priniesol merateľné zlepšenia v porovnaní s predchádzajúcimi návrhmi zlučovacích boxov spoločnosti.

• Prestoje súvisiace s poruchou oblúka klesli o 85 %– z priemerných 12 hodín za štvrťrok na menej ako 2 hodiny. Samotná eliminácia falošných porúch pri spustení meniča ušetrila 8 hodín prestojov za štvrťrok.
• Boli zistené a izolované dve skutočné oblúkové poruchy– jeden spôsobený skorodovaným konektorom MC4 a jeden uvoľnenou skrutkou svorky. Obe udalosti boli zachytené skôr, ako došlo k tepelnému poškodeniu, čím sa zabránilo odhadovaným nákladom na opravu a zodpovednosť vo výške 50 000 USD.
• Miera falošných ciest klesla z 5 za rok na 1. K jedinému chybnému vypnutiu došlo počas nezvyčajnej udalosti sieťového napätia a reset trval 10 minút.
• Čas inštalácie na zlučovač sa znížil o 40 %– od 4 hodín do 2,5 hodiny – pretože posádka už nemusela inštalovať samostatné zariadenia AFCI a spojovacie skrinky.

Klient schválil uvedenie rovnakého dizajnu kombinovanej skrine na ich ďalšie tri projekty s celkovou kapacitou 4 MW.

Posudok klienta

"Zlučovač Soutya AFCI odstránil z našich návrhov vrstvu zložitosti. Zachytil poruchu oblúka, ktorú menič nikdy nevidel, a uvedenie do prevádzky prebehlo bez námahy. Túto skriňu sme štandardizovali pre všetky naše komerčné inštalácie." — Hlavný elektrotechnik

Poučenia a odporúčania

• Oblúková ochrana patrí na úroveň zlučovača, nie na striedač.Kombinátorové skrine sú najrizikovejším spojovacím bodom pre sériové oblúkové poruchy kvôli mnohým zakončeniam v malom kryte. Implementácia detekcie tam poskytuje rýchlejšiu odozvu a lepšie riešenie problémov.
• Integrované AFCI znižuje celkové náklady na systém.Aj keď box Soutya stojí o 30 % viac ako štandardný zlučovací box, eliminácia externých modulov AFCI a znížená inštalačná práca prináša čistú úsporu približne 1 000 USD na box. Pre projekt s výkonom 1 MW s 20 boxmi je to úspora 20 000 USD.
• Uvedenie do prevádzky a autotest sú kritické.Pred zapnutím poľa skontrolujte správanie AFCI. Tiež koordinujte logiku vypínania s meničom, aby ste zaistili, že vypnutie je dostatočné na splnenie požiadaviek UL 1699B a NEC 690.12.
• V prípade opätovného preskúmania projektu by tím pridal vzdialené monitorovanie stavu AFCI.Umožnilo by to ešte rýchlejšiu lokalizáciu porúch a zabránilo by sa tomu, aby technici zbytočne liezli na strechu.

Referencie

• UL 1699B: 2018 fotovoltaická (PV) ochrana obvodov pri poruche jednosmerného oblúka
• IEC 62548:2016 Fotovoltaické (FV) polia – Požiadavky na dizajn
• NEC 690.12 Rýchle vypnutie fotovoltických systémov v budovách (NFPA 70)