Как установщик коммерческих фотоэлектрических систем сократил время простоя из-за дугового замыкания на 85 % с помощью объединительного блока DC AFCI

Информация о клиенте

Региональная коммерческая компания по производству солнечной энергии, базирующаяся в Аризоне, специализируется на фотоэлектрических системах для установки на крыше и на земле для складов и распределительных центров. Компания устанавливает около 25 МВт в год, типовые проекты варьируются от 500 кВт до 3 МВт. Их клиентами являются логистические операторы и поставщики холодильного оборудования, которым нужны надежные солнечные активы с минимальными перебоями в подаче электроэнергии.

Проблемы со стандартными сумматорами и AFCI инверторного уровня

В течение многих лет установщики использовали стандартные объединители постоянного тока только с предохранителями и разъединителем постоянного тока. Защита от дугового замыкания осуществлялась на уровне инвертора, но это вызывало две повторяющиеся проблемы. Во-первых, обнаружение на уровне инвертора не могло определить, какая струна или блок сумматора неисправны, что вынуждало бригаду проверять каждый разъем на крыше. Во-вторых, инверторы генерировали ложные отключения во время переключения сети и запуска инвертора, отключая весь массив.

Самый серьезный инцидент произошел с незакрепленным разъемом внутри распределительной коробки, что привело к последовательному дуговому замыканию. Дуга тлела несколько недель, прежде чем ее обнаружила тепловая проверка. Это событие вызвало пожар и повлекло за собой шестизначную ответственность. Команда EPC знала, что им нужна защита от дугового замыкания ближе к источнику, но установка внешних модулей AFCI на существующие объединительные коробки была дорогостоящей и сложной. Для каждого модуля требовалась отдельная проводка, корпус и координация с инвертором.

Почему стоит использовать объединительный блок постоянного тока AFCI Soutya 12-в-1-Out?

Компания рассмотрела три варианта: продолжение использования только AFCI на уровне инвертора, добавление внешних модулей AFCI или переход на встроенный объединительный блок AFCI постоянного тока. Внешние модули соответствовали требованиям UL 1699B, но требовали более 2000 долларов США за каждый объединитель и удлиняли установку на несколько часов за единицу. Интегрированный блок Soutya объединил в одном корпусе 12 строковых входов, функцию обнаружения дугового замыкания для каждой строки, защиту от перегрузки по току и устройство защиты от перенапряжения. Он был внесен в список UL 1699B и рассчитан на работу с системным напряжением 600 В постоянного тока и 1200 В постоянного тока, что соответствовало стандартным спецификациям проекта компании.

Решение сводилось к экономичности установки и надежности системы. При использовании коробки Soutya экипажу нужно было только смонтировать блок, подключить провода и установить пороговые параметры AFCI. Никаких внешних модулей или дополнительных корпусов не требовалось. Интегрированная конструкция также уменьшила количество точек подключения, что снизило риск возникновения дуговых замыканий в будущем. Полевые испытания на крыше проекта мощностью 1,2 МВт убедили команду инженеров в том, что продукт будет работать в реальных условиях.

Процесс реализации

Пилотный проект представлял собой установку на крыше холодильного распределительного центра мощностью 1,2 МВт. Установка заняла две недели: по крыше было распределено 24 объединительных блока Soutya DC AFCI. В каждой коробке объединено по 12 струн, одна из которых подается на центральный инвертор.

• Подготовка места и монтаж: Комбайнерные коробки монтировались на заранее установленных стойках возле наружных стен. Провода постоянного тока от массивов были протянуты в сальники и заделаны на входные клеммы.
• Конфигурация AFCI: Установщик устанавливает порог обнаружения дугового замыкания для каждого канала с помощью встроенных DIP-переключателей и измерителя напряжения. Функция самотестирования проверила цепь обнаружения дуги на всех 12 входах, не вызывая нежелательного отключения.
• Координация с инвертором: Выход каждого сумматора был подключен к шине постоянного тока инвертора. Сигнал отключения AFCI был подключен к входу дистанционного останова инвертора, гарантируя, что инвертор выключится в течение 0,5 секунды после неисправности – более чем в два раза больше, чем требование в 2 секунды в UL 1699B.
• ввод в эксплуатацию: После подачи питания команда выполнила серию ручных имитаций дугового замыкания с использованием калиброванного дугового генератора. Все 24 коробки обнаружили дуги и правильно передали сигнал отключения.

Единственным трудным шагом была интеграция сигнала отключения AFCI со старой моделью инвертора, в которой не было специального входа для отключения. Команда решила эту проблему, подключив реле отключения к контроллеру выключателя постоянного тока инвертора, модификация, которая заняла 30 минут на каждый инвертор. Это было разовое инженерное изменение, которое не повлияло на остальную часть установки.

Количественные результаты

После года эксплуатации пилотная система дала ощутимые улучшения по сравнению с предыдущими конструкциями комбайнерных коробок компании.

• Время простоев, связанных с дуговыми замыканиями, сократилось на 85 %– от в среднем 12 часов в квартал до менее 2 часов. Устранение ложных отключений при запуске инвертора экономило 8 часов простоя в квартал.
• Обнаружены и изолированы два реальных дуговых замыкания– одно из-за коррозии разъема MC4, а другое из-за ослабленного винта клеммы. Оба события были зафиксированы до того, как произошло термическое повреждение, что предотвратило потенциальные расходы на ремонт и ответственность на сумму около 50 000 долларов США.
• Число ложных поездок снизилось с 5 в год до 1.. Единственное ложное отключение произошло во время необычного события с напряжением в электросети, и сброс занял 10 минут.
• Время установки одного блока сумматора уменьшено на 40%.— с 4 часов до 2,5 часов — поскольку экипажу больше не приходилось устанавливать отдельные устройства AFCI и распределительные коробки.

Клиент одобрил внедрение одной и той же конструкции сумматора в своих следующих трех проектах общей мощностью 4 МВт.

Отзывы клиентов

«Объединительный блок Soutya AFCI устранил еще один уровень сложности в наших проектах. Он улавливал дуговое замыкание, которого никогда не замечал инвертор, и ввод в эксплуатацию прошел легко. Мы стандартизировали этот блок для всех наших коммерческих установок». — Старший инженер-электрик

Уроки и рекомендации

• Защита от дугового замыкания осуществляется на уровне сумматора, а не на уровне инвертора.Соединительные коробки представляют собой точку соединения с самым высоким риском последовательных дуговых замыканий из-за большого количества клемм в небольшом корпусе. Внедрение обнаружения там обеспечивает более быстрое реагирование и лучшее устранение неполадок.
• Интегрированный AFCI снижает общую стоимость системы.Несмотря на то, что блок Soutya стоит на 30% дороже, чем стандартный блок сумматора, отказ от внешних модулей AFCI и сокращение трудозатрат на установку дают чистую экономию примерно в 1000 долларов США на блок. Для проекта мощностью 1 МВт с 20 блоками это экономия в размере 20 000 долларов США.
• Ввод в эксплуатацию и самотестирование имеют решающее значение.Проверьте поведение AFCI перед подачей питания на массив. Кроме того, согласуйте логику отключения с инвертором, чтобы обеспечить достаточное отключение в соответствии с требованиями UL 1699B и NEC 690.12.
• При повторном рассмотрении проекта команда добавила бы удаленный мониторинг статуса AFCI.Это позволит еще быстрее локализовать неисправность и не позволит техническим специалистам подниматься на крышу без необходимости.

Ссылки

• UL 1699B: 2018 Фотоэлектрическая (PV) защита от дугового замыкания постоянного тока
• МЭК 62548:2016 Фотоэлектрические (ФЭ) массивы. Требования к проектированию
• NEC 690.12 Быстрое отключение фотоэлектрических систем в зданиях (NFPA 70)