Brandveiligheidsgevaar
In de afgelopen jaren hebben zich regelmatig brandongevallen bij PV-centrales voorgedaan, die niet alleen de eigendommen van de centrale en de inkomsten uit stroomopwekking verliezen, maar ook schade aan gebouwen en persoonlijk letsel veroorzaken, en zich zelfs verspreiden naar de omgeving, wat resulteert in een reeks secundaire rampen .
DC-boog is het meest voorkomende storingsverschijnsel in PV-centrales. Er zullen bogen optreden als gevolg van uitval van het contact, veroudering van het apparaat, isolatiebreuk en slechte aarding. Bovendien is de schade van een DC-boog veel groter dan die van een AC-boog, omdat er geen nuldoorgangspunt is in de DC-boog. Als het eenmaal optreedt, zal het blijven branden, het is moeilijk te doven en het is heel gemakkelijk om brandongevallen veroorzaken. Volgens statistieken wordt meer dan de helft van de brandongevallen in PV-centrales veroorzaakt door DC-bogen. Naarmate de specificaties van PV-modules groter worden, nemen het vermogen en de stroom van het DC-zijsysteem toe. Volgens de wet van Joule Q=I²Rt, verdubbelt de stroom en neemt het thermische effect van het kortsluitpunt 4 keer toe, het risico op het veroorzaken van brand wordt ook sterk vergroot.
DC-boogclassificatie
In tegenstelling tot traditionele elektrische producten, is er geen integrale behuizing voor PV-modules en hun bedrading om bogen en vonken te bevatten die worden veroorzaakt door component- en bedradingsfouten, terwijl veel PV-installaties in staat zijn om te werken met de typische DC-spanningen die DC-bogen ondersteunen.
Er zijn drie hoofdcategorieën bogen in PV-installaties:
— Seriebogen kunnen worden veroorzaakt door onjuiste bedrading of gebroken seriebedrading
— Parallelle bogen kunnen worden veroorzaakt door gedeeltelijke kortsluitingen tussen aangrenzende lijnen met verschillende potentialen
— Aardingsbogen door isolatiefout
Serie boog
Serieboog, ook wel getekende boog genoemd. Seriebogen worden meestal veroorzaakt door slecht contact van kabelstekkers tussen componenten en een slechte verbinding tussen stringkabels en combinerboxen of omvormers. Door het grote aantal seriestekkers in de PV-centrale zijn er 2000 paar stekkers in een 1MW PV-centrale op het dak. Het is moeilijk om ervoor te zorgen dat alle stekkers van goede kwaliteit zijn met zoveel paren stekkers. Deze gevaren leiden tot slecht contact en de vorming van DC-bogen.
Op dit moment integreren een paar omvormers de vlamboogbeveiligingsfunctie, maar er zijn twee grote problemen met deze beveiliging: Ten eerste, als er een vonkontlading is in één string, wordt de hele omvormer uitgeschakeld, wat grote schade veroorzaakt. Verlies van stroomopwekking; ten tweede kan het bedienings- en onderhoudspersoneel zonder de boogfoutlocatiefunctie de locatie van de boog niet op tijd en nauwkeurig vinden, wat in wezen geen oplossing is. De enige technische resetbescherming die ze kunnen doen, is de omvormer draaiende te houden. Vanuit dit oogpunt kan de boogtrekbeveiligingsfunctie die in de omvormer is geïntegreerd het probleem met de boogtekeningfout niet echt effectief oplossen.
Parallelle boog
Parallelle bogen worden voornamelijk veroorzaakt door kortsluiting van positieve en negatieve geleiders veroorzaakt door lijnbeschadiging, of kortsluiting tussen stringkabels. Wanneer de stringkabels mechanisch worden samengedrukt of versleten, zal er vonkvorming optreden tussen de positieve en negatieve elektroden, of tussen verschillende strings, wat een parallelle boogfout is. Er is nog een andere situatie die ook tot parallelle bogen kan leiden. Wanneer de seriebogen in het systeem niet op tijd worden aangepakt, verbrandt de hitte van de seriebogen de isolatie van de kabels en genereren parallelle bogen.
Wanneer er een parallelle boog ontstaat tussen de hoofdgeleiders van de vierkante component, is het moeilijker om te blussen, aangezien de boog voldoende energie kan krijgen, wat een groot brandongeval zal veroorzaken. De seriefoutboog kan worden gedoofd door de DC-bus of de overeenkomstige string van het PV-systeem los te koppelen, maar de parallelle foutboog kan niet worden gedoofd en kan zelfs een grotere stroom door het boogpad veroorzaken, waardoor de boog intenser wordt.
Momenteel kan de in de omvormer geïntegreerde boogbeschermingsfunctie geen parallelle bogen en aardingsbogen detecteren, maar de vernietigende kracht van parallelle bogen is vaak 10 keer die van seriebogen, en het veiligheidsrisico is zelfs nog groter.
Grondboog
Veroudering en beschadiging van componenten of mechanische schade leiden tot bodemontlading. Als de componenten plat op het kleurstalen pannendak worden gelegd, zullen er grondbogen of lekkage zijn. Dit soort storing is niet gemakkelijk te achterhalen, vooral niet op regenachtige dagen. Op dit moment is de oplossing om de omvormer uit te schakelen en te wachten tot de grond droog is voordat u hem opstart. Deze methode kan gevaren niet effectief elimineren en het risico op persoonlijke elektrische schokken vergroten.
DC-hoogspanning
In een PV-centrale worden PV-modules in serie geschakeld om een DC-hoogspanningscircuit te vormen, dat over het algemeen ongeveer 1000V bereikt. Zelfs wanneer het systeem is uitgeschakeld, is er nog steeds een DC-hoogspanning van ongeveer 1000 volt in de PV-modulematrix. Vooral voor PV-centrales op het dak, wanneer er brand ontstaat in PV-centrales en gebouwen, is het moeilijk om veilig te redden; tijdens routinebedrijf en onderhoud van elektriciteitscentrales of onderhoud van eigendommen lopen operators en inspecteurs ook het risico op een elektrische schok.
Scenario risicoanalyse
Overheid, school, ziekenhuis, dak van woningen
1. Regionale controle. Het is onmogelijk om drones te gebruiken om componenten te scannen op afwijkingen, en kan het gevaar niet op tijd vinden;
2. De bevolking is dicht. De vierkante array van componenten heeft lekkage, een hoog risico op elektrische schokken voor personeel;
3. Redding is beperkt. In geval van nood, zoals brand, kan de hoogspanning van de string niet worden uitgeschakeld, wat de redding belemmert;
4. De invloed van de publieke opinie. Als er een ongeluk gebeurt, heeft de publieke opinie meer impact
Verschillende kleuren stalen pannendak
1. Het is moeilijk te inspecteren. Het gekleurde stalen pannendak is onhandig om te inspecteren en het gevaar van boogveiligheid kan niet op tijd worden ontdekt;
2. Redding is beperkt. In geval van nood, zoals brand, kan de hoogspanning van de string niet worden uitgeschakeld, wat de redding belemmert;
3. Het dak is kwetsbaar. En de DC-boogvonk kan gemakkelijk door de kleurstalen tegel branden en de lagere ruimte betreden, wat brand en materiële schade veroorzaakt
Snelwegen, rivieren en andere gebieden
1. Milieurisico's. Sporadische boogvonken van sigarettenpeuken en componenten kunnen er gemakkelijk voor zorgen dat onkruid eronder brandt;
2. Moeilijk te inspecteren. Het lange en smalle gebied is onhandig voor inspectie, de bediening en het onderhoud zijn moeilijk en gevaren kunnen niet op tijd worden gevonden;
3. Moeilijk te redden. Ver weg van het stedelijk gebied, zoals brand en andere ongevallen, is het moeilijk te redden;
4. Secundair ongeval. Wanneer het voertuig of een ander ongeval de componenten beschadigt, kan de hoogspanning van de string niet op tijd worden uitgeschakeld, wat waarschijnlijk een ernstig secundair ongeval kan veroorzaken.
Nationale wet- en regelgeving
VERENIGDE STATEN VAN AMERIKA:
Volgens de laatste editie van het National Electrical Code NEC2020-document:
Neem de afstand tot de PV-matrix 305 mm als de limiet, buiten de limiet, binnen 30S nadat het triggerapparaat is gestart, daalt de spanning onder 30V; Binnen de grens is het vereist om een "PV-gevaarcontrolesysteem" te hebben, of de spanning te verlagen tot onder 80V binnen 30S nadat het triggerapparaat is gestart.
Canada:
Volgens de Canadian Electrical Code 2021-editie:
Wanneer de DC-zijdespanning van het PV-systeem hoger is dan 80 V, moet een boogstoringsonderbrekingsapparaat of andere gelijkwaardige apparatuur worden geïnstalleerd.
Wanneer het PV-systeem in of op het gebouw wordt geïnstalleerd, dient een sneluitschakelapparaat te worden geïnstalleerd. Op 1 meter afstand van de PV-module, nadat het apparaat voor snelle uitschakeling is gestart, moet de spanning binnen 30S worden verlaagd tot onder 30V.
Duitsland:
Volgens de Duitse norm VDE-AR-E 2100-712:
Als in het PV-systeem de omvormer is uitgeschakeld of het net uitvalt, moet de DC-spanning lager zijn dan 120V. Het gebruik van een uitschakelapparaat wordt genoemd om de DC-zijdespanning onder 120V te brengen.
Australië:
Volgens paragraaf 4.3.3 van de laatste AS/NZS 5033:2021 norm:
Wanneer de DC-spanning hoger is dan 120Vd.c, moet een scheidingsinrichting worden geïnstalleerd tussen de module en de omvormer.
Thailand:
Volgens paragraaf 4.3.13 van Thai Electrical Code-Solar Rooftop Power Supply Installations 2022:
Het is vereist dat de PV-centrale op het dak is uitgerust met een apparaat voor snelle uitschakeling, en de limiet is 300 mm van de PV-matrix. De spanning binnen het limietbereik wordt binnen 30 seconden na het starten van het apparaat verlaagd tot onder 80V en de spanning buiten het limietbereik wordt verlaagd tot onder 30V.
BENY Self-R&D-producten
Voor de brandveiligheid van zonnedaken en gebouwen, regelen BENY-apparaten voor string- en moduleniveau snelle uitschakelingen de spanning van de panelen tot een bepaald veilig niveau in microseconden. Voorkom ongevallen en verbeter de veiligheid van het zonne-energiesysteem. BENY-oplossingen voor snelle uitschakeling zijn ontworpen volgens de CE-, TUV-, UL-standaard, in overeenstemming met nationale wet- en regelgeving zoals Thai Electrical Code, NEC2020. Als lid van de Sunspec-alliantie ontwikkelt BENY PLC-communicatie-RSD's voor een bredere naleving van meerdere stringomvormers. Bekijk nu de producten.
Epiloog
De bouw van PV-centrales is in volle gang en heeft nauwe banden met duizenden huishoudens. Hoe zorg je ervoor dat de"veiligheid"van PV-centrales trekt veel aandacht van de hele industrie. Om dit probleem effectief op te lossen, moet de hele industrie samenwerken om innovatieve oplossingen te bedenken en de relevante normen en voorschriften voortdurend te verbeteren, en vervolgens de relevante vereisten daadwerkelijk implementeren bij de daaropvolgende bouw van elektriciteitscentrales.
Als belangrijke energie-infrastructuur is de veilige, stabiele en efficiënte werking van PV-centrales een belangrijke garantie voor economische ontwikkeling.
