Wat is een DC-boogfout?
Een boogfout is de stroom van elektrische energie door een luchtspleet door middel van geïoniseerde gasmoleculen. Terwijl lucht normaal gesproken wordt beschouwd als een niet-geleidend medium, kan een hoog potentiaalverschil (spanning) tussen twee geleiders die zich dicht bij elkaar bevinden, ervoor zorgen dat de luchtmoleculen uiteenvallen in hun geïoniseerde bestanddelen (een zogenaamde a‘plasma’), die vervolgens een lading van de ene elektrode naar de andere kan transporteren.
De temperatuur van een elektrische boog hangt af van een aantal factoren, zoals het stroomniveau, maar op een typisch PV-systeem is het gemakkelijk heet genoeg om glas, koper en aluminium te smelten en om de verbranding van omringende materialen op gang te brengen.
DC-boogfouten treden op bij de DC-bekabeling van PV-zonnesystemen.
Schematisch diagram– String inverter zonnestelsel met onbeschermde DC-bekabeling. Bekabeling, verbindingen en elektrische apparatuur die zijn blootgesteld aan DC-boogfouten, worden in rood weergegeven
Is er een probleem met elektrische wisselstroomsystemen? NEE
Vonkvorming wordt niet gezien als een veelvoorkomend gevaar in gewone elektrische AC-systemen. Dit komt gedeeltelijk doordat de normen, praktijken en componentontwerpen van de elektrische industrie de afgelopen 100 jaar zijn geëvolueerd tot een punt waarop moderne AC-installaties zeer veilig zijn.
Boogvorming is minder een probleem in wisselstroomsystemen, omdat wisselstroombogen de neiging hebben zichzelf uit te doven wanneer de spanning wisselt en honderd keer per seconde door 0 volt gaat voor standaard netvoeding. Om een boog zichzelf in stand te houden, moeten de voorwaarden voor het starten van de boog continu aanwezig zijn. DC blijft op een continue spanning staan en zodra er een boog is ontstaan, zal deze doorgaan zolang de DC-spanning aanwezig is
Komen er DC-boogfouten voor op alle zonnesystemen? NEE
DC-boogfouten treden alleen op bij stringomvormersystemen met onbeschermde DC-spanningscircuits van meer dan ongeveer 80 volt DC.
Waar op het zonnestelsel treden DC-boogfouten op?
Er kunnen overal fouten optreden in de DC-bekabeling die van de zonnepanelen op het dak naar de stringomvormer loopt, die meestal naast het hoofdschakelbord wordt geïnstalleerd. Er zijn ongeveer 26 aansluitingen in het DC-circuit van een klein huishoudelijk zonnesysteem (2kW) die ter plaatse worden uitgevoerd door de zonne-installateur en ongeveer 50 aansluitingen op een 5kW-systeem. Al deze verbindingen die door de zonne-installateur worden gemaakt, zijn een potentieel storingspunt.
Er zijn ook extra aansluitingen in de zonnepanelen, DC-isolatoren en de stringomvormer die potentiële storingspunten zijn.
Wat zijn de soorten DC-boogfouten die optreden bij zonnesystemen die stringomvormers gebruiken?
Er zijn drie veelvoorkomende soorten DC-boogfouten:
Serie– Een seriële boog treedt op wanneer een verbinding wordt verbroken terwijl de PV stroom produceert. Elke onderbroken verbinding in het DC-circuit kan een DC-boogfout veroorzaken. Deze verbindingen kunnen gesoldeerde verbindingen binnen de module, compressie-type draadverbindingen, connectoren die worden gebruikt op de draadkabels die aan PV-modules zijn bevestigd, verbindingen in DC-isolatoren, verbindingen in de omvormer, gelijkstroomcircuits in de omvormer of gelijkstroombekabeling in de omvormer omvatten. string circuit.
Parallel– Parallelle bogen ontstaan wanneer er een storing is in het isolatiesysteem en er stroom loopt tussen positief en negatief. Twee geleiders met tegengestelde polariteit in hetzelfde DC-circuit worden vaak dicht bij elkaar geleid. De isolatie tussen de twee draden kan ondoelmatig worden doordat dieren erop kauwen, UV-afbraak, verbrossing, barsten, binnendringend vocht en mechanische schade. Parallelle boogfouten kunnen zich langs de geleiders voortzetten naar de brandende materialen van de array.
Om te aarden– Deze fout vereist slechts het falen van één isolatiesysteem naar aarde. Dit kan het frame van de zonnemodule zijn, de stelling van de zonnepanelen, het dak of andere geaarde oppervlakken.
Vaak kan een storing beginnen als één type storing (bijv. Seriefout) maar uitgroeien tot een ander soort storing (bijv. Parallelle storing).
Wat kan een DC-boogfout veroorzaken?
Onderbreking van de continuïteit van de geleider door:
·Losse verbindingen door slechte installatie
·Losse verbindingen door slechte verbindingen
·Corrosie van voegen na verloop van tijd
Uitval van isolatiesysteem:
·Degradatie van de isolatie na verloop van tijd als gevolg van blootstelling aan UV
·Isolatie die na verloop van tijd barst door temperatuurveranderingen (hot– verkoudheid)
·Degradatie van isolatie door veroudering
·Schade aan isolatie door knaagdieren, insecten, vogels
·Schade aan isolatie tijdens installatie
·Schade aan isolatie door toekomstige bouwwerkzaamheden
·Binnendringen van water op kabels, leidingen.
·Het binnendringen van water naar DC-isolatoren door een slechte installatie
·Het binnendringen van water in DC-isolatoren als gevolg van degradatie van afdichtingen na verloop van tijd
·Binnendringend water naar de omvormer
·Binnendringen van water op zonnepaneel of aansluitdoos
Zijn DC-boogfouten iets om u zorgen over te maken?JA
Gebreken in DC-boog zijn geïdentificeerd als de hoofdoorzaak van meer dan 400 branden in woningen en commerciële gebouwen in Australië– bouwbranden die de veiligheid van inzittenden in gevaar brengen en materiële schade veroorzaken. DC-boogfouten veroorzaken ook aanzienlijke schade aan zonne-energie-installaties.
De componenten voor gelijkstroombekabeling van de hoogste kwaliteit kunnen met de grootste zorg worden geselecteerd en geïnstalleerd. Echter, kabelisolatie en degradatie van de geleider zullen na verloop van tijd optreden, wat een DC-boogfout kan veroorzaken.
Als u een DC-boogfout ziet of hoort, kan het uitschakelen van uw inverter de boog dan stoppen?NEE
DC-boogfouten treden op op de DC-bekabeling onder de zonnepanelen, overal langs de DC-bekabeling van de zonnepanelen op het dak naar de stringomvormer en zelfs binnen de stringomvormer. Als u de omvormer uitschakelt, wordt de DC-bedrading niet uitgeschakeld. De DC-bedrading van het zonnepaneel naar de omvormer staat onder spanning wanneer de zon schijnt en er is geen methode om deze bedrading te isoleren. Dus het uitschakelen van de omvormer zal een DC-boogfout niet onderdrukken. Afhankelijk van de locatie van de fout, kan het gebruik van de DC-isolator op het dak de fout isoleren en de boog doven, maar hiervoor is toegang tot het dak vereist en het lokaliseren van de juiste DC-isolator. Het onderbreken van een DC-boogfout met een isolator is niet zonder eigen gevaren en zou alleen als laatste redmiddel worden beschouwd.
Bieden stringomvormers met ingebouwde boogfoutbeveiliging bescherming voor alle soorten DC-boogfouten?NEE
Er zijn nu enkele stringomvormers beschikbaar met ingebouwde boogfoutdetectie. Deze detecteren en isoleren echter NIET alle bovengenoemde soorten DC-boogfouten.
Omvormers met ingebouwde boogdetectie identificeren een DC-boogfout met behulp van ruis op de DC-bekabeling die door de boog wordt geproduceerd. Zodra een boog wordt gedetecteerd, wordt het DC-circuit bij de omvormer geïsoleerd. Dit dooft een‘serie’ boog maar ZAL NIET doven a‘parallel’ of‘grond’ fout boog. De DC-bekabeling onder het zonnepaneel en tot aan de omvormer blijft onder spanning staan als het DC-circuit bij de omvormer is geïsoleerd. Een parallelle of aardfout blijft boog op zonnesystemen die stringomvormers met DC-boogfoutbeveiliging gebruiken.
Komen DC-boogfouten alleen voor bij DC-isolatoren?NEE
Sommige zonne-installateurs zijn van mening dat DC-boogfouten alleen optreden bij DC-isolatoren. Dit is niet correct. DC-boogfouten treden op overal waar er verbindingen in de DC-kabels zijn, een storing in de kabelcontinuïteit of een storing in de isolatie. Dit gebeurt op de zonnepanelen, de DC-connectoren, de DC-bekabeling, de verbindingen in de DC-isolatoren of in de omvormer.
Is het verwijderen van DC-isolatoren op het dak een optie om DC-boogfouten te verminderen?NEE
Het niet installeren van DC-isolatoren op het dak zal zeker de mogelijkheid elimineren dat ze in de toekomst defect raken. De elektrische basistheorie schrijft echter voor dat het nodig is om een generator van elektriciteit zo dicht mogelijk bij de bron te kunnen isoleren. Als er bijvoorbeeld een fout optreedt in de DC-bekabeling in de dakholte of ergens tussen de zonnepanelen en de stringomvormer, moet het systeem worden voorzien van een manier om de voeding uit te schakelen om de fout te isoleren. Als een persoon de pech had om in contact te komen met de DC-bedrading, is de standaard veilige reddingsprocedure het isoleren van de voeding voordat een reddingspoging wordt ondernomen.
Dus hoewel het verwijderen van de DC-isolator op het dak een gemakkelijke manier lijkt om te voorkomen dat ze defect raken, is het niet praktisch om het systeem te verlaten zonder de mogelijkheid om de zonnepanelen te isoleren in geval van een storing of ongeval.
Zal het verwijderen van DC-isolatoren DC-boogfouten voorkomen?NEE
DC-boogfouten komen voor overal waar er verbindingen in de DC-kabels zijn, een storing in de kabelcontinuïteit of een storing in de kabelisolatie. Als een DC-isolator werd vervangen door een aansluitdoos of DC-connector-rangeerkast, zullen er op dit punt en op andere punten in het DC-circuit nog steeds fouten optreden.
De meest effectieve benadering om DC-boogfouten te voorkomen, is om de aanwezigheid van gevaarlijke DC-spanningen te elimineren met behulp van micro-omvormers of het gebruik van sommige DC-geoptimaliseerde systemen met veilige DC.
Neemt de kans op DC-boogfouten toe naarmate zonnesystemen met stringomvormers verouderen?JA
De kans op een DC-boogfout neemt toe naarmate zonnestelsels ouder worden. Dit komt doordat verbindingen in de DC-bedrading na verloop van tijd corroderen, waardoor de impedantie toeneemt, waardoor warmte ontstaat en de continuïteit van de verbinding wordt afgebroken, wat resulteert in een DC-boogfout. Ook verslechteren de afdichtingen op isolatoren, leidingen enz. In de loop van de tijd waardoor het water toeneemt, wat een DC-boogfout kan veroorzaken.
Knaagdieren, insecten, vogels kunnen isolatie beschadigen, toekomstige werkzaamheden kunnen isolatie beschadigen of isolatie kan na verloop van tijd gewoon achteruitgaan.
Is het waar dat zolang een DC-zonnestelsel is geïnstalleerd in overeenstemming met de Australische normen (AS5033) en apparatuur van goede kwaliteit en installatiepraktijken worden gebruikt, het systeem is‘veilig’?NEE
Er zijn talloze gevallen geweest van branden die zijn begonnen als gevolg van apparatuur die werd overwogen‘van hoge kwaliteit’ op het moment dat het werd geïnstalleerd, maar jaren later door de fabrikant werd teruggeroepen vanwege fabricage- of ontwerpfouten. Vaak treden deze defecten pas op als het systeem al enkele jaren in bedrijf is.
Het installeren van zonnesystemen op daken is een moeilijke en soms gevaarlijke taak, vooral in vaak hete en oncomfortabele omstandigheden. Deze omstandigheden zijn niet bevorderlijk voor perfect vakmanschap, en er is slechts een kortstondige concentratie nodig om een aansluitdoos of DC-isolator niet met het juiste koppel vast te zetten– die uiteindelijk zullen mislukken als gevolg van het binnendringen van water. De praktijk is dat zelfs de beste vakman af en toe fouten kan maken en bij gelijkstroomsystemen kunnen deze fouten catastrofale gevolgen hebben.
De Australische normen (met name AS5033) gaan tot het uiterste om alle waarschijnlijke oorzaken van DC-boogfouten in een zonnestelsel te elimineren. Er zijn strenge inspectieregimes van kracht (veel meer dan welke reguliere elektrische installatie dan ook) en toch zijn er in Australië dagelijks talloze voorbeelden van catastrofale DC-boogfouten in DC-zonnestelsels. Dit alleen al zou de vraag moeten beantwoorden of het volgen van de bestaande Australische normen voldoende is om DC-boogfouten te elimineren.
De enige manier om het risico op DC-boogfouten te elimineren, is door de gevaarlijke DC-spanning zelf uit het systeem te verwijderen of een technologie te gebruiken die specifiek is ontworpen om de systeemspanning in geval van een fout tot veilige niveaus te verlagen.
Kan regelmatig onderhoud DC-boogfouten voorkomen op zonnesystemen met stringomvormers en onbeschermde DC-bekabeling?NEE
Er is een algemene overtuiging dat als een DC-zonnesysteem met onbeschermde DC-middenspanningskabels wordt geïnstalleerd in overeenstemming met de Australische normen AS5033 en regelmatig wordt onderhouden, dit volkomen veilig is. Dit is niet waar. Een zonne-installateur kan regelmatig een zonnesysteem onderhouden. Maar zelfs die nacht na de keuring of elke avond na de keuring kan een knaagdier, buidelrat enz. Door de isolatie van de gelijkstroombekabeling bijten. Wanneer de zon opkomt, beginnen de zonnepanelen stroom te produceren, de blote geleiders komen onder spanning te staan en veroorzaken een DC-boogfout en brand. Het is praktisch onmogelijk voor een installateur van zonne-energie om te controleren of alle afdichtingen waterdicht zijn om het binnendringen van water te voorkomen en ook om te controleren of alle kabelverbindingen niet gecorrodeerd zijn en onderhevig zijn aan hoge impedantie.
Er is gewoon geen onderhoudsprogramma dat een DC-boogfout kan voorkomen op zonnesystemen met stringomvormers en onbeschermde DC-bekabeling.
Komt dit alleen voor in Australië?NEE
De Verenigde Staten lopen voorop in Australië bij het aanpakken van dit probleem. In 2014 introduceerden ze via de National Electric Code (NEC) eisen voor snelle uitschakeling van zonnepanelen. Hierdoor wordt de DC-kabel van het dak naar de omvormer spanningsloos wanneer het systeem is uitgeschakeld. Hoewel dit heeft geholpen, zijn incidenten met DC-boogfouten met de zonnepanelen doorgegaan. daarom zijn ze nu van plan maatregelen te introduceren volgens NEC2017 over snelle uitschakeling op zonnepaneelniveau om de maximale DC-spanning binnen arrays te beperken tot 80V DC of lager wanneer het systeem wordt uitgeschakeld. De snelle uitschakeling op het niveau van het zonnepaneel biedt meer veiligheid voor hulpdiensten en iedereen die in contact kan komen met het zonnestelsel.
Het Verenigd Koninkrijk heeft het probleem onderkend en voert een gedetailleerd onderzoek uit naar zonne-branden veroorzaakt door DC-boogfouten.
(Referentie van https://www.acsolarwarehouse.com/)
