ایستگاه برق PV توزیع شده قوس الکتریکی و خطر

خطر ایمنی آتش نشانی

در سال های اخیر، حوادث آتش سوزی نیروگاه های فتوولتاییک به طور مکرر رخ داده است که نه تنها اموال نیروگاه و درآمد تولید برق را از دست می دهد، بلکه باعث آسیب ساختمان و صدمات جانی می شود و حتی به محیط اطراف سرایت می کند و منجر به یک سری بلایای ثانویه می شود. .

قوس DC رایج ترین پدیده خطا در نیروگاه PV است. قوس ها به دلیل افت تماس، کهنه شدن دستگاه، پارگی عایق و زمین ضعیف ایجاد می شوند. علاوه بر این، آسیب قوس DC بسیار بیشتر از قوس AC است، زیرا هیچ نقطه عبوری در قوس DC وجود ندارد، پس از وقوع آن، به سوختن ادامه خواهد داد، خاموش کردن آن دشوار است و بسیار آسان است. باعث حوادث آتش سوزی شود. بر اساس آمار، بیش از نیمی از حوادث آتش سوزی در نیروگاه های PV ناشی از قوس DC است. با بزرگتر شدن مشخصات ماژول های PV، توان و جریان سیستم سمت DC افزایش می یابد. طبق قانون ژول Q=I²Rt، جریان دو برابر می‌شود و اثر حرارتی نقطه اتصال کوتاه ۴ برابر افزایش می‌یابد، خطر ایجاد آتش‌سوزی نیز بسیار افزایش می‌یابد.

طبقه بندی قوس DC

برخلاف محصولات الکتریکی سنتی، هیچ محفظه‌ای برای ماژول‌های PV و سیم‌کشی‌های آن‌ها وجود ندارد که حاوی قوس‌ها و جرقه‌های ناشی از خطای قطعات و سیم‌کشی باشد، در حالی که بسیاری از تاسیسات PV قادر به کار در ولتاژهای DC معمولی هستند که قوس‌های DC را حفظ می‌کنند.

سه دسته اصلی قوس در تاسیسات PV وجود دارد:

- قوس های سری ممکن است به دلیل سیم کشی نادرست یا سیم کشی سری شکسته ایجاد شوند

- قوس های موازی ممکن است در اثر اتصال کوتاه جزئی بین خطوط مجاور با پتانسیل های مختلف ایجاد شوند

- قوس های زمینی به دلیل نقص عایق

سری Arc

قوس سری که به عنوان قوس کشیده نیز شناخته می شود. قوس های سری معمولاً به دلیل تماس ضعیف دوشاخه های کابل بین قطعات و اتصال ضعیف بین کابل های رشته و جعبه های ترکیبی یا اینورتر ایجاد می شوند. با توجه به تعداد زیاد دوشاخه های سری در نیروگاه PV، 2000 جفت دوشاخه در یک نیروگاه برق 1 مگاواتی پشت بام وجود دارد. اطمینان از کیفیت خوب همه دوشاخه ها با تعداد زیادی جفت پریز دشوار است. این خطرات منجر به تماس ضعیف و تشکیل قوس DC می شود.

در حال حاضر، چند اینورتر عملکرد حفاظت قوس الکتریکی را ادغام می‌کنند، اما دو مشکل عمده با این حفاظت وجود دارد: اول، اگر یک خطای قوس الکتریکی در یک رشته وجود داشته باشد، کل اینورتر خاموش می‌شود و آسیب زیادی ایجاد می‌کند. از دست دادن تولید برق؛ دوم، بدون عملکرد محل خطای قوس، پرسنل عملیات و تعمیر و نگهداری نمی توانند محل قوس را به موقع و با دقت پیدا کنند، که اساساً هیچ راه حلی نیست. تنها حفاظت فنی بازنشانی که می توانند انجام دهند این است که اینورتر را در حال کار نگه دارند. از این منظر، عملکرد حفاظت از کشش قوس ادغام شده در اینورتر نمی تواند به طور موثر مشکل خطای کشش قوس را حل کند.

قوس موازی

قوس های موازی عمدتاً به دلیل اتصال کوتاه هادی های مثبت و منفی ناشی از آسیب خط یا اتصال کوتاه بین کابل های رشته ای ایجاد می شوند. هنگامی که کابل های رشته به صورت مکانیکی فشرده یا فرسوده می شوند، قوس بین الکترودهای مثبت و منفی یا بین رشته های مختلف ایجاد می شود که یک خطای قوس موازی است. وضعیت دیگری نیز وجود دارد که می تواند به قوس های موازی نیز منجر شود. هنگامی که قوس های سری در سیستم به موقع رسیدگی نشود، گرمای قوس های سری، عایق کابل ها را می سوزاند و قوس های موازی ایجاد می کند.

هنگامی که یک قوس موازی بین هادی‌های اصلی آرایه مربعی مولفه رخ می‌دهد، از آنجایی که قوس می‌تواند انرژی کافی دریافت کند، خاموش کردن آن دشوارتر است، که باعث یک حادثه آتش‌سوزی بزرگ می‌شود. قوس خطای سری را می توان با قطع باس DC یا رشته مربوطه سیستم PV خاموش کرد، اما قوس خطای موازی را نمی توان خاموش کرد و حتی ممکن است باعث شود جریان بزرگتری از مسیر قوس عبور کند و قوس شدیدتر شود.

در حال حاضر، عملکرد حفاظت قوس ادغام شده در اینورتر نمی تواند قوس های موازی و قوس های زمینی را تشخیص دهد، اما قدرت تخریب قوس های موازی اغلب 10 برابر قوس های سری است و خطر ایمنی حتی بیشتر است.

قوس زمینی

پیری و آسیب قطعات یا آسیب مکانیکی منجر به تخلیه زمین می شود. اگر قطعات روی سقف کاشی فولادی رنگی صاف گذاشته شوند، قوس های زمینی یا نشتی وجود خواهد داشت. کشف این نوع عیب به خصوص در روزهای بارانی آسان نیست. در حال حاضر، راه حل این است که اینورتر را خاموش کنید و قبل از راه اندازی منتظر بمانید تا زمین خشک شود. این روش نمی تواند به طور موثر خطرات را از بین ببرد و خطر برق گرفتگی شخصی را افزایش دهد.

ولتاژ بالا DC

در یک نیروگاه PV، ماژول های PV به صورت سری به هم متصل می شوند تا یک مدار ولتاژ بالا DC را تشکیل دهند که به طور کلی به حدود 1000 ولت می رسد. حتی زمانی که سیستم خاموش می شود، هنوز یک ولتاژ DC بالا در حدود 1000 ولت در ماتریس ماژول PV وجود دارد. به خصوص برای نیروگاه های PV پشت بام، هنگامی که آتش سوزی در نیروگاه ها و ساختمان های PV رخ می دهد، نجات ایمن دشوار است. در طول عملیات معمولی نیروگاه و نگهداری یا نگهداری اموال، اپراتورها و بازرسان نیز در معرض خطر برق گرفتگی هستند.

تحلیل ریسک سناریو

دولت، مدرسه، بیمارستان، پشت بام مسکونی

1. کنترل منطقه ای. استفاده از هواپیماهای بدون سرنشین برای اسکن اجزای غیرعادی غیرممکن است و نمی توان خطر را به موقع پیدا کرد.

2. جمعیت متراکم است. آرایه مربع جزء دارای نشتی است، خطر برق گرفتگی زیاد برای پرسنل.

3. نجات محدود است. در مواقع اضطراری مانند آتش سوزی، ولتاژ بالای رشته را نمی توان خاموش کرد و مانع نجات می شود.

4. نفوذ افکار عمومی. اگر حادثه ای رخ دهد افکار عمومی تاثیر بیشتری خواهد داشت

سقف کاشی فولادی رنگ های مختلف

1. بازرسی دشوار است. سقف کاشی فولادی رنگی برای بازرسی ناخوشایند است و خطر ایمنی قوس الکتریکی را نمی توان به موقع کشف کرد.

2. نجات محدود است. در مواقع اضطراری مانند آتش سوزی، ولتاژ بالای رشته را نمی توان خاموش کرد و مانع نجات می شود.

3. سقف شکننده است. و جرقه قوس DC به راحتی از طریق کاشی فولادی رنگی سوزانده می شود و وارد فضای پایینی می شود و باعث آتش سوزی و آسیب به اموال می شود.

بزرگراه ها، رودخانه ها و مناطق دیگر

1. خطرات زیست محیطی. جرقه های قوس پراکنده از ته سیگار و اجزای آن می تواند به راحتی باعث سوختن علف های هرز در زیر شود.

2. بازرسی دشوار است. منطقه طولانی و باریک برای بازرسی ناخوشایند است، عملیات و نگهداری دشوار است و خطرات را نمی توان در زمان پیدا کرد.

3. نجات دشوار است. دور از منطقه شهری، مانند آتش سوزی و حوادث دیگر، نجات آن دشوار است.

4. حادثه ثانویه. هنگامی که وسیله نقلیه یا حادثه دیگری به قطعات آسیب می رساند، ولتاژ بالای سیم را نمی توان به موقع خاموش کرد، که احتمالاً باعث تصادف ثانویه جدی می شود.

قوانین و مقررات ملی

ایالات متحده آمریکا:

طبق آخرین ویرایش سند ملی کد برق NEC2020:

فاصله تا ماتریس PV 305 میلی متر را به عنوان حد در نظر بگیرید، خارج از حد، در 30 ثانیه پس از راه اندازی دستگاه ماشه، ولتاژ به زیر 30 ولت کاهش می یابد. در داخل مرز، لازم است که یک "سیستم کنترل خطر PV" داشته باشید، یا پس از راه اندازی دستگاه تریگر، ولتاژ را در عرض 30 ثانیه به زیر 80 ولت کاهش دهید.

کانادا:

طبق نسخه 2021 کد برق کانادا:

هنگامی که ولتاژ سمت DC سیستم PV بیشتر از 80 ولت است، یک دستگاه قطع کننده خطای قوس الکتریکی یا سایر تجهیزات معادل باید نصب شود.

هنگامی که سیستم PV در داخل یا روی ساختمان نصب می شود، باید یک دستگاه خاموش کننده سریع نصب شود. 1 متر دورتر از ماژول PV، پس از راه اندازی دستگاه خاموش کننده سریع، لازم است ولتاژ را به کمتر از 30 ولت در 30 ثانیه کاهش دهید.

آلمان:

طبق استاندارد آلمانی VDE-AR-E 2100-712:

در سیستم PV، اگر اینورتر خاموش باشد یا شبکه از کار بیفتد، ولتاژ DC باید کمتر از 120 ولت باشد. استفاده از دستگاه خاموش کننده برای پایین آوردن ولتاژ سمت DC به زیر 120 ولت ذکر شده است.

استرالیا:

طبق بخش 4.3.3 آخرین استاندارد AS/NZS 5033:2021:

هنگامی که ولتاژ DC بیشتر از 120 Vd.c است، باید یک دستگاه قطع کننده بین ماژول و اینورتر نصب شود.

تایلند:

طبق بخش 4.3.13 کد برق تایلندی - تاسیسات منبع تغذیه پشت بام خورشیدی 2022:

لازم است که نیروگاه PV پشت بام باید مجهز به دستگاه خاموش کننده سریع باشد و حد مجاز 300 میلی متر از ماتریس PV است. ولتاژ در محدوده محدود در عرض 30 ثانیه پس از راه اندازی دستگاه به زیر 80 ولت کاهش می یابد و ولتاژ خارج از محدوده محدود به زیر 30 ولت کاهش می یابد.

محصولات خود تحقیق و توسعه BENY

برای ایمنی آتش سوزی روی پشت بام خورشیدی و ساختمان، دستگاه های خاموش کننده سریع سطح رشته و سطح ماژول BENY ولتاژ پانل ها را تا سطح ایمن معین در میکروثانیه کنترل می کنند. جلوگیری از حوادث و بهبود ایمنی سیستم برق خورشیدی. راه حل های خاموش کردن سریع BENY بر اساس استاندارد CE، TUV، UL، مطابق با قوانین و مقررات ملی مانند کد برق تایلند، NEC2020 طراحی شده اند. BENY به عنوان عضوی از اتحاد Sunspec، RSD های ارتباطی PLC را برای انطباق بیشتر با اینورترهای رشته ای متعدد توسعه می دهد. اکنون محصولات را بررسی کنید.

پایان

ساخت نیروگاه های فتوولتاییک در حال پیشرفت کامل است و با هزاران خانوار ارتباط نزدیک برقرار کرده است. نحوه اطمینان از"ایمنی"نیروگاه های PV توجه زیادی را از کل صنعت به خود جلب کرده است. برای حل موثر این مشکل، کل صنعت باید با هم کار کنند تا راه حل‌های نوآورانه ارائه دهند و استانداردها و مقررات مربوطه را به طور مداوم بهبود بخشند، سپس الزامات مربوطه را در ساخت نیروگاه بعدی به طور واقعی اجرا کنند.

به عنوان یک زیرساخت مهم انرژی، بهره برداری ایمن، پایدار و کارآمد نیروگاه های PV تضمینی مهم برای توسعه اقتصادی است.