Estación de energía fotovoltaica distribuida DC arco y fuego 'seguridad' peligro oculto --- análisis de riesgo de escenario de aplicación

Bajo la política nacional de carbono dual, la generación de energía fotovoltaica desempeñará el papel principal en la estructura energética futura y también entrará en una nueva era de desarrollo vigoroso.En 2021, la capacidad recientemente agregada de las plantas de energía fotovoltaica distribuida supera la de las plantas de energía centralizadas por primera vez, lo que marca que las plantas de energía fotovoltaica distribuida han entrado en una etapa de crecimiento rápido y a gran escala.el punto de resolución.

'Seguridad' es el elemento vital de todas las industrias y un tema de principio de veto de un voto.La operación segura de las plantas de energía fotovoltaica es también la base para que las plantas de energía obtengan retornos de inversión.Con la implementación continua del proyecto 'Promoción en todo el condado', una gran cantidad de agencias gubernamentales, escuelas, hospitales, techos residenciales, así como estaciones de servicio, varios galpones y techos de tejas de acero de colores industriales y comerciales han instalado centrales eléctricas fotovoltaicas;Las políticas de construcción de energía renovable también promoverán el mercado BIPV (Buildpvintegration) que está en auge.Durante mucho tiempo, el 'arco anti-CC' y la 'prevención de incendios' de las plantas de energía fotovoltaica han sido las dificultades de las plantas de energía fotovoltaica, los puntos débiles de las plantas de energía en los techos, el foco de atención del gobierno y el foco de la opinión pública. .

Riesgos de seguridad contra incendios

La generación de arco de CC es el fenómeno de falla más común en las plantas de energía fotovoltaica.Se producirán arcos debido a la caída de los contactos, el envejecimiento del dispositivo, la ruptura del aislamiento y una conexión a tierra deficiente.Además, el daño del arco de CC es mucho mayor que el del arco de CA, porque el arco de CC no tiene un punto de cruce por cero, una vez que ocurre, continuará ardiendo, es difícil de extinguir y es muy fácil de causar un accidente de fuego.Según las estadísticas, más de la mitad de los accidentes por incendio en centrales fotovoltaicas son causados ​​por arcos de corriente continua.A medida que aumentan las especificaciones de los módulos pv, aumentan la potencia y la corriente del sistema del lado de CC.Según la ley de Joule Q=I²Rt, la corriente se duplica y el efecto térmico del punto de cortocircuito aumenta.4 veces, el riesgo de provocar un incendio también aumenta considerablemente.

Clasificación de arco de CC

La descripción del arco DC en el estándar nacional GB/T 16895.32-2021:

A diferencia de los productos eléctricos tradicionales, no existe un recinto integral para los módulos fotovoltaicos y su cableado para contener arcos y chispas causados ​​por fallas en los componentes y el cableado, mientras que muchas instalaciones fotovoltaicas son capaces de operar con los voltajes de CC típicos que sostienen los arcos de CC.

Hay tres categorías principales de arcos en las instalaciones fotovoltaicas:

--- Los arcos en serie pueden ser causados ​​por cableado incorrecto o cableado en serie roto

--- Los arcos paralelos pueden ser causados ​​por cortocircuitos parciales entre líneas adyacentes de diferentes potenciales

--- Arco de tierra por defecto de aislamiento

Arco de la serie

Arco en serie, también conocido como arco dibujado.Los arcos en serie generalmente son causados ​​por un contacto deficiente de los enchufes de los cables entre los componentes y una conexión deficiente entre los cables de cadena y las cajas de combinación o los inversores.Debido a la gran cantidad de enchufes en serie en la estación de energía fotovoltaica, hay 2000 pares de enchufes en una estación de energía fotovoltaica en la azotea de 1MW.Es difícil asegurar que todos los enchufes sean de buena calidad con tantos pares de enchufes., estos peligros ocultos provocan un mal contacto y la formación de arcos de corriente continua.

En la actualidad, algunos inversores tienen una función de protección de arco integrada, pero existen dos problemas principales con esta protección: primero, si hay una falla de arco en una cadena, todo el inversor se apagará y causará un gran daño.Pérdida de generación de energía;segundo, sin la función de ubicación de fallas de arco, el personal de operación y mantenimiento no puede encontrar la ubicación del arco a tiempo y con precisión, lo que esencialmente no es una solución.La única protección de restablecimiento técnico que pueden hacer es mantener el inversor en funcionamiento.Desde este punto de vista, la función de protección contra tiro de arco integrada en el inversor no puede resolver de manera realmente efectiva el problema de falla de tiro de arco.

Arco paralelo

Los arcos paralelos son causados ​​principalmente por cortocircuitos de conductores positivos y negativos causados ​​por daños en la línea o cortocircuitos entre cables de cadena.Cuando los cables de la cadena se aprietan o desgastan mecánicamente, se formarán arcos entre los electrodos positivo y negativo, o entre diferentes cadenas, lo cual es una falla de arco paralelo.Hay otra situación que también puede dar lugar a arcos paralelos.Cuando los arcos en serie en el sistema no se tratan a tiempo, el calor de los arcos en serie quema la capa de aislamiento de los cables y también se producen arcos en paralelo.

Cuando se produce un arco paralelo entre los conductores principales de la matriz cuadrada del componente, dado que el arco puede obtener suficiente energía, es más difícil de extinguir, lo que provocará un accidente de incendio importante.El arco de falla en serie se puede extinguir desconectando el bus de CC o la cadena correspondiente del sistema fotovoltaico, pero el arco de falla en paralelo no se puede extinguir e incluso puede causar que una corriente mayor pase a través de la trayectoria del arco, lo que hace que el arco sea más intenso.

En la actualidad, la función de protección de arco integrada en el inversor no puede detectar arcos paralelos y arcos de puesta a tierra, pero el poder destructivo de los arcos paralelos suele ser 10 veces mayor que el de los arcos en serie, y el peligro para la seguridad es aún mayor.

arco de tierra

El envejecimiento y el daño de los componentes o el daño mecánico conducen a una descarga a tierra.Si los componentes se colocan planos sobre el techo de tejas de acero de color, habrá arcos de tierra o fugas.Este tipo de falla no es fácil de encontrar, especialmente en días de lluvia.De momento, la solución es apagar el inversor y esperar a que el suelo se seque antes de ponerlo en marcha.Este método no puede eliminar eficazmente los peligros ocultos y aumentar el riesgo de descarga eléctrica personal.

CC de alto voltaje

En una central eléctrica fotovoltaica, los módulos fotovoltaicos se conectan en serie para formar un circuito de alto voltaje de CC, que generalmente alcanza alrededor de 1000 V.Incluso cuando el sistema se apaga, todavía hay un alto voltaje de CC de aproximadamente 1000 voltios en la matriz del módulo fotovoltaico.Especialmente para las plantas de energía fotovoltaica en la azotea, cuando ocurre un incendio en las plantas y edificios de energía fotovoltaica, es difícil rescatarlos de manera segura;Durante la operación y el mantenimiento diarios de las centrales eléctricas o el mantenimiento de la propiedad, los operadores e inspectores también corren el riesgo de sufrir una descarga eléctrica.

Análisis de Riesgo de Escenario

Oficinas gubernamentales, escuelas, hospitales, techos residenciales

Análisis de riesgo de escenarios:

1. Control regional, es imposible usar drones para escanear componentes en busca de anomalías, y los peligros ocultos no se pueden encontrar a tiempo;

2. La población es densa, y la matriz cuadrada de componentes tiene fugas, y el riesgo de descarga eléctrica para el personal es alto;

3. El rescate es limitado.En caso de emergencia, como un incendio, el alto voltaje de la cadena no se puede apagar, lo que dificulta el rescate;

4. La influencia de la opinión pública.Si ocurre un accidente como un incendio, la opinión pública tendrá un mayor impacto;

Techos de tejas de acero de varios colores

Análisis de riesgo de escenarios:

1. Es difícil de inspeccionar, el techo de tejas de acero de color es inconveniente de inspeccionar y el peligro oculto de la seguridad del arco no se puede descubrir a tiempo;

2. El rescate es limitado.En caso de emergencia como un incendio, el alto voltaje de la cadena no se puede apagar, lo que dificulta el rescate;

3. El techo es frágil y la chispa del arco de CC es fácil de quemar a través de la teja de acero de color y entrar en el espacio inferior, causando incendios y daños a la propiedad;

Cobertizo de carbón, cobertizo de automóviles, cobertizo de material, cobertizo de cría

1. La inspección es difícil, el techo es incómodo de inspeccionar y el peligro oculto de la seguridad del arco no se puede descubrir a tiempo;

2. El rescate es limitado.En caso de emergencia como un incendio, el alto voltaje de la cadena no se puede apagar, lo que dificulta el rescate;

3. El techo es frágil y las chispas del arco de CC son fáciles de quemar a través del techo y entrar al interior, causando graves daños a la propiedad;

Gasolinera, alcohol, química, harina y otras áreas de fábrica

Análisis de riesgo de escenarios:

1. En escenarios de alto riesgo, es necesario detectar arcos, apagar, alarmar y ubicar a tiempo para eliminar efectivamente los peligros ocultos;

2. Inflamable y explosivo, falta de medidas de protección de seguridad, fácil de causar accidentes de seguridad importantes

Carreteras, autopistas, ríos y otras áreas.

Análisis de riesgo de escenarios:

1. Los riesgos ambientales, las chispas de arco esporádicas de las colillas de cigarrillos y los componentes pueden causar fácilmente que las malas hierbas se quemen debajo;

2. Es difícil de inspeccionar, el área larga y estrecha es inconveniente para la inspección, la operación y el mantenimiento son difíciles y los peligros ocultos no se pueden encontrar a tiempo;

3. Es difícil de rescatar, lejos del área urbana, como incendios y otros accidentes, es difícil de rescatar;

4. Accidente secundario, cuando el vehículo u otro accidente daña los componentes, el alto voltaje de la cadena no se puede apagar a tiempo, lo que probablemente cause un accidente secundario grave.

Legislación relacionada:

A NOSOTROS:

Como se requiere en la última edición del documento National Electrical Code NEC2020:

La distancia a la matriz fotovoltaica es de 305 mm como límite.Fuera del límite, el voltaje cae por debajo de 30 V dentro de los 30 S posteriores al inicio del dispositivo de activación;El voltaje cae por debajo de 80V.

Canadá:

Cuando la tensión del lado de CC del sistema fotovoltaico sea superior a 80 V, se instalará un dispositivo de interrupción de falla de arco u otro equipo equivalente.

Cuando el sistema fotovoltaico se instala en el edificio o en el edificio, se debe instalar un dispositivo de apagado rápido.1 metro de distancia del módulo fotovoltaico, después de que se active el dispositivo de apagado rápido, se requiere reducir el voltaje por debajo de 30V dentro de 30S.

Alemania:

Según los requisitos de la norma alemana VDE-AR-E 2100-712:

En el sistema fotovoltaico, si el inversor se apaga o falla la red, el voltaje de CC debe ser inferior a 120V.Se menciona el uso de un dispositivo de cierre para llevar el voltaje del enlace de CC por debajo de 120 V.

Australia:

De acuerdo con la sección 4.3.3 del último estándar AS/NZS 5033:2021:

Cuando la tensión de CC es superior a 120 V CC, es necesario instalar un dispositivo de desconexión entre el módulo y el inversor.

Tailandia:

Sección 4.3.13 del Código Eléctrico de Tailandia: Instalaciones de suministro de energía solar en techos 2022:

Se requiere que la central fotovoltaica de azotea esté equipada con un dispositivo de apagado rápido, y el límite es de 300 mm de la matriz fotovoltaica.El voltaje dentro del rango límite se reduce a menos de 80 V dentro de los 30 segundos posteriores al inicio del dispositivo, y el voltaje fuera del rango límite se reduce a menos de 30 V.

Esquema de 'protección de la seguridad' de Fonrich

Resumen de los requisitos básicos de las reglamentaciones	Esquema de Fonrich
Realice la detección inteligente de arcos de CC	Detección inteligente de arcos a nivel de componente, alerta temprana y posicionamiento preciso
Función de apagado rápido	Manual y varias funciones automáticas de apagado rápido.
El voltaje de CC es inferior al voltaje seguro de 30 V/80 V/120 V	El voltaje de CC es inferior al voltaje seguro de 30 V/80 V/120 V
No involucrado	Detección inteligente, alerta temprana, posicionamiento preciso y protección rápida de arco paralelo, fugas y fallas a tierra

Función cuatro en uno:

Apagado rápido a nivel de componente

Gestión digital a nivel de componentes

Detección de arcos a nivel de componente en tiempo real, protección activa y ubicación de fallas

Detección en tiempo real de fugas y arco paralelo, protección activa y localización de fallas

La función de protección de arco integrada en el inversor actual no es lo suficientemente completa, y la ubicación de la falla no se puede ubicar, y no se puede tratar de manera oportuna y efectiva si no se puede ubicar con precisión.Solo el esquema de detección y protección 'nivel de componente' puede cubrir el arco en serie, el arco paralelo y el arco a tierra, y puede ubicar con precisión la ubicación de la falla del arco, y también puede realizar la detección y ubicación de fallas de fuga.