Увод и решења фотонапонских ДЦ лука

Са брзим развојем соларне технологије, фотонапонска производња електричне енергије постала је једно од важних решења зелене енергије широм света. Фотонапонски системи играју значајну улогу, било на стамбеним крововима, индустријским парковима или великим-соларним електранама. У исто време, безбедносна питања фотонапонских система постепено добијају пажњу. Једносмерни лук, као електрични феномен који може утицати на стабилност фотонапонских система, вредан је пажљивог разумевања сваког практичара и корисника.

1. Значење ударања ДЦ лука

Лук једносмерне струје, као што име сугерише, односи се на феномен где се лук формира између контактних тачака када се струјни пут у колу једносмерне струје изненада прекине.

Електрични лук је врста појаве гасног пражњења. Када је гас јонизован, он формира проводни канал, што резултира електричним луком. У фотонапонским једносмерним колима, када се у колу појави мали зазор, једносмерни напон кроз празнину ће створити електрично поље унутар њега. Када јачина електричног поља достигне одређени ниво, молекули ваздуха постају јонизовани. Молекули ваздуха се састоје од атома, који се састоје од позитивно наелектрисаних језгара и негативно наелектрисаних електрона. Под јаким електричним пољем, електрони добијају довољно енергије да се ослободе језгра и постану слободни електрони. Ови слободни електрони се убрзавају у електричном пољу, сударају се са другим молекулима ваздуха, јонизујући више молекула, стварајући тако велики број слободних електрона и позитивних јона. Овај процес је познат као распад гаса. Када се гас разбије, формира се електрични лук.

Процес ударања ДЦ лука:

За једносмерну струју, пошто нема нулту тачку прелаза и смер струје се не мења, лук може континуирано да прима енергију, што отежава самостално гашење.

Према начину повезивања кола и локацији лука, лукови се могу поделити на серијске и паралелне лукове (Лук уземљења се може посматрати као посебна врста паралелног лука). Серијски лукови се обично јављају унутар једног проводника под напоном. Пошто је размак између проводника мали и има много проводника, учесталост појављивања је већа; штавише, пошто је сигнал серије лука слаб и лако се маскира шумом, тешко га је открити и, ако се не реши на време, може лако изазвати пожар. Паралелни лукови се обично јављају између различитих проводника под напоном. Пошто је размак између проводника велики и путања сложена, учесталост појављивања је мања. Тренутно, заштитне мере као што су осигурачи и прекидачи могу ефикасно контролисати утицај паралелних лука.

2. УзроциДЦ Арц Стрикинг

2.1 Проблеми са компонентама везе

Компоненте за повезивање су једна од најчешћих проблематичних тачака у фотонапонским системима и такође су главни узрок ДЦ лука.

• Лабави, оксидовани или истрошени конектори (као што су МЦ4 утикачи) су уобичајени проблеми: Током дуготрајне- употребе, конектори могу да се олабаве услед фактора као што су вибрације и промене температуре. Лабави конектори могу повећати отпор контакта, стварајући велику количину топлоте када струја пролази, узрокујући пораст температуре конектора. Високе температуре убрзавају оксидацију и хабање конектора, стварајући зачарани круг који на крају доводи до празнина, што може изазвати стварање лука.

• Кримповање кабловских спојева није у складу са стандардом: Недовољна сила пресовања или цурење могу довести до лошег контакта на спојевима каблова, што на сличан начин повећава отпор контакта, генерише високе температуре и последично може да изазове стварање лука.

2.2 Проблеми са проводницима

Жице су важне компоненте у фотонапонским системима за пренос струје, а њихов квалитет и стање директно утичу на безбедан рад система.

• Оштећење изолационог слоја кабла може изазвати зазор између проводника и тела за уземљење или металних носача, што може довести до стварања лука: Изолација кабла може да се оштети током инсталације или употребе услед фактора као што су механичка оштећења или хемијска корозија.

• Жица се може оштетити спољним силама (као што су глодари који гризу или механичко трење), што доводи до локалног излагања, што је такође један од узрока истезања лука: У неким спољним фотонапонским електранама, глодари гризу каблове с времена на време.

2.3 Фактори животне средине и старења

Фактори околине и старење опреме су такође важни узроци ДЦ лука у фотонапонским системима.

• Продужено излагање високим температурама и високој влажности може убрзати старење компоненти, што доводи до пада перформанси изолације: У окружењима са високим{0}}температурама, материјали компоненти подлежу термичком старењу, што доводи до постепеног опадања њихових перформанси; у окружењима са високом-влажношћу, компоненте могу постати влажне, што утиче на њихова изолациона својства.

• Прашина и корозија се накупљају на местима спајања, што може пореметити електрични континуитет и изазвати пражњење: У прашњавим срединама са јаком корозивношћу, прикључне тачке имају тенденцију да акумулирају велику количину прашине и корозивних супстанци. Ови материјали могу ометати пренос електричне струје, повећати отпор на местима спајања, генерисати високе температуре и потенцијално изазвати стварање лука.

3. Технологија детекције и примена ДЦ лука у фотонапонској опреми

3.1 Прекидач струјног круга за грешку лука (АФЦИ/АФДД)

Функција АФЦИ-а је да 'детектује и искључи напајање' одмах када се појави лук, спречавајући ширење пожара.

Обично је интегрисан у кутије за комбиновање једносмерне струје, претвараче или прекидаче за праћење струјних сигнала у реалном времену. Када се појави лук, тренутни таласни облик показује специфичан високо{1}}шум и изобличење. АФЦИ користи алгоритме за откривање овог абнормалног сигнала и брзо искључује коло.

Као што је приказано у тренутном таласном облику спектра изнад, црвена означава појаву електричног лука, у јасном контрасту са плавом тамо где нема лука.

У типичном електричном систему, позадински случајни шум генерално приметно варира само на фреквенцијама изнад 200 кХз. Насупрот томе, кола прекидача контролера као што су инвертори у електричном систему обично раде на спектру испод 50 кХз. Да не спомињемо, сам сигнал напајања наизменичном струјом је на још нижој фреквенцији од 50/60 Хз. Због тога, коришћењем ФФТ алгоритма за претварање детектоване струје кабла у фреквенцијски домен и затим анализирањем фреквентног опсега између 30 кХз и 100 кХз, могуће је ефикасно разликовати нормалан рад система кола и абнормалне услове за стварање лука.

Главна структура

АФЦИ лучни прекидачи са грешком се углавном састоје од модула прекидача, модула цурења, модула напајања, модула за кондиционирање сигнала, модула окидачке јединице и модула комуникационог интерфејса.

• Модул за напајање: снабдева напајање релевантним уређајима унутар АФЦИ/АФДД.

• Модул за кондиционирање сигнала: Струјни сигнал у главном колу се пропушта кроз линијски струјни трансформатор до модула за кондиционирање сигнала. Модул појачава, исправља и филтрира сигнал пре него што га пошаље микроконтролеру на обраду.

• Модул за окидање: У АФЦИ лучном прекидачу са грешком, електромагнетна структура модула за окидање усваја нову{0}}технологију за уштеду енергије, минимизирајући губитке у језгру и кратке{1}} губитке у електромагнетном систему прекидача, чиме се максимизира уштеда енергије. Додан је уређај за пуферовање да би се смањио утицај енергије на електромагнетни систем, побољшавајући перформансе затварања прекидача и продужавајући његов радни век. Радни механизам модула за окидање може да прими сигнале грешке које детектује главни управљачки чип МЦУ и прекине коло завојнице преко контролних контаката, при чему електромагнетни механизам прекида главно коло. Након што је грешка уклоњена, притиском на дугме за рад ресетује модул.

• Модул комуникационог интерфејса: Овај модул омогућава-пренос података у реалном времену као што су струја, напон, тренутна фаза и сигнали лука до терминалног рачунара, омогућавајући даљински надзор.

Принцип рада

Главни управљачки чип МЦУ АФЦИ прекидача са грешком лука прати тренутни сигнал у главном колу у реалном времену. Када се открије грешка лука у главном колу, микроконтролер шаље сигнал окидања, а коло окидања извршава операцију искључења.

3.2 Технологија инфрацрвеног термичког снимања

Технологија инфрацрвеног термичког снимања детектује абнормално загревање на местима повезивања преко инфрацрвене камере, омогућавајући да се унапред идентификују потенцијални ризици од лука. Лош контакт је често праћен локализованим високим температурама, а инфрацрвена термална слика може јасно да прикаже ове области са високим{1}}температурама, пружајући особљу за одржавање интуитивну референцу.

4. Заштитне мере и имплементација за кварове једносмерног лука у фотонапонској опреми

4.1Стандардна инсталација

Правилна инсталација је основа за спречавање ДЦ лука у фотонапонским системима. Током процеса инсталације, уверите се да су конектори и спојеви каблова чврсто увијени како бисте избегли лабаве везе. За пресовање треба користити професионалне алате, који раде са наведеном силом да би се обезбедио минималан контактни отпор на местима спајања.

Истовремено, изаберите изолационе материјале који испуњавају стандарде како бисте смањили ризик од механичких оштећења. Приликом постављања каблова избегавајте прекомерно савијање и истезање како бисте спречили оштећење изолационог слоја.

4.2 Избор компоненти

Изаберите конекторе и каблове који су отпорни на старење и високе температуре, а посебно у тешким окружењима, побољшајте ниво заштите компоненти (као што је ИП65/ИП67). Када бирате компоненте, у потпуности размотрите услове околине фотонапонске електране, као што су температура, влажност и корозивност.

На пример, у фотонапонским електранама у областима са високим{0}}температурама треба изабрати конекторе и каблове који могу да одрже стабилне перформансе на вишим температурама; у високо корозивним срединама као што су приобална подручја треба одабрати компоненте отпорне на корозију.

4.3 Оптимизација дизајна система

Оптимизација дизајна система је кључна за спречавање ДЦ лука у фотонапонским системима. Током процеса пројектовања, важно је избегавати претерано високе једносмерне напоне (који морају бити у складу са безбедносним стандардима), смањити дугачке каблове и минимизирати вероватноћу пражњења празнине.

Разумно планирајте распоред фотонапонских модула и полагање каблова, са циљем да се минимизира дужина кабла и смањи број кривина и спојева у кабловима. Истовремено, потребно је инсталирати одговарајуће заштитне уређаје, као што су осигурачи, прекидачи и уређаји за заштиту од квара, како би се брзо прекинуло напајање у случају било каквих абнормалности у колу.