Uchwyt bezpiecznika DC 1500 V skraca czas przestoju elektrowni słonecznej o 60%

Jaka była przeszłość klienta?

Elektrownia słoneczna o mocy 50 MW w południowo-zachodnich Stanach Zjednoczonych obsługuje ponad 200 000 modułów fotowoltaicznych połączonych za pomocą łączników ciągów. Zakład rozpoczął działalność 8 lat temu i boryka się z rosnącą awaryjnością systemów zabezpieczeń bezpiecznikowych w szczytowych miesiącach letnich, kiedy temperatura otoczenia przekracza 45°C.

Z jakimi wyzwaniami musieli się zmierzyć?

Oryginalne oprawki bezpieczników zostały przystosowane do napięcia 1000 V prądu stałego. W miarę rozbudowy zakładu napięcia w ciągach osiągnęły 1500 V prądu stałego, aby zmniejszyć straty w kablach. Starsze oprawki bezpieczników nie były w stanie wytrzymać wyższego napięcia, co prowadziło do częstych zwarć łukowych w warunkach przeciążenia. Obrazowanie termowizyjne ujawniło temperaturę styków przekraczającą 110°C przy prądzie znamionowym. W zakładzie występowało średnio 12 przerw w działaniu bezpieczników miesięcznie, a diagnoza i wymiana każdej z nich wymagała 4 godzin. Spowodowało to miesięczne koszty utrzymania w wysokości 15 000 USD i utracone przychody z wytwarzania w wysokości 8 000 USD za każdą awarię.

Oceniono rozwiązania alternatywne, w tym wyłączniki prądu stałego i wymianę bezpieczników elektronicznych. Wyłączniki powodowały problemy z selektywnością przy napięciu 1500 V i kosztowały 250 dolarów za sztukę, podczas gdy bezpieczniki elektroniczne wprowadzały tryby awarii w obwodach detekcji.

Dlaczego wybrali uchwyt bezpiecznika DC 1500 V firmy Soutya?

Zespół selekcyjny przetestował oprawy bezpiecznikowe 1500 V trzech producentów. Model Soutyi przeszedł test wzrostu temperatury przy 150% prądzie znamionowym z marginesem 15°C powyżej limitu. Jego posrebrzane styki utrzymywały rezystancję styku poniżej 0,5 mΩ po 500 operacjach mechanicznych. Konstrukcja obudowy IP65 umożliwia montaż na zewnątrz bez dodatkowej ochrony przed warunkami atmosferycznymi. Zgodność z normą IEC 60269-1:2020 dla bezpieczników niskonapięciowych i normą UL 1699B:2018 dla ochrony przed łukiem elektrycznym prądu stałego dodała zespołowi inżynierów pewność. Cena jednostkowa wynosząca 45 dolarów była o 10% niższa niż u najbliższego konkurenta.

Jak produkt został wdrożony?

W zakładzie wymieniono 520 opraw bezpiecznikowych w 65 skrzynkach łączników stringów. Projekt trwał 2 tygodnie przy załodze składającej się z 5 elektryków. Kluczowe kroki obejmowały:

• Odłączenie wszystkich ciągów i sprawdzenie zerowego napięcia za pomocą multimetru o napięciu znamionowym 1500 V.
• Demontaż starych opraw bezpiecznikowych i kontrola szyn zbiorczych pod kątem korozji.
• Instalowanie nowych uchwytów Soutya za pomocą skalibrowanego klucza dynamometrycznego ustawionego na określony moment 6 N·m.
• Wykonanie testów rezystancji izolacji (megomomierzem 500 V) na każdej skrzynce przyłączeniowej.
• Ponowne zasilanie ciągów i rejestracja temperatur w stanie ustalonym przez 24 godziny.

Głównym wyzwaniem była ciasna przestrzeń na okablowanie wewnątrz skrzynek łączących. Zespół zastosował elastyczne zworki z oplotu miedzianego, aby zachować minimalny promień zgięcia, co udokumentowano na potrzeby przyszłej konserwacji.

Jakie wymierne wyniki udało się osiągnąć?

• Liczba awarii związanych z bezpiecznikami spadła z 12 do 2 miesięcznie, co oznacza redukcję o 60%.
• Miesięczne koszty utrzymania spadły z 15 000 dolarów do 5000 dolarów, co pozwoliło zaoszczędzić 120 000 dolarów rocznie.
• Przychody utracone w wyniku przestojów zostały zmniejszone z 8 000 do 1300 dolarów miesięcznie.
• Obrazowanie termowizyjne po 6 miesiącach wykazało temperaturę wszystkich połączeń poniżej 70°C przy pełnym obciążeniu.
• W ciągu 18 miesięcy pracy nie zgłoszono żadnych incydentów zwarć łukowych.

Ogólna dostępność elektrowni poprawiła się z 98,2% do 99,4%, zwiększając roczną produkcję energii o 540 MWh.

Co powiedział klient?

Kierownik ds. konserwacji w zakładzie skomentował: „Przejście na oprawy bezpiecznikowe 1500 V firmy Soutya rozwiązało chroniczny problem z niezawodnością. Nie martwimy się już o letnie upały powodujące awarie bezpieczników, a oszczędności uzasadniły modernizację w ciągu 9 miesięcy”. Inżynier elektryk dodał: „Kompaktowa konstrukcja ułatwiła modernizację, niż oczekiwano. Ujednoliciliśmy te uchwyty na potrzeby wszystkich przyszłych rozszerzeń”.

Jakie wnioski mogą wyciągnąć inni klienci?

1. Sprawdź dokładnie napięcie znamionowe.Podstawek bezpiecznikowych o napięciu znamionowym 1000 V nie należy nigdy używać w systemach o napięciu 1500 V, nawet przy niższych prądach. Zdolność do gaszenia łuku zależy od napięcia.
2. Zmierz rezystancję styków podczas instalacji.Wartość podstawowa poniżej 0,5 mΩ zapewnia długoterminową niezawodność. Aby uzyskać dokładne odczyty, użyj mikroomomierza.
3. Plan zarządzania ciepłem.W środowiskach o wysokich temperaturach należy obniżyć wartość znamionową oprawki bezpiecznika w oparciu o krzywe producenta. Uchwyt Soutya pozwala na 100% prądu znamionowego do 50°C bez obniżania wartości znamionowych.

W przypadku ponownego rozpoczęcia projektu zespół przeprowadzi przed wymianą skan termiczny wszystkich istniejących połączeń, aby zidentyfikować potencjalne gorące punkty, które można skorygować jednocześnie.

Referencje

• IEC 60269-1. Bezpieczniki niskonapięciowe – Część 1: Wymagania ogólne [S]. 2020.
• UL 1699B:2018 Zabezpieczenie fotowoltaiczne (PV) prądu stałego przed łukiem elektrycznym.
• IEC 62606:2013 Ogólne wymagania dotyczące urządzeń do wykrywania zwarć łukowych (AFDD).