Jak moduł EPC instalacji fotowoltaicznej obniżył koszty zwarć łukowych prądu stałego o 35% dzięki skrzynce rozdzielczej Soutya AFCI

Tło klienta

Średniej wielkości firma EPC zajmująca się energią słoneczną z siedzibą w Stuttgarcie w Niemczech, projektuje i instaluje komercyjne systemy fotowoltaiczne na dachach w całej Europie. Posiadając portfel 80 MW w ramach długoterminowych umów O&M, firma obsługuje zakłady produkcyjne, centra logistyczne i operatorów chłodni. Każdy projekt ma moc od 500 kW do 2 MW, a firma odpowiada zarówno za budowę, jak i bieżące utrzymanie.

Zespół ds. obsługi i konserwacji firmy miał do czynienia z rosnącą liczbą wyłączeń inwertera i zdarzeń termicznych spowodowanych zwarciami łuku prądu stałego. Głównymi winowajcami były starzejące się złącza, przetarcia przewodów i luźne końcówki w obwodach sznurków. W miarę poszerzania się portfolio koszty reaktywnej konserwacji zaczęły zmniejszać marże zysku.

Wyzwanie: niewykryte awarie łuku prądu stałego

Zwarcia łuku prądu stałego są niebezpieczne, ponieważ trwają bez pobierania prądu wystarczającego do wyzwolenia standardowego bezpiecznika lub wyłącznika automatycznego. W istniejących skrzynkach łączeniowych firmy zamontowano jedynie bezpieczniki stringów i ograniczniki przepięć. Zapewniały one ochronę nadprądową i przeciwprzepięciową, ale nie mogły wykryć zwarć łukowych szeregowych, które występują w uszkodzonych kablach lub luźnych połączeniach.

Konsekwencje były wymierne. W ciągu 12 miesięcy poprzedzających projekt zespół zareagował na 14 wyłączeń falownika, których przyczyną były uszkodzone złącza. Każda podróż wymagała wizyty w terenie, skanów termowizyjnych i ręcznej kontroli każdego połączenia w ciągu. Pojedyncza sesja rozwiązywania problemów trwała średnio osiem godzin. Ponadto zgłoszono dwa niebezpieczne zdarzenia, w których łuk stopił izolację złącza, powodując dym i ryzyko pożaru. Szacunkowy koszt takiego zdarzenia, jeśli nie zostanie wykryty, może przekroczyć 50 000 USD w postaci uszkodzeń majątku trwałego i przestojów.

Dlaczego skrzynka łączna Soutya DC AFCI?

Firma oceniła trzy opcje. Pierwszym było dodanie modułów AFCI na wejściu falownika, ale monitoruje to tylko łączną moc wyjściową wszystkich ciągów i nie pozwala zidentyfikować, który ciąg ma błąd. Drugą opcją była wymiana wszystkich złączy kablowych na wyższej jakości, co nie zapobiegłoby przyszłej degradacji. Trzecią opcją był sumator Soutya DC AFCI w konfiguracji 12 w 1.

Decyzja ta sprowadziła się do trzech kluczowych zalet. Po pierwsze, skrzynka łącząca Soutya umożliwia wykrywanie zwarć łukowych poszczególnych ciągów. Każde z 12 wejść jest monitorowane niezależnie, dzięki czemu awaria jest natychmiast lokalizowana. Po drugie, urządzenie integruje w jednej obudowie zarówno AFCI, jak i zabezpieczenie nadprądowe, upraszczając instalację i zmniejszając liczbę komponentów do sprawdzenia. Po trzecie, jest zgodny z normą UL 1699B i spełnia wymagania projektowe normy IEC 62548, dając firmie EPC pewność zarówno na rynku europejskim, jak i eksportowym.

Proces wdrażania i stosowania

Projekt wdrożono w trzech komercyjnych macierzach dachowych, każda zawierająca od 8 do 10 ciągów. Cały projekt trwał sześć tygodni od planowania do uruchomienia. Istniejące skrzynki łączące zostały usunięte i zastąpione skrzynką łączącą Soutya DC AFCI. Ponieważ układ 12 w 1 pasował do istniejącego prowadzenia ciągów, zespół ponownie wykorzystał większość kabli prądu stałego, oszczędzając koszty materiałów i czas instalacji.

Typową trudnością była modernizacja w ograniczonych przestrzeniach. Nowa skrzynka przyłączeniowa ma większą powierzchnię niż prosta jednostka wyposażona w same bezpieczniki, dlatego konieczne było dopasowanie wsporników montażowych na jednym dachu. Zespół rozwiązał ten problem, stosując płytę tylną ze stali nierdzewnej i elastyczny przewód, kończąc modernizację bez zmiany układu konstrukcyjnego.

Po instalacji zespół podłączył wyjście Modbus RTU do istniejącego systemu SCADA. Skrzynka łącząca przesyłała strumieniowo prąd, napięcie i stan zwarcia łukowego poszczególnych łańcuchów do zdalnego centrum monitorowania. Testy rozruchowe obejmowały symulowane zwarcie łukowe, które urządzenie zostało usunięte w czasie krótszym niż 0,5 sekundy, identyfikując dokładny ciąg.

Wymierne wyniki

• Skrócenie czasu rozwiązywania problemów o 90%:Średni czas reakcji na błąd spadł z 8 godzin do 45 minut, ponieważ skrzynka AFCI natychmiast identyfikuje wadliwy ciąg.
• Obniżone koszty eksploatacji i utrzymania o 35%:W trzech lokalizacjach wymagana jest obecnie mniejsza liczba wezwań alarmowych. Roczne oszczędności w całym portfelu wynoszą 18 000 USD.
• Skrócenie czasu przestoju falownika o 60%:Zapobiegając trwałemu wyładowaniu łukowemu, które mogłoby spowodować wyłączenie falownika, w zakładach wystąpiło o 60% mniej nieplanowanych rozłączeń.
• Wcześnie wykryto dwa zwarcia łukowe:W ciągu pierwszych 12 miesięcy urządzenie wykryło dwa szeregowe zwarcia łukowe w początkowej fazie, zapobiegając potencjalnym pożarom i uszkodzeniom.

Ogólny wpływ wykraczał poza liczby. Zespół O&M przeszedł od napraw reaktywnych do proaktywnych inspekcji. Dane zebrane ze skrzynki połączeniowej umożliwiły im zaplanowanie wymiany kabli w planowanych oknach konserwacyjnych, a nie w sytuacjach awaryjnych.

Opinia klienta

"Skrzynka przyłączeniowa Soutya DC AFCI dała naszej załodze możliwość zidentyfikowania uszkodzonego złącza, zanim doszło do pożaru. Alarm dla poszczególnych ciągów i rejestracja danych zmieniły sposób, w jaki zarządzamy naszym portfolio fotowoltaicznym."

Lekcje i zalecenia

1. Umieść wykrywanie zwarć łukowych na poziomie łańcucha. Wykrywanie na poziomie falownika nie pozwala zlokalizować usterek i pozostawia długie kable prądu stałego bez ochrony.
2. Połącz monitorowanie z ochroną. Pole sumatora, które raportuje prąd i stan każdego ciągu, tworzy przydatne dane na potrzeby konserwacji predykcyjnej.
3. Budżet na szkolenia. Objawy zwarcia łukowego różnią się od zdarzeń związanych z przetężeniem, a technicy muszą poznać technologię, aby zareagować.

Gdyby firma miała ponownie realizować ten projekt, instalowałaby skrzynki Soutya AFCI we wszystkich nowych projektach od początku, a nie poprzez modernizację. Standaryzacja konfiguracji 12 w 1 uprościłaby magazynowanie części zamiennych i sprawiłaby, że zdalna diagnostyka byłaby bardziej spójna we wszystkich lokalizacjach.

Referencje

1. UL 1699B:2018 Zabezpieczenie fotowoltaiczne (PV) prądu stałego przed łukiem elektrycznym.Połączyć
2. IEC 62548:2016 Układy fotowoltaiczne (PV) — Wymagania projektowe.Połączyć
3. IEC 60364-7-712:2017 Instalacje elektryczne niskiego napięcia – Część 7-712: Systemy zasilania energią słoneczną PV.Połączyć