Jak farma słoneczna zmniejszyła ryzyko awarii ciągów o 60% dzięki skrzynce rozdzielczej 1000 V DC z izolatorem 2 na 1 wyjściu

Tło klienta

Średniej wielkości operator farm fotowoltaicznych w południowo-zachodnich Stanach Zjednoczonych zarządza instalacją fotowoltaiczną o mocy 50 MW. W obiekcie zastosowano ciągi przewodów o napięciu 1500 V prądu stałego, ale ze względu na starszą infrastrukturę skrzynki łączące działają przy napięciu 1000 V prądu stałego. Witryna zawiera ponad 200 modułów łączących, z których każde obsługuje wiele ciągów znaków. Zespół konserwacyjny zmagał się z częstymi awariami izolatorów i zdarzeniami związanymi z wyładowaniami łukowymi, powodującymi nieplanowane przestoje i zagrożenia bezpieczeństwa.

Wyzwania związane z istniejącymi skrzynkami łącznikowymi

W istniejących skrzynkach połączeniowych zastosowano przełączniki obrotowe, które wymagały ręcznej izolacji. Podczas konserwacji technicy musieli wyłączać falowniki znajdujące się na wejściu zasilania, co prowadziło do strat w wytwarzaniu sięgających 2% miesięcznie. Wyłączniki izolacyjne również uległy degradacji po wielokrotnym użyciu, powodując rezystancję styków, która skutkowała przegrzaniem. W ubiegłym roku pięć skrzynek uległo niewielkim wyładowaniom łukowym, w wyniku których jeden technik doznał obrażeń (niegroźne). W przestarzałej konstrukcji brakowało funkcji wykrywania zwarć łukowych, a obudowa nie spełniała najnowszych norm IP65 w zakresie wnikania kurzu i wilgoci z zewnątrz.

Operator próbował wymienić przełączniki na jednostki o wyższej wydajności od innego dostawcy, ale problemy z montażem i niezgodność z istniejącą konfiguracją 2 w 1-wyjściu (dwa ciągi wejściowe, jedno wyjście) spowodowały opóźnienia. Skrzynka przyłączeniowa konkurencji ze zintegrowanym izolatorem uległa uszkodzeniu w ciągu sześciu miesięcy z powodu niewystarczającego napięcia znamionowego prądu stałego wynoszącego 1000 V przy pełnym obciążeniu.

Dlaczego izolator 2 w 1 wyjściu Soutya 1000 V DC?

Zespół techniczny ocenił trzech dostawców. Produkt firmy Soutya wyróżniał się z dwóch powodów: wyłącznik izolacyjny został przetestowany pod napięciem 1000 V DC przy prądzie ciągłym 32 A, co przekracza wymagania zakładu dotyczące wartości 25 A na ciąg. Pudełko oferowało prawdziwą konfigurację 2 w 1 z oznakowanymi zaciskami, co ograniczało błędy instalacyjne. Obudowa o stopniu ochrony IP65 i wbudowana ochrona przed łukiem elektrycznym prądu stałego (spełniająca wymagania UL 1699B) rozwiązały problemy związane z bezpieczeństwem. Urządzenie zawierało urządzenie przeciwprzepięciowe o wartości znamionowej 1000 V DC zgodnie z IEC 61643-11, zabezpieczające przed stanami przejściowymi wywołanymi wyładowaniami atmosferycznymi.

Na decyzję wpłynęła także 5-letnia gwarancja Soutya i dostępność lokalnych zapasów. Cena jednostkowa była o 15% niższa niż u najbliższego konkurenta o podobnych specyfikacjach.

Proces wdrażania

W ramach projektu w ciągu dwóch miesięcy wymieniono 50 starzejących się skrzynek rozdzielczych. Każda wymiana, obejmująca odłączenie zasilania, przeniesienie okablowania i testowanie, zajmowała dwugodzinnemu zespołowi dwie godziny. Konstrukcja iso-intor umożliwiła szybką procedurę blokowania/oznaczania bez wyłączania zasilania. Jednym z wyzwań było to, że istniejący układ przewodów nie pasował do wycięć w nowej skrzynce; zamiast wycinać nowe otwory, zespół zastosował elastyczne adaptery przepustów kablowych, zachowując stopień ochrony IP obudowy. Po instalacji każde pudełko zostało przetestowane pod kątem rezystancji izolacji i polaryzacji. Typowym problemem były luźne śruby zacisków — rozwiązano je za pomocą klucza dynamometrycznego ustawionego na 5 Nm zgodnie z instrukcjami Soutyi. Na etapie uruchomienia nie wystąpiły żadne awarie.

Wymierne wyniki

Po sześciu miesiącach działania:

• Nieplanowane przestoje spadły o 60%, z 12 godzin miesięcznie do poniżej 5 godzin.
• Koszty konserwacji spadły o 8 000 USD rocznie ze względu na mniejszą liczbę wymian przełączników.
• Straty w wytwarzaniu energii spowodowane ręcznymi wyłączeniami spadły o 1,5%, zwiększając roczny przychód o 12 000 USD.
• Incydenty związane z wyładowaniami łukowymi całkowicie ustały; nie zgłoszono żadnych zdarzeń związanych z bezpieczeństwem.
• Wydajność falownika wzrosła o 0,3%, ponieważ stałe napięcie stringu zmniejszyło straty częściowego zacienienia.

Całkowity okres zwrotu 50 jednostek wyniósł 11 miesięcy.

Opinia klienta

"Przejście na skrzynkę przyłączeniową Soutya było oczywiste. Wbudowany izolator i SPD uratowały nas przed potencjalnym pożarem latem ubiegłego roku podczas burzy z piorunami. Nasi technicy czują się bezpieczniej i nie tracimy już pół dnia produkcji na rutynową konserwację. " — Kierownik Operacji Obiektu

Lekcje i zalecenia

1. Priorytetowo traktuj bezpieczeństwo izolacji:W przypadku istniejących systemów 1000 V DC należy dokonać modernizacji w celu zastosowania skrzynek połączeniowych ze zintegrowanymi izolatorami, aby zmniejszyć ryzyko wystąpienia łuku elektrycznego. Wartość znamionowa wyłącznika obciążenia Soutya zapewnia bezpieczne odłączenie pod napięciem.
2. Uwzględnij ochronę przeciwprzepięciową:Nawet w obszarach o słabym oświetleniu SPD zapobiegają skumulowanym uszkodzeniom spowodowanym przełączaniem stanów nieustalonych. SPD zgodny z IEC 61643-11 w tej skrzynce pochłonął już bezawaryjnie dwa przepięcia.
3. Sprawdź wcześniej kompatybilność:Zamów próbki do sprawdzenia dopasowania, wyłamań i złączy przewodów. Adaptacja w terenie za pomocą elastycznego przewodu była niewielka, ale wymagała wcześniejszej zgody inżynierów.

Literatura: IEC 62548:2016 Układy fotowoltaiczne (PV) – Wymagania projektowe (sekcja dotycząca okablowania skrzynki przyłączeniowej i zabezpieczenia nadprądowego). IEC 61643-11:2011 Niskonapięciowe urządzenia zabezpieczające przed przepięciami (część 11, dotycząca urządzeń SPD DC do fotowoltaiki). UL 1699B:2018 Zabezpieczenie fotowoltaiczne (PV) prądu stałego przed łukiem elektrycznym (do wykrywania zwarć łukowych w skrzynkach przyłączeniowych).