Fotogalvaanilise alalisvoolu kaare probleemid Sissejuhatus ja lahendused

Päikesetehnoloogia kiire arenguga on fotogalvaanilisest elektritootmisest saanud üks olulisi rohelise energia lahendusi kogu maailmas. Fotogalvaanilised süsteemid mängivad olulist rolli nii elamute katustel, tööstusparkides või suurtes{1}}päikeseelektrijaamades. Samal ajal saavad järk-järgult tähelepanu fotogalvaaniliste süsteemide ohutusküsimused. Alalisvoolukaar kui elektriline nähtus, mis võib mõjutada fotogalvaaniliste süsteemide stabiilsust, väärib iga praktiseerija ja kasutaja hoolikat mõistmist.

1. DC Arc Striking tähendus

Alalisvoolukaar, nagu nimigi ütleb, viitab nähtusele, kus kontaktpunktide vahele tekib kaar, kui voolutee alalisvooluahelas ootamatult katkeb.

Elektrikaar on teatud tüüpi gaaslahendusnähtus. Kui gaas ioniseeritakse, moodustab see juhtiva kanali, mille tulemuseks on elektrikaar. Fotogalvaanilistes alalisvooluahelates, kui vooluringis tekib väike tühimik, tekitab pilu ületav alalispinge selle sees elektrivälja. Kui elektrivälja tugevus saavutab teatud taseme, muutuvad õhumolekulid ioniseerituks. Õhumolekulid koosnevad aatomitest, mis koosnevad positiivselt laetud tuumadest ja negatiivselt laetud elektronidest. Tugeva elektrivälja all saavad elektronid piisavalt energiat, et tuumast vabaneda ja saada vabadeks elektronideks. Need vabad elektronid kiirenevad elektriväljas, põrkuvad teiste õhumolekulidega, ioniseerides rohkem molekule, luues seeläbi suure hulga vabu elektrone ja positiivseid ioone. Seda protsessi nimetatakse gaasi lagunemiseks. Kui gaas on lagunenud, tekib elektrikaar.

Alalisvoolu kaare löömise protsess:

Kuna alalisvoolul puudub nullpunkti ja voolu suund ei muutu, saab kaar pidevalt energiat vastu võtta, mistõttu on selle iseseisva kustutamise raske.

Vastavalt vooluringi ühendusmeetodile ja kaare asukohale saab kaared jagada jadakaaredeks ja paralleelkaaredeks (Maanduskaare võib vaadelda paralleelkaare eritüübina). Jadakaared tekivad tavaliselt ühe pinge all oleva juhi sees. Kuna juhtide vaheline kaugus on väike ja juhte on palju, on esinemissagedus suurem; pealegi, kuna jadakaare signaal on nõrk ja müraga kergesti varjatav, on seda raske tuvastada ja kui õigel ajal ei tegeleta, võib see kergesti põhjustada tulekahjusid. Rööpkaared tekivad tavaliselt erinevate pingestatud juhtide vahel. Kuna juhtide vaheline kaugus on suur ja tee on keeruline, on esinemissagedus väiksem. Praegu suudavad kaitsemeetmed, nagu kaitsmed ja kaitselülitid, tõhusalt kontrollida paralleelsete kaarte mõju.

2. PõhjusedDC Arc Striking

2.1 Ühenduskomponentide probleemid

Ühenduskomponendid on fotogalvaaniliste süsteemide üks levinumaid tõrkekohti ja on ka alalisvoolu kaare peamine põhjus.

• Lahtised, oksüdeerunud või kulunud pistikud (nt MC4 pistikud) on tavalised probleemid: pikaajalisel{1}}kasutamisel võivad pistikud lahti tulla selliste tegurite tõttu nagu vibratsioon ja temperatuurimuutused. Lahtised pistikud võivad suurendada kontakti takistust, tekitades voolu läbimisel palju soojust, põhjustades pistiku temperatuuri tõusu. Kõrge temperatuur kiirendab pistiku oksüdeerumist ja kulumist, luues nõiaringi, mis lõpuks viib tühikuteni, mis võivad vallandada kaare.

• Kaabliühenduste pressimine ei vasta standardile: Ebapiisav pressimisjõud või leke võib põhjustada kaabliühenduste kehva kontakti, mis samamoodi suurendab kontakti takistust, tekitab kõrgeid temperatuure ja võib järelikult põhjustada kaare teket.

2.2 Juhtimisprobleemid

Juhtmed on fotogalvaaniliste süsteemide olulised komponendid voolu edastamiseks ning nende kvaliteet ja seisukord mõjutavad otseselt süsteemi ohutut tööd.

• Kaabli isolatsioonikihi kahjustused võivad tekitada tühimiku juhtme ja maanduskehade või metalltugede vahel, mis võib põhjustada kaare teket: Kaabli isolatsioon võib paigaldamise või kasutamise käigus kahjustuda selliste tegurite tõttu nagu mehaaniline vigastus või keemiline korrosioon.

• Traati võivad kahjustada välised jõud (nt näriliste närimine või mehaaniline hõõrdumine), mille tagajärjeks on lokaalne kokkupuude, mis on ka üks kaare venitamise põhjusi: Mõnes välistingimustes kasutatavas fotogalvaanilises elektrijaamas närivad närilised aeg-ajalt kaableid.

2.3Keskkond ja vananemistegurid

Keskkonnategurid ja seadmete vananemine on ka fotogalvaanilistes süsteemides alalisvoolu kaare olulised põhjused.

• Pikaajaline kokkupuude kõrgete temperatuuride ja kõrge õhuniiskusega võib kiirendada komponentide vananemist, mille tulemuseks on isolatsiooni jõudluse halvenemine: kõrgel{0}}temperatuurilises keskkonnas vananevad komponentide materjalid termiliselt, mistõttu nende jõudlus väheneb järk-järgult; kõrge-niiskusega keskkondades võivad komponendid muutuda niiskeks, mis mõjutab nende isolatsiooniomadusi.

• Ühenduspunktidesse koguneb tolm ja korrosioon, mis võib häirida elektrilist järjepidevust ja põhjustada tühjenemist: tolmuses keskkonnas, kus on tugev söövitav toime, kipuvad ühenduspunktid kogunema suurel hulgal tolmu ja söövitavaid aineid. Need materjalid võivad takistada elektrivoolu ülekannet, suurendada takistust ühenduspunktides, tekitada kõrgeid temperatuure ja potentsiaalselt kaartekke.

3. DC kaare tuvastamise tehnoloogia ja rakendamine fotogalvaanikas

3.1 Arc Fault Circuit Interrupter (AFCI/AFDD)

AFCI funktsioon on "avastada ja katkestada toide" kohe pärast kaare tekkimist, takistades tule levikut.

See on tavaliselt integreeritud alalisvoolu kombineerija kastidesse, inverteritesse või kaitselülititesse, et jälgida voolusignaale reaalajas. Kaare tekkimisel ilmneb praegusel lainekujul spetsiifiline kõrgsageduslik{1}}müra ja moonutused. AFCI kasutab selle ebanormaalse signaali tuvastamiseks algoritme ja ühendab vooluahela kiiresti lahti.

Nagu on näidatud ülaltoodud vooluspektri lainekujul, näitab punane elektrikaare tekkimist, mis on selgelt kontrastis sinisega, kus kaar puudub.

Tüüpilises elektrisüsteemis varieerub juhuslik taustamüra üldiselt märgatavalt ainult sagedustel üle 200 kHz. Seevastu lülituskontrolleri ahelad, nagu elektrisüsteemi inverterid, töötavad tavaliselt spektritel alla 50 kHz. Rääkimata sellest, et vahelduvvoolu toiteallika signaal ise on veelgi madalamal sagedusel 50/60 Hz. Seetõttu on FFT-algoritmi abil tuvastatud kaablivoolu sageduspiirkonnaks teisendamiseks ja seejärel sagedusvahemiku 30 kHz kuni 100 kHz analüüsimisel võimalik tõhusalt eristada vooluringisüsteemi normaalset tööd ja ebanormaalseid kaaretingimusi.

Peamine struktuur

AFCI kaarrikete kaitselülitid koosnevad peamiselt kaitselüliti moodulist, lekkemoodulist, toitemoodulist, signaali konditsioneerimismoodulist, väljalülitusmooduli moodulist ja sideliidese moodulist.

• Toitemoodul: varustab AFCI/AFDD sees olevate asjakohaste seadmete toitega.

• Signaali konditsioneerimise moodul: Põhiahela voolusignaal suunatakse läbi liinivoolutrafo signaali konditsioneerimismoodulisse. Moodul võimendab, alaldab ja filtreerib signaali enne mikrokontrollerile töötlemiseks saatmist.

• Väljalülitusmoodul: AFCI kaarrikke kaitselüliti puhul kasutab väljalülitusmooduli elektromagnetiline struktuur uut energiasäästutehnoloogiat, minimeerides lüliti elektromagnetilise süsteemi südamikukadusid ja Lisatud on puhverseade, et vähendada energiamõju elektromagnetilisele süsteemile, parandades lüliti sulgemisvõimet ja pikendades selle kasutusiga. Väljalülitusmooduli töömehhanism suudab vastu võtta peamise juhtkiibi MCU tuvastatud veasignaale ja katkestada mähise ahela juhtkontaktide kaudu, kusjuures elektromagnetiline mehhanism katkestab põhiahela. Pärast tõrke kõrvaldamist lähtestab juhtnupu vajutamine mooduli.

• Sideliidese moodul: see moodul võimaldab reaalajas edastada{0}}andmeid, nagu voolu-, pinge-, voolufaasi- ja kaaresignaalid terminali arvutisse, võimaldades kaugseiret.

Tööpõhimõte

AFCI kaarrikke kaitselüliti peamine juhtkiip MCU jälgib reaalajas põhiahela voolusignaali. Kui põhiahelas tuvastatakse kaare rike, saadab mikrokontroller väljalülitussignaali ja väljalülitusahel teostab väljalülitustoimingu.

3.2 Infrapuna termopilditehnoloogia

Infrapuna termopilditehnoloogia tuvastab infrapunakaamera kaudu ebanormaalse kuumenemise ühenduspunktides, võimaldades eelnevalt tuvastada võimalikud kaareriskid. Kehva kontaktiga kaasnevad sageli lokaliseeritud kõrged temperatuurid ja infrapuna-termopildistamine võib neid kõrge temperatuuriga alasid selgelt kuvada, pakkudes hoolduspersonalile intuitiivset teavet.

4. Kaitsemeetmed ja rakendamine fotogalvaanika alalisvoolu kaartõrgete korral

4.1 Standardne paigaldus

Nõuetekohane paigaldamine on fotogalvaaniliste süsteemide alalisvoolu kaare vältimise aluseks. Paigaldamise ajal veenduge, et ühendused ja kaabliühendused oleksid tugevalt kokku surutud, et vältida lahtiste ühenduste teket. Pressimiseks tuleks kasutada professionaalseid tööriistu, mis töötavad etteantud jõuga, et tagada ühenduskohtades minimaalne kontakttakistus.

Samas tuleb valida standarditele vastavad isolatsioonimaterjalid, et vähendada mehaaniliste vigastuste ohtu. Kaablite paigaldamisel vältige liigset painutamist ja venitamist, et vältida isolatsioonikihi kahjustamist.

4.2 Komponentide valik

Valige pistikud ja kaablid, mis on vastupidavad vananemisele ja kõrgetele temperatuuridele ning eriti karmides keskkondades, suurendage komponentide kaitsetaset (nt IP65/IP67). Komponentide valimisel arvestage täielikult fotogalvaanilise elektrijaama keskkonnatingimustega, nagu temperatuur, niiskus ja söövitavus.

Näiteks kõrge{0}}temperatuuriga piirkondades fotogalvaanilistes elektrijaamades tuleks valida pistikud ja kaablid, mis suudavad säilitada stabiilset jõudlust kõrgematel temperatuuridel. väga söövitavates keskkondades, nagu rannikualad, tuleks valida korrosioonikindlad komponendid.

4.3 Süsteemi disaini optimeerimine

Süsteemi disaini optimeerimine on fotogalvaanilistes süsteemides alalisvoolu kaare vältimiseks ülioluline. Projekteerimise käigus on oluline vältida liiga kõrgeid alalispingeid (mis peab vastama ohutusstandarditele), vähendada pikki kaablite kulgemist ja minimeerida vahetühjenemise tõenäosust.

Kavandage mõistlikult fotogalvaaniliste moodulite paigutus ja kaablite marsruutimine, eesmärgiga minimeerida kaabli pikkust ja vähendada kaablite painde ja liigeste arvu. Samal ajal tuleks paigaldada vastavad kaitseseadmed, nagu kaitsmed, kaitselülitid ja kaare rikkekaitseseadmed, et vooluahelas esinevate kõrvalekallete korral kiiresti toide välja lülitada.