Miksi DC-erottimen kytkin on ratkaisevan tärkeä aurinkosähköjärjestelmissä?

DC:n ongelma, jota AC:llä ei ole

Standardit kuten IEC 60364-7-712 vaativat selkeästi erottamismahdollisuuden sekä vaihtovirta- että tasavirtalähteestä aurinkosähköasennuksissa mutta vaatimuksen todellinen tausta liittyy fysiikkaan, ei paperityöhön.

AC-järjestelmillä on luonnollinen etu kytkentässä: jännite kulkee nollan kautta kaksi kertaa jokaisella jaksoilla. Tämä luonnollinen nollakohdan ylitys auttaa sammuttamaan kaaria dC ei tee niin. Jännite pysyy vakiona. Kun DC-piiri avataan kuormitettuna, kaari ei sammu itsestään. Se jatkuu, kunnes kosketukset ovat riittävän kaukana toisistaan – tai kunnes jotain palaa.

Siksi tasavirtaisolointikatkaisin ei ole pelkästään toinen katkaisulaite. Se on erityisesti tasavirtakaarien aiheuttamien ainutlaatuisien haasteiden käsittelyyn suunniteltu turvallisuuslaitteisto. Auringonvalosähköisissä järjestelmissä, joissa ryhmäjännitteet ylittävät tavallisesti 600 V:n ja voivat saavuttaa 1500 V:n, tämän oikein tekeminen on ehdoton vaatimus.

Mitä tasavirtaisolointi todellakin tarkoittaa

Tasavirtaisolointikatkaisin – jota kutsutaan myös tasavirtakatkaisijaksi tai tasavirtaisolointikatkaisijaksi – luo fyysisen, tarkistettavan katkon piirissä . Toisin kuin piirinkatkaisija, joka on suunniteltu katkaisemaan vikavirtoja, isoloinnin tehtävä on varmistaa virranpoisto ja estää tahaton uudelleenkytkeytyminen huoltotoimenpiteiden aikana .

Tässä avainsana on "tarkistettava". Säännökset vaativat, että isolointilaitteella on selkeästi näkyvä tai positiivisesti merkitty avoin-piiri-tila monissa suunnitteluratkaisuissa kosketusten välinen etäisyys on niin suuri, että teknikko voi todella nähdä erottumisen tarkastusikkunasta. Tämä visuaalinen vahvistus on tärkeää, koska se poistaa epäselvyyden. Kun kytkin on "pois päältä", on olemassa fyysinen todiste siitä.

Visuaalinen väli on kuitenkin vain osa tarinaa. Itse kosketukset täytyy kestää avautuminen kuormitettuna. Tämä tarkoittaa erityisiä kaaren sammutuskammioiden käyttöä, nopeita kosketusten erottumismekanismeja ja huolellista kosketusten geometrian suunnittelua. .

Kaaren sammuttamisen haaste tasavirtapiireissä

Tasavirtapiirin avaaminen kuormitettuna ei ole samaa kuin valokytkimen kääntäminen. Kun kosketukset alkavat erottua, virta ei pysähdy. Se muodostaa kaaren laajenevan välin yli, ionisoien ilman ja ylläpitäen plasma-aukkoa. vaihtovirrassa jännitteen nollakohdassa kaarella on mahdollisuus sammua joka puolijaksolla. Tasavirrassa tällaista mahdollisuutta ei koskaan tule.

Laadukkaat DC-erottimet ratkaisevat tämän useilla insinöörimäisillä ratkaisuilla. Jousitettujen mekanismien avulla varmistetaan, että kosketinparit aukeavat vakionopeudella riippumatta siitä, kuinka nopeasti käyttäjä liikuttaa kahvaa . Hyvin suunniteltujen laitteiden pikatoimintakytkentä katkaisee virtapiirin selvästi alle viidessä millisekunnissa, mikä vähentää kaarikaaren kestoa mahdollisimman pieneksi. Useat kosketinpisteet pidentävät kaarikaaren kulkuurta, mikä vaikeuttaa kaarikaaren ylläpitämistä . Kaarikaarikammiot ja magneettiset poistojärjestelmät jäähdyttävät ja ohjaavat ionisoituneet kaasut pois kosketinparien läheisyydestä .

Kaikki tämä on tärkeää, koska jatkuva DC-kaarikaari ei ole vain tehottoma – se on vaarallinen. Jos kaarikaari ei sammuteta asianmukaisesti, sen tuottama lämpö voi heikentää kosketinpareja, vahingoittaa ympäröiviä komponentteja ja pahimmassa tapauksessa aiheuttaa tulipalon.

Mitä standardit todellisuudessa vaativat

IEC 60364-7-712 on ensisijainen standardi, joka sääntelee aurinkosähköjärjestelmien erottamista. Sen mukaan invertterin DC-puolelle on asennettava erottelulaite, jonka on pystyttävä erottamaan aurinkopaneelikenttä invertteristä .

Auringonvalosähkösovelluksien kytkin-erotinlaitteet luokitellaan IEC 60947-3 -standardin mukaisesti DC-PV-käyttöluokkiin . DC-PV 0 ei sovellu kuormitettuun kytkentään eikä sitä saa käyttää. DC-PV 1 on tarkoitettu yhden johdon (string) käyttöön. DC-PV 2 vaaditaan, kun useita johtoja (strings) on kytketty rinnakkain ja ylikuormituksen vaara on olemassa.

Valintaprosessi ei koske ainoastaan kytkimen valintaa oikealla virtaluvalla. Järjestelmän enimmäisavojännite – ottaen huomioon lämpötilakerroin ja sijaintikohtaiset olosuhteet – määrittää vaadittavan jänniteluokan . Jos tämä arvo aliarvioidaan, kytkin saattaa epäonnistua turvallisessa katkaisussa kylmissä olosuhteissa, kun johdon (string) jännite saavuttaa huippuarvonsa.

Yhdysvalloissa NEC-artikkeli 690 lisää toisen tason: se vaatii helposti saatavilla olevan PV:n DC-erottimen sekä katkoskytkimen nopeaan sammumiseen (rapid shutdown) kattoon asennettujen järjestelmien osalta. Erotin on oltava hyväksytty kyseiseen käyttöön ja sen on oltava selvästi merkitty.

Kokemuksen perusteella: Väärän erottimen käyttö aiheuttaa ongelmia

Muutama vuosi sitten kaupallisella katolla eteläisessä Yhdysvalloissa asennettaessa ilmeni hämmentävä ongelma. Tasavirtaerottimen yhteydessä aurinkopaneeleihin ja invertteriin tapahtui välillä epäselvää avautumista kuormitettuna. Invertterin saarella pysäytävän suojauksen kytkentä laukesi, mutta erottimen koskettimet näyttivät näkyvää pientä kulumaa jo muutaman käyttökerran jälkeen.

Ongelman juurisyynä oli määrittely. Asentaja oli käyttänyt yleiskäyttöistä tasavirtakytkintä, joka oli luokiteltu vain vakiovirran kestämiseen eikä ollut testattu sovelluksen vaatimalle käyttöluokalle. IEC 60947-3 -standardin mukaan kytkin vastasi lähinnä DC-PV 0 -laitetta, jota ei ole tarkoitettu kuormitettuna kytkettäväksi. normaalissa sammutustoiminnossa syntyvä kaari kulutti hitaasti koskettimia, lisäsi kosketusvastusta ja aiheutti luotettavuusongelman, joka olisi myöhemmin ilmennyt huoltovaikeutena.

Korjaus oli suoraviivainen, mutta kallis: korvata alamittautettu erotin oikealla DC-PV 2 -luokituksella varustetulla kytkin-erottimella. Opittavaa ei ollut yhden tuotteen paremmuudesta toiseen nähden. Kyse oli laitteen sovittamisesta todelliseen käyttökuormitukseen.

DC-erotinten sijoittuminen järjestelmän arkkitehtuuriin

Tyypillisessä aurinkosähköjärjestelmässä on useita kohtia, joissa DC-erottelu on tärkeää. Array-tasolla merkkierotin mahdollistaa yksittäisten merkkien huollon ilman, että koko järjestelmä pitää sammuttaa. Yhdistyskotelossa erottelu mahdollistaa turvallisen työn yhdistetyn tulosteen parissa. Invertterissä DC-erotin tarjoaa keinon erottaa invertteri arraysta huollon tai hätäsammutuksen tarpeisiin.

Jokaisella sijainnilla on erilaiset vaatimukset. Rivitasoiset erottimet käsittelevät yleensä pienempiä virtoja ja niiden tulee olla luokiteltu rivin avoimen piirin jännitteelle. Yhdistyskoteloissa käytettävät erottimet kokevat korkeampia virtoja rinnakkaisten rivien kautta ja saattavat vaatia DC-PV 2 -luokitusta. Invertterin DC-erottimet usein täytyy pystyä käsittelyyn koko järjestelmän virralla ja niiden tulee olla helposti saatavilla hätätilanteita varten.

Yhteinen tekijä kaikissa sijainneissa: kytkimen tulee olla luokiteltu DC-käyttöön, ei ainoastaan AC-käyttöön. AC-kytkimet perustuvat nollakulmakohtaan kaaren sammuttamiseen. DC-piirissä tällaista tukea ei ole. AC-luokitellun kytkimen käyttö DC-sovelluksessa on turvallisuusriski – pelkkä ja yksinkertainen tosiasia.

Käytännölliset valintakriteerit

DC-eristin kytkimen määrittäminen aurinkosähköjärjestelmään perustuu muutamiin kriittisiin parametreihin. Jännitetaso on ensisijainen – kytkimen on oltava luokiteltu järjestelmän enimmäisjännitteelle, johon on otettava huomioon lämpötilaan perustuva avoimen piirin jännite. Virrataso on toinen tärkeä tekijä, ja sen on oltava riittävän suuri tukemaan kokoelman enimmäiskäyttövirtaa turvallisuusvarauksella. Käyttöluokka määrittää, pystyykö kytkin suorittamaan kuormitettua kytkentää ja millaisissa olosuhteissa se voidaan tehdä. .

Nimellisarvojen lisäksi kannattaa etsiä kenttäkäytössä tärkeitä ominaisuuksia. Jousivahvistettu mekanismi varmistaa yhtenäisen kytkentänopeuden riippumatta käyttäjän kytkentätekniikasta. Näkyvä kosketusindikaatio – joko ikkunan tai positiivisen mekaanisen indikaattorin kautta – tarjoaa sen varmistuksen, jota turvallisuusmenettelyt vaativat. DC-jännitteelle erityisesti suunnitellut kaarientorjuntakammiot ovat välttämättömiä; AC-tyyppiset kaaruentorjuntalevyt eivät välttämättä toimi riittävän hyvin DC-olosuhteissa.

DC-erottelun oleellisin sisältö

DC-erotinlaitteet eivät ole valinnaisia lisälaitteita aurinkosähköjärjestelmissä – ne ovat perustavanlaatuisia turvallisuuslaitteita, jotka ovat pakollisia sähkökoodin mukaan ja joita fysiikka perustelee. Luonnollisen virran nollakohdan puuttuminen tasavirtapiireistä tekee kaaren sammuttamisesta todellisen insinööriongelman, ja kytkimen suunnittelun on otettava tämä haaste suoraan huomioon.

Järjestelmän suunnittelijoille käytännön johtopäätös on suhtautua DC-erottimen valintaan yhtä tarkasti kuin kääntimen mitoittamiseen tai moduulien valintaan. Väärä kytkin saattaa toimia jonkin aikaa, mutta pitkän aikavälin luotettavuuden ja turvallisuuden kannalta tilanne on erilainen. Määritä oikea käyttöluokka, varmista jännite- ja virtarajat paikan olosuhteiden mukaisesti ja valitse kytkin, jolla on todistettu tasavirtakaaren sammutuskyky.

ZHNYU ELECTRIC tarjoaa sarjan DC-erottimia, jotka on suunniteltu aurinkosähkösovelluksiin, ja joiden nimellisarvot ja käyttöluokat vastaavat modernien aurinkosähköjärjestelmien vaatimuksia – mikä tarjoaa asentajille ja järjestelmän omistajille luotettavan ratkaisun tähän kriittiseen turvatoimintoon.