Πώς κοστίζει ένα Solar EPC Cut DC Arc Fault κατά 35% με το Soutya AFCI Combiner Box

Υπόβαθρο πελατών

Η μεσαίου μεγέθους εταιρεία ηλιακής ενέργειας EPC με έδρα τη Στουτγάρδη της Γερμανίας, σχεδιάζει και εγκαθιστά εμπορικά φωτοβολταϊκά συστήματα στέγης σε όλη την Ευρώπη. Με χαρτοφυλάκιο 80 MW βάσει μακροπρόθεσμων συμβάσεων O&M, η εταιρεία εξυπηρετεί εγκαταστάσεις παραγωγής, κέντρα logistics και χειριστές ψυκτικών αποθηκών. Κάθε έργο κυμαίνεται από 500 kW έως 2 MW και η εταιρεία είναι υπεύθυνη τόσο για την κατασκευή όσο και για τη συνεχή συντήρηση.

Η ομάδα O&M της εταιρείας αντιμετώπιζε έναν αυξανόμενο αριθμό διακοπών μετατροπέα και θερμικών συμβάντων που προκλήθηκαν από σφάλματα τόξου συνεχούς ρεύματος. Η γήρανση των συνδέσμων, η φθορά των καλωδίων και οι χαλαροί τερματισμοί στα κυκλώματα χορδών ήταν οι κύριοι ένοχοι. Καθώς το χαρτοφυλάκιο επεκτάθηκε, το κόστος της αντιδραστικής συντήρησης άρχισε να διαβρώνει τα περιθώρια κέρδους.

Η πρόκληση: Μη ανιχνευμένα σφάλματα τόξου DC

Τα σφάλματα τόξου συνεχούς ρεύματος είναι επικίνδυνα επειδή διατηρούνται χωρίς να αντλούν αρκετό ρεύμα για να ενεργοποιηθεί μια τυπική ασφάλεια ή διακόπτης κυκλώματος. Στα υπάρχοντα κιβώτια συνδυασμού της εταιρείας τοποθετήθηκαν μόνο ασφάλειες χορδών και προστατευτικά υπέρτασης. Αυτά παρείχαν προστασία από υπερένταση και υπερτάσεις, αλλά δεν μπορούσαν να ανιχνεύσουν σφάλματα σε σειρά τόξου που συμβαίνουν σε κατεστραμμένα καλώδια ή χαλαρές συνδέσεις.

Οι συνέπειες ήταν απτές. Στους 12 μήνες πριν από το έργο, η ομάδα ανταποκρίθηκε σε 14 διαδρομές μετατροπέα που εντοπίστηκαν σε κατεστραμμένους συνδέσμους. Κάθε ταξίδι απαιτούσε επίσκεψη στο χώρο, σαρώσεις θερμικής απεικόνισης και χειροκίνητη επιθεώρηση κάθε σύνδεσης στη συμβολοσειρά. Μια μεμονωμένη συνεδρία αντιμετώπισης προβλημάτων ήταν κατά μέσο όρο οκτώ ώρες. Επιπλέον, αναφέρθηκαν δύο παραλίγο περιστατικά όπου ένα τόξο είχε λιώσει τη μόνωση ενός συνδετήρα, προκαλώντας καπνό και κίνδυνο πυρκαγιάς. Το εκτιμώμενο κόστος ανά τέτοιο συμβάν, εάν δεν εντοπιστεί, θα μπορούσε να υπερβεί τα 50.000 $ σε ζημιά περιουσιακών στοιχείων και χρόνο διακοπής λειτουργίας.

Γιατί το Soutya DC AFCI Combiner Box;

Η εταιρεία αξιολόγησε τρεις επιλογές. Η πρώτη ήταν η προσθήκη μονάδων AFCI στην είσοδο του μετατροπέα, αλλά παρακολουθεί μόνο τη συνδυασμένη έξοδο όλων των στοιχειοσειρών και δεν μπορεί να προσδιορίσει ποια συμβολοσειρά έχει σφάλμα. Η δεύτερη επιλογή ήταν η αντικατάσταση όλων των βυσμάτων καλωδίων με υψηλότερης ποιότητας, που δεν θα αντιμετωπίσουν μελλοντική υποβάθμιση. Η τρίτη επιλογή ήταν το κουτί συνδυασμού Soutya DC AFCI με διαμόρφωση 12 σε 1.

Η απόφαση κατέληξε σε τρία βασικά πλεονεκτήματα. Πρώτον, το πλαίσιο συνδυασμού Soutya παρέχει ανίχνευση σφαλμάτων τόξου ανά συμβολοσειρά. Κάθε μία από τις 12 εισόδους παρακολουθείται ανεξάρτητα, επομένως ένα σφάλμα εντοπίζεται αμέσως. Δεύτερον, η μονάδα ενσωματώνει τόσο την προστασία AFCI όσο και την προστασία υπερέντασης σε ένα περίβλημα, απλοποιώντας την εγκατάσταση και μειώνοντας τον αριθμό των εξαρτημάτων προς επιθεώρηση. Τρίτον, συμμορφώνεται με το UL 1699B και υποστηρίζει τις απαιτήσεις σχεδιασμού του IEC 62548, δίνοντας στο EPC εμπιστοσύνη τόσο για τις ευρωπαϊκές όσο και για τις εξαγωγικές αγορές.

Διαδικασία Υλοποίησης και Εφαρμογής

Το έργο αναπτύχθηκε σε τρεις εμπορικές συστοιχίες στέγης, η καθεμία με 8 έως 10 χορδές. Το συνολικό έργο διήρκεσε έξι εβδομάδες από τον προγραμματισμό έως την έναρξη λειτουργίας. Τα υπάρχοντα κουτιά συνδυασμού αφαιρέθηκαν και αντικαταστάθηκαν με το κουτί συνδυασμού Soutya DC AFCI. Επειδή η διάταξη 12-σε-1 ταίριαζε με την υπάρχουσα δρομολόγηση συμβολοσειρών, η ομάδα επαναχρησιμοποίησε τα περισσότερα από τα καλώδια DC, εξοικονομώντας κόστος υλικού και χρόνο εγκατάστασης.

Μια τυπική δυσκολία ήταν η μετασκευή σε περιορισμένους χώρους. Το νέο κουτί συνδυασμού έχει μεγαλύτερο αποτύπωμα από μια απλή μονάδα μόνο με ασφάλεια, επομένως οι βραχίονες στήριξης έπρεπε να προσαρμοστούν σε μία οροφή. Η ομάδα το έλυσε αυτό χρησιμοποιώντας μια οπίσθια πλάκα από ανοξείδωτο χάλυβα και εύκαμπτο αγωγό, ολοκληρώνοντας τη μετασκευή χωρίς αλλαγή της δομικής διάταξης.

Μετά την εγκατάσταση, η ομάδα συνέδεσε την έξοδο Modbus RTU στο υπάρχον σύστημα SCADA. Το κιβώτιο συνδυασμού μετέφερε την κατάσταση σφάλματος ρεύματος, τάσης και τόξου ανά χορδή στο απομακρυσμένο κέντρο παρακολούθησης. Οι δοκιμές θέσης σε λειτουργία περιελάμβαναν ένα σφάλμα προσομοίωσης τόξου, το οποίο η μονάδα διέκρινε σε λιγότερο από 0,5 δευτερόλεπτα ενώ ταυτοποίησε την ακριβή συμβολοσειρά.

Ποσοτικοποιήσιμα αποτελέσματα

• Μειωμένος χρόνος αντιμετώπισης προβλημάτων κατά 90%:Ο μέσος χρόνος απόκρισης σφάλματος μειώθηκε από 8 ώρες σε 45 λεπτά επειδή το πλαίσιο AFCI προσδιορίζει αμέσως την ελαττωματική συμβολοσειρά.
• Μείωσε το κόστος O&M κατά 35%:Οι τρεις τοποθεσίες απαιτούν πλέον λιγότερα μηνύματα έκτακτης ανάγκης. Η ετήσια εξοικονόμηση ανέρχεται σε 18.000 $ σε όλο το χαρτοφυλάκιο.
• Μειωμένος χρόνος διακοπής λειτουργίας μετατροπέα κατά 60%:Αποτρέποντας το παρατεταμένο τόξο που θα προκαλούσε διακοπές του μετατροπέα, οι τοποθεσίες παρουσίασαν 60% λιγότερες απρογραμμάτιστες αποσυνδέσεις.
• Εντοπίστηκαν νωρίς δύο σφάλματα τόξου:Κατά τους πρώτους 12 μήνες, η μονάδα αντιμετώπισε δύο σφάλματα τόξου σειράς στο αρχικό τους στάδιο, αποτρέποντας πιθανές πυρκαγιές και ζημιές.

Ο συνολικός αντίκτυπος ξεπέρασε τους αριθμούς. Η ομάδα O&M μεταπήδησε από την αντιδραστική επισκευή στην προληπτική επιθεώρηση. Τα δεδομένα που συλλέχθηκαν από το κιβώτιο συνδυασμού τους επέτρεψαν να προγραμματίσουν αντικαταστάσεις καλωδίων κατά τη διάρκεια προγραμματισμένων παραθύρων συντήρησης παρά σε βάση έκτακτης ανάγκης.

Μαρτυρία πελάτη

"Το κιβώτιο συνδυασμού Soutya DC AFCI έδωσε στο πλήρωμά μας τη δυνατότητα να εντοπίσει μια αποτυχημένη υποδοχή σύνδεσης πριν γίνει πυρκαγιά. Ο συναγερμός ανά χορδή και η καταγραφή δεδομένων έχουν αλλάξει τον τρόπο διαχείρισης του χαρτοφυλακίου φωτοβολταϊκών μας."

Μαθήματα και συστάσεις

1. Τοποθετήστε την ανίχνευση σφάλματος τόξου στο επίπεδο συμβολοσειράς. Η ανίχνευση στάθμης μετατροπέα δεν μπορεί να εντοπίσει τα σφάλματα και αφήνει απροστάτευτες τις μεγάλες διαδρομές του καλωδίου DC.
2. Συνδυάστε την παρακολούθηση με την προστασία. Ένα πλαίσιο συνδυασμού που αναφέρει το ρεύμα και την κατάσταση ανά συμβολοσειρά δημιουργεί δεδομένα με δυνατότητα δράσης για προγνωστική συντήρηση.
3. Προϋπολογισμός για εκπαίδευση. Τα συμπτώματα σφάλματος τόξου διαφέρουν από συμβάντα υπερέντασης και οι τεχνικοί πρέπει να κατανοήσουν την τεχνολογία για να ανταποκριθούν.

Εάν η εταιρεία επρόκειτο να εκτελέσει αυτό το έργο ξανά, θα εγκαθιστούσε κιβώτια Soutya AFCI σε όλα τα νέα έργα από την αρχή, αντί να τα μετασκευάσει. Η τυποποίηση στη διαμόρφωση 12-σε-1 θα απλοποιήσει τον απόθεμα ανταλλακτικών τους και θα κάνει τα απομακρυσμένα διαγνωστικά πιο συνεπή σε όλους τους ιστότοπους.

Αναφορές

1. UL 1699B:2018 Φωτοβολταϊκά (PV) Προστασία κυκλώματος Τόξου-Σφάλματος συνεχούς ρεύματος.Σύνδεσμος
2. IEC 62548:2016 Φωτοβολταϊκές (PV) συστοιχίες — Απαιτήσεις σχεδιασμού.Σύνδεσμος
3. IEC 60364-7-712:2017 Ηλεκτρικές εγκαταστάσεις χαμηλής τάσης — Μέρος 7-712: Συστήματα τροφοδοσίας ηλιακής φωτοβολταϊκής ενέργειας.Σύνδεσμος