Проблемы, связанные с фотоэлектрической дугой постоянного тока, введение и решения

Благодаря быстрому развитию солнечных технологий производство фотоэлектрической энергии стало одним из важных решений в области экологически чистой энергетики во всем мире. Фотоэлектрические системы играют важную роль, будь то крыши жилых домов, промышленные парки или крупные-солнечные электростанции. В то же время вопросы безопасности фотоэлектрических систем постепенно привлекают внимание. Дуга постоянного тока как электрическое явление, которое может повлиять на стабильность фотоэлектрических систем, заслуживает тщательного понимания каждым практикующим специалистом и пользователем.

1. Значение зажигания дуги постоянного тока

Дуга постоянного тока, как следует из названия, относится к явлению, при котором дуга образуется между точками контакта, когда путь тока в цепи постоянного тока внезапно прерывается.

Электрическая дуга – это разновидность явления газового разряда. Когда газ ионизируется, он образует проводящий канал, в результате чего возникает электрическая дуга. В фотоэлектрических цепях постоянного тока, когда в цепи возникает крошечный зазор, постоянное напряжение на зазоре создает внутри него электрическое поле. Когда напряженность электрического поля достигает определенного уровня, молекулы воздуха ионизируются. Молекулы воздуха состоят из атомов, которые состоят из положительно заряженных ядер и отрицательно заряженных электронов. Под действием сильного электрического поля электроны получают достаточно энергии, чтобы вырваться из ядра и стать свободными электронами. Эти свободные электроны ускоряются в электрическом поле, сталкиваются с другими молекулами воздуха, ионизируя большее количество молекул, тем самым создавая большое количество свободных электронов и положительных ионов. Этот процесс известен как пробой газа. При расщеплении газа образуется электрическая дуга.

Процесс зажигания дуги постоянного тока:

Для постоянного тока, поскольку он не имеет точки перехода через ноль и направление тока не меняется, дуга может непрерывно получать энергию, что затрудняет ее самостоятельное затухание.

В зависимости от способа подключения цепи и расположения дуги дуги можно разделить на последовательные и параллельные дуги (дугу заземления можно рассматривать как особый тип параллельной дуги). Последовательные дуги обычно возникают внутри одного проводника под напряжением. Поскольку расстояние между проводниками невелико и проводников много, частота возникновения выше; более того, поскольку сигнал последовательной дуги слаб и легко маскируется шумом, его трудно обнаружить, и, если не принять меры вовремя, он может легко вызвать пожар. Параллельные дуги обычно возникают между разными проводниками под напряжением. Поскольку расстояние между проводниками велико, а путь сложный, частота возникновения ниже. В настоящее время защитные меры, такие как предохранители и автоматические выключатели, могут эффективно контролировать воздействие параллельных дуг.

2.ПричиныЗажигание дуги постоянного тока

2.1 Проблемы с компонентами подключения

Соединительные компоненты являются одним из наиболее распространенных проблемных мест в фотоэлектрических системах, а также основной причиной возникновения дуги постоянного тока.

• Распространенными проблемами являются ослабленные, окисленные или изношенные разъемы (например, вилки MC4). При длительном-использовании разъемы могут ослабнуть из-за таких факторов, как вибрация и изменения температуры. Незакрепленные разъемы могут увеличить контактное сопротивление, выделяя большое количество тепла при прохождении тока, вызывая повышение температуры разъема. Высокие температуры ускоряют окисление и износ разъема, создавая порочный круг, который в конечном итоге приводит к образованию разрывов, которые могут вызвать искрение.

• Обжатие кабельных соединений не соответствует стандарту: недостаточное усилие обжатия или утечка могут привести к плохому контакту в кабельных соединениях, что также увеличивает контактное сопротивление, генерирует высокие температуры и, как следствие, может вызвать искрение.

2.2 Проблемы с проводниками

Провода являются важными компонентами фотоэлектрических систем для передачи тока, а их качество и состояние напрямую влияют на безопасную работу системы.

• Повреждение изоляционного слоя кабеля может привести к образованию зазора между проводником и заземляющими телами или металлическими опорами, что может привести к искрению: Изоляция кабеля может быть повреждена во время установки или эксплуатации из-за таких факторов, как механическое повреждение или химическая коррозия.

• Провод может быть поврежден внешними силами (такими как грызуны или механическое трение), что приводит к местному воздействию, что также является одной из причин растяжения дуги: на некоторых наружных фотоэлектрических электростанциях время от времени происходит грызуны, грызущие кабели.

2.3Окружающая среда и факторы старения

Факторы окружающей среды и старение оборудования также являются важными причинами возникновения дуги постоянного тока в фотоэлектрических системах.

• Длительное воздействие высоких температур и высокой влажности может ускорить старение компонентов, что приведет к снижению эффективности изоляции: в условиях высоких-температур материалы компонентов подвергаются термическому старению, что приводит к постепенному снижению их характеристик; в условиях высокой-влажности компоненты могут намокнуть, что повлияет на их изоляционные свойства.

• В точках соединения скапливается пыль и коррозия, что может нарушить электрическую целостность и вызвать разряд в промежутке: В пыльных средах с сильной коррозионной активностью точки соединения имеют тенденцию накапливать большое количество пыли и коррозионно-активных веществ. Эти материалы могут препятствовать передаче электрического тока, увеличивать сопротивление в точках соединения, создавать высокие температуры и потенциально вызывать искрение.

3. Технология обнаружения и применение дуги постоянного тока в фотогальванике.

3.1 Прерыватель цепи дугового замыкания (AFCI/АФДД)

Функция AFCI заключается в том, чтобы «обнаружить и отключить питание» немедленно при возникновении дуги, предотвращая распространение огня.

Обычно он интегрируется в объединители постоянного тока, инверторы или автоматические выключатели для мониторинга сигналов тока в режиме реального времени. При возникновении дуги форма волны тока демонстрирует специфический высокочастотный шум и искажения. AFCI использует алгоритмы для обнаружения этого аномального сигнала и быстро разъединяет цепь.

Основная структура

Автоматические выключатели дугового замыкания AFCI в основном состоят из модуля выключателя, модуля утечки, модуля питания, модуля формирования сигнала, модуля расцепителя и модуля интерфейса связи.

• Модуль питания: подает питание на соответствующие устройства внутри AFCI/AFDD.

• Модуль формирования сигнала: Токовый сигнал в главной цепи передается через сетевой трансформатор тока в модуль формирования сигнала. Модуль усиливает, исправляет и фильтрует сигнал перед отправкой его на обработку микроконтроллеру.

• Модуль отключения: В автоматическом выключателе дугового замыкания AFCI электромагнитная структура модуля отключения использует новую энергосберегающую-технологию, сводящую к минимуму потери в сердечнике и потери при коротком-замыкании электромагнитной системы переключателя, тем самым обеспечивая максимальную экономию энергии. Добавлено буферное устройство, позволяющее снизить энергетическое воздействие на электромагнитную систему, улучшить характеристики включения выключателя и продлить срок его службы. Рабочий механизм модуля отключения может принимать сигналы неисправности, обнаруженные основной микросхемой управления MCU, и прерывать цепь катушки через управляющие контакты, при этом электромагнитный механизм разрывает основную цепь. После устранения неисправности нажатие рабочей кнопки сбрасывает модуль.

Модуль интерфейса связи. Этот модуль позволяет в реальном времени-передавать такие данные, как ток, напряжение, фаза тока и сигналы дуги, на оконечный компьютер, обеспечивая удаленный мониторинг.

Принцип работы

Главный управляющий чип MCU автоматического выключателя дугового замыкания AFCI контролирует сигнал тока в главной цепи в режиме реального времени. Когда в главной цепи обнаруживается дуговое замыкание, микроконтроллер отправляет сигнал отключения, и схема отключения выполняет операцию отключения.

3.2 Технология инфракрасного тепловидения

Технология инфракрасного тепловидения обнаруживает аномальный нагрев в точках подключения с помощью инфракрасной камеры, что позволяет заранее выявить потенциальные риски возникновения дуги. Плохой контакт часто сопровождается локальными высокими температурами, и инфракрасное тепловидение может четко отображать эти-области с высокими температурами, предоставляя обслуживающему персоналу интуитивно понятную информацию.

4. Защитные меры и их реализация при дуговых замыканиях постоянного тока в фотоэлектрических системах.

4.1 Стандартная установка

Правильная установка является основой предотвращения образования дуги постоянного тока в фотоэлектрических системах. В процессе установки убедитесь, что разъемы и кабельные соединения надежно обжаты, чтобы избежать ослабления соединений. Для обжима следует использовать профессиональные инструменты, действующие с указанным усилием, чтобы обеспечить минимальное контактное сопротивление в местах соединения.

При этом выбирайте изоляционные материалы, соответствующие стандартам, чтобы снизить риск механических повреждений. При прокладке кабелей избегайте чрезмерного изгиба и растяжения, чтобы не повредить изоляционный слой.

4.2 Выбор компонентов

Выбирайте разъемы и кабели, устойчивые к старению и высоким температурам, особенно в суровых условиях, повышающих уровень защиты компонентов (например, IP65/IP67). При выборе компонентов полностью учитывайте условия окружающей среды фотоэлектрической электростанции, такие как температура, влажность и коррозионная активность.

Например, для фотоэлектрических электростанций, расположенных в регионах с высокими-температурами, следует выбирать разъемы и кабели, способные поддерживать стабильную работу при более высоких температурах; в средах с высокой коррозией, таких как прибрежные районы, следует выбирать компоненты, устойчивые к коррозии.

4.3Оптимизация конструкции системы

Оптимизация конструкции системы имеет решающее значение для предотвращения образования дуги постоянного тока в фотоэлектрических системах. В процессе проектирования важно избегать чрезмерно высоких напряжений постоянного тока (которые должны соответствовать стандартам безопасности), сокращать длинные прокладки кабелей и минимизировать вероятность разряда в промежутке.

Разумно спланируйте расположение фотоэлектрических модулей и прокладку кабелей, стремясь минимизировать длину кабеля и уменьшить количество изгибов и соединений кабелей. В то же время должны быть установлены соответствующие защитные устройства, такие как предохранители, автоматические выключатели и устройства защиты от дугового замыкания, чтобы оперативно отключить питание в случае каких-либо отклонений в цепи.