Brandschutzgefahr
In den letzten Jahren ereigneten sich häufig Brandunfälle in PV-Kraftwerken, die nicht nur das Kraftwerkseigentum und die Einnahmen aus der Stromerzeugung verlieren, sondern auch Gebäudeschäden und Personenschäden verursachen und sich sogar auf die Umgebung ausbreiten, was zu einer Reihe von Sekundärkatastrophen führt .
DC-Lichtbogen ist das häufigste Fehlerphänomen in PV-Kraftwerken. Lichtbögen treten aufgrund von Kontaktabfällen, Gerätealterung, Isolationsbruch und schlechter Erdung auf. Darüber hinaus ist der Schaden eines DC-Lichtbogens weitaus größer als der eines AC-Lichtbogens, da es im DC-Lichtbogen keinen Nulldurchgangspunkt gibt. Sobald er auftritt, brennt er weiter, ist schwer zu löschen und sehr einfach zu löschen Brandunfälle verursachen. Laut Statistik werden mehr als die Hälfte der Brandunfälle in PV-Kraftwerken durch DC-Lichtbögen verursacht. Wenn die Spezifikationen von PV-Modulen größer werden, nehmen die Leistung und der Strom des DC-seitigen Systems zu. Nach dem Joule'schen Gesetz Q=I²Rt verdoppelt sich der Strom, und die thermische Wirkung des Kurzschlusspunktes erhöht sich um das 4-fache, die Brandgefahr wird ebenfalls stark erhöht.
DC-Lichtbogenklassifizierung
Im Gegensatz zu herkömmlichen elektrischen Produkten gibt es kein integriertes Gehäuse für PV-Module und ihre Verkabelung, um Lichtbögen und Funken einzudämmen, die durch Komponenten- und Verkabelungsfehler verursacht werden, während viele PV-Anlagen in der Lage sind, mit den typischen DC-Spannungen zu arbeiten, die DC-Lichtbögen aushalten.
Es gibt drei Hauptkategorien von Lichtbögen in PV-Anlagen:
— Serienlichtbögen können durch falsche Verdrahtung oder unterbrochene Serienverdrahtung verursacht werden
— Parallele Lichtbögen können durch partielle Kurzschlüsse zwischen benachbarten Leitungen mit unterschiedlichem Potential verursacht werden
— Erdungslichtbögen aufgrund eines Isolationsfehlers
Serie Bogen
Reihenlichtbogen, auch gezogener Lichtbogen genannt. Serienlichtbögen werden normalerweise durch schlechten Kontakt von Kabelsteckern zwischen Komponenten und eine schlechte Verbindung zwischen Strangkabeln und Anschlusskästen oder Wechselrichtern verursacht. Bedingt durch die große Anzahl an Reihensteckern im PV-Kraftwerk sind in einem 1 MW PV-Aufdachkraftwerk 2000 Steckerpaare vorhanden. Bei so vielen Steckerpaaren ist es schwierig sicherzustellen, dass alle Stecker von guter Qualität sind. Diese Gefahren führen zu schlechtem Kontakt und zur Bildung von DC-Lichtbögen.
Derzeit integrieren einige wenige Wechselrichter die Lichtbogenschutzfunktion, aber es gibt zwei große Probleme mit diesem Schutz: Erstens wird bei einem Fehlerlichtbogen in einem Strang der gesamte Wechselrichter abgeschaltet, was großen Schaden anrichtet. Ausfall der Stromerzeugung; Zweitens kann das Betriebs- und Wartungspersonal ohne die Fehlerlichtbogen-Ortungsfunktion den Ort des Lichtbogens nicht rechtzeitig und genau finden, was im Wesentlichen keine Lösung ist. Der einzige technische Reset-Schutz, den sie tun können, besteht darin, den Wechselrichter am Laufen zu halten. Aus dieser Sicht kann die im Wechselrichter integrierte Lichtbogenschutzfunktion das Störlichtbogenproblem nicht wirklich effektiv lösen.
Paralleler Bogen
Parallele Lichtbögen werden hauptsächlich durch Kurzschlüsse von positiven und negativen Leitern verursacht, die durch Leitungsschäden verursacht werden, oder durch Kurzschlüsse zwischen Strangkabeln. Wenn die Strangkabel mechanisch gequetscht oder verschlissen sind, kommt es zwischen der positiven und der negativen Elektrode oder zwischen verschiedenen Strängen zu Lichtbögen, was ein paralleler Lichtbogenfehler ist. Es gibt noch eine andere Situation, die ebenfalls zu parallelen Lichtbögen führen kann. Wenn die Serienlichtbögen im System nicht rechtzeitig behandelt werden, brennt die Hitze der Serienlichtbögen die Isolierung der Kabel aus und erzeugt parallele Lichtbögen.
Wenn ein paralleler Lichtbogen zwischen den Hauptleitern der quadratischen Anordnung von Komponenten auftritt, ist es schwieriger, ihn zu löschen, da der Lichtbogen genügend Energie erhalten kann, was einen schweren Brandunfall verursachen wird. Der Serienfehlerlichtbogen kann durch Trennen des DC-Busses oder des entsprechenden Strings der PV-Anlage gelöscht werden, aber der Parallelfehlerlichtbogen kann nicht gelöscht werden und kann sogar dazu führen, dass ein größerer Strom durch den Lichtbogenpfad fließt, wodurch der Lichtbogen intensiver wird.
Gegenwärtig kann die im Wechselrichter integrierte Lichtbogenschutzfunktion keine Parallellichtbögen und Bodenlichtbögen erkennen, aber die Zerstörungskraft von Parallellichtbögen ist oft 10-mal höher als die von Serienlichtbögen, und das Sicherheitsrisiko ist noch größer.
Bodenbogen
Die Alterung und Beschädigung von Bauteilen oder mechanische Beschädigungen führen zu Erdentladungen. Wenn die Komponenten flach auf das Dach aus farbigen Stahlziegeln gelegt werden, kommt es zu Bodenüberschlägen oder Undichtigkeiten. Diese Art von Fehler ist nicht leicht herauszufinden, besonders an regnerischen Tagen. Derzeit besteht die Lösung darin, den Wechselrichter abzuschalten und zu warten, bis der Boden getrocknet ist, bevor er in Betrieb genommen wird. Diese Methode kann Gefahren nicht wirksam beseitigen und erhöht das Risiko eines elektrischen Schlags.
DC-Hochspannung
In einem PV-Kraftwerk werden PV-Module in Reihe geschaltet, um einen DC-Hochspannungskreis zu bilden, der im Allgemeinen etwa 1000 V erreicht. Auch bei abgeschalteter Anlage liegt in der PV-Modulmatrix noch eine DC-Hochspannung von ca. 1000 Volt an. Besonders bei PV-Dachkraftwerken ist bei einem Brand in PV-Kraftwerken und Gebäuden eine sichere Rettung schwierig; Während des routinemäßigen Betriebs und der Wartung von Kraftwerken oder der Instandhaltung von Grundstücken sind Bediener und Inspektoren ebenfalls der Gefahr eines Stromschlags ausgesetzt.
Szenario-Risikoanalyse
Regierung, Schule, Krankenhaus, Wohndach
1. Regionale Kontrolle. Es ist unmöglich, Drohnen zu verwenden, um Komponenten auf Anomalien zu scannen, und kann Gefahren nicht rechtzeitig finden;
2. Die Bevölkerung ist dicht. Das quadratische Array der Komponente hat ein Leck, ein hohes Risiko eines elektrischen Schlags für das Personal;
3. Rettung ist begrenzt. Im Notfall wie Feuer kann die Hochspannung der Saite nicht abgeschaltet werden, was die Rettung behindert;
4. Der Einfluss der öffentlichen Meinung. Kommt es zu einem Unfall, wird die öffentliche Meinung stärker beeinflusst
Dach aus Stahlziegeln in verschiedenen Farben
1. Es ist schwierig zu inspizieren. Das Dach aus farbigen Stahlziegeln ist umständlich zu inspizieren, und die Gefahr der Lichtbogensicherheit kann nicht rechtzeitig entdeckt werden;
2. Rettung ist begrenzt. Im Notfall wie Feuer kann die Hochspannung der Saite nicht abgeschaltet werden, was die Rettung behindert;
3. Das Dach ist zerbrechlich. Und der DC-Lichtbogenfunke brennt leicht durch die Farbstahlfliese und dringt in den unteren Raum ein, was Feuer und Sachschäden verursacht
Autobahnen, Flüsse und andere Bereiche
1. Umweltrisiken. Sporadische Lichtbogenfunken von Zigarettenstummeln und Komponenten können leicht dazu führen, dass Unkraut darunter brennt;
2. Schwierig zu inspizieren. Der lange und schmale Bereich ist für die Inspektion unbequem, der Betrieb und die Wartung sind schwierig und Gefahren können nicht rechtzeitig gefunden werden;
3. Schwer zu retten. Weit weg vom Stadtgebiet, wie Feuer und andere Unfälle, ist es schwierig zu retten;
4. Folgeunfall. Wenn das Fahrzeug oder ein anderer Unfall die Komponenten beschädigt, kann die Hochspannung des Strangs nicht rechtzeitig abgeschaltet werden, was wahrscheinlich einen schweren Folgeunfall verursacht.
Nationale Gesetze und Vorschriften
VEREINIGTE STAATEN VON AMERIKA:
Gemäß der neuesten Ausgabe des National Electrical Code NEC2020-Dokuments:
Nehmen Sie den Abstand zur PV-Matrix 305 mm als Grenze, außerhalb der Grenze, innerhalb von 30 Sekunden nach dem Start des Auslösegeräts fällt die Spannung unter 30 V; Innerhalb der Grenze ist es erforderlich, ein "PV-Gefahrensteuerungssystem" zu haben oder die Spannung innerhalb von 30 Sekunden nach dem Start des Auslösegeräts auf unter 80 V zu reduzieren.
Kanada:
Gemäß dem Canadian Electrical Code 2021 Edition:
Wenn die Spannung auf der DC-Seite des PV-Systems größer als 80 V ist, sollte eine Lichtbogenunterbrechungsvorrichtung oder eine andere gleichwertige Ausrüstung installiert werden.
Wenn die PV-Anlage in oder auf dem Gebäude installiert wird, sollte eine Schnellabschaltung installiert werden. 1 Meter vom PV-Modul entfernt muss nach dem Start der Schnellabschaltung die Spannung innerhalb von 30 s auf unter 30 V reduziert werden.
Deutschland:
Gemäß der deutschen Norm VDE-AR-E 2100-712:
Wenn der Wechselrichter in der PV-Anlage ausgeschaltet wird oder das Netz ausfällt, muss die DC-Spannung weniger als 120 V betragen. Die Verwendung einer Abschaltvorrichtung wird erwähnt, um die Spannung auf der DC-Seite unter 120 V zu bringen.
Australien:
Gemäß Abschnitt 4.3.3 der neuesten Norm AS/NZS 5033:2021:
Wenn die DC-Spannung größer als 120 VDC ist, muss eine Trennvorrichtung zwischen dem Modul und dem Wechselrichter installiert werden.
Thailand:
Gemäß Abschnitt 4.3.13 des Thai Electrical Code-Solar Rooftop Power Supply Installation 2022:
Es ist erforderlich, dass das PV-Kraftwerk auf dem Dach mit einer Schnellabschaltvorrichtung ausgestattet sein muss und die Grenze 300 mm von der PV-Matrix entfernt ist. Die Spannung innerhalb des Grenzbereichs wird innerhalb von 30 Sekunden nach dem Start des Geräts auf unter 80 V und die Spannung außerhalb des Grenzbereichs auf unter 30 V reduziert.
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Epilog
Der Bau von PV-Kraftwerken ist in vollem Gange und mit Tausenden von Haushalten eng verbunden. So stellen Sie sicher, dass"Sicherheit"von PV-Kraftwerken findet große Beachtung in der gesamten Branche. Um dieses Problem effektiv zu lösen, muss die gesamte Branche gemeinsam an innovativen Lösungen arbeiten, relevante Normen und Vorschriften ständig verbessern und die entsprechenden Anforderungen im späteren Kraftwerksbau wirklich umsetzen.
Als wichtige Energieinfrastruktur ist der sichere, stabile und effiziente Betrieb von PV-Kraftwerken ein wichtiger Garant für die wirtschaftliche Entwicklung.
