Vad är ett DC-bågfel?
Ett bågfel är flödet av elektrisk energi genom ett luftspalt genom joniserade gasmolekyler. Medan luft normalt betraktas som ett icke-ledande medium kan en hög potentialskillnad (spänning) mellan två ledare i närheten orsaka att luftmolekylerna bryts ner i sina joniserade beståndsdelar (kallas en‘plasma’), som sedan kan bära en laddning från en elektrod till en annan.
En elektrisk bågas temperatur beror på ett antal faktorer, såsom strömflödet, men på ett typiskt solcellssystem är det lätt tillräckligt varmt för att smälta glas, koppar och aluminium och initiera förbränning av omgivande material.
DC-bågfel inträffar på DC-kablarna i solcellssystem.
Schematisk bild– Strängomvandlare solsystem med oskyddad DC-kabel. Kablar, fogar och elektrisk utrustning som utsätts för DC-bågfel visas i rött
Är det ett problem med växelströmssystem? NEJ
Bågbildning ses inte som en vanlig fara i vanliga elektriska växelsystem. Detta beror delvis på att elindustrins standarder, metoder och komponentdesign har utvecklats under de senaste 100 åren till en punkt där moderna AC-installationer är mycket säkra.
Bågbildning är mindre problem i växelströmssystem eftersom växelströmsbågar tenderar att självsläcka när spänningen växlar och passerar 0 volt hundra gånger per sekund för standardnätförsörjning. För att en båge ska vara självförsörjande måste förutsättningarna för att starta bågen vara närvarande kontinuerligt. DC förblir vid en kontinuerlig spänning och när en båge har etablerats kommer den att fortsätta så länge likspänningen är
Uppstår DC-bågfel i alla solsystem? NEJ
DC-bågfel inträffar endast i strängomvandlare-system som har oskyddade likspänningskretsar över cirka 80 volt DC.
Var i solsystemet uppstår DC-bågfel?
Fel kan inträffa var som helst på DC-kablarna som går från solmodulerna på taket till strängomformaren som vanligtvis är installerad intill huvudväxeln. Det finns cirka 26 anslutningar i likströmskretsen i ett litet hushållssolsystem (2kW) som utförs på plats av solinstallatören och cirka 50 anslutningar på ett 5kW-system. Alla dessa anslutningar som solinstallatören utför är en potentiell felpunkt.
Det finns också ytterligare anslutningar inuti solmodulerna, DC-isolatorer och strängomformaren som är potentiella felpunkter.
Vilka är de typer av DC-bågfel som uppstår i solsystem med hjälp av strängomvandlare?
Det finns tre vanliga typer av DC-bågfel:
Serier– En seriebåge inträffar när en anslutning bryts medan solcellen producerar ström. Varje intermittent anslutning i DC-kretsen har potential att producera ett DC-bågfel. Dessa anslutningar kan innefatta lödfogar i modulen, trådanslutningar av kompressionstyp, anslutningar som används på trådledningarna anslutna till solcellsmoduler, anslutningar i DC-isolatorer, anslutningar i växelriktaren, alla likströmskretsar i växelriktaren eller någon av DC-kablarna i strängkrets.
Parallell– Parallella bågar uppstår när isoleringssystemet bryts ned och strömmen flödar mellan positivt och negativt. Två ledare med motsatt polaritet i samma likströmskrets körs ofta i närheten av varandra. Isoleringen mellan de två trådarna kan bli ineffektiv på grund av att djur tuggar på dem, UV-nedbrytning, sprödhet, sprickbildning, fuktinträngning och mekanisk skada. Parallella bågfel kan fortsätta längs ledarna mot matrisens brinnande material längs vägen.
Till marken– Detta fel kräver bara att ett isoleringssystem inte går i mark. Detta kan vara solmodulramen, soluppställningsstället, taket eller andra jordade ytor.
Ofta kan ett fel börja som en typ av fel (t.ex. seriefel) men utvecklas till en annan typ av fel (t.ex. parallellt fel).
Vad kan utlösa ett DC-bågfel?
Fördelning av ledarkontinuitet på grund av:
·Lösa fogar på grund av dålig installation
·Lösa fogar på grund av anslutningar av dålig kvalitet
·Korrosion av fogar över tid
Fördelning av isoleringssystemet:
·Isoleringens nedbrytning över tid på grund av UV-exponering
·Isolering spricker över tid på grund av temperaturförändringar (varm– kall)
·Nedbrytning av isolering på grund av åldrande
·Skador på isolering av gnagare, insekter, fåglar
·Skador på isoleringen under installationen
·Skador på isolering genom framtida byggnadsarbeten
·Vatten tränger in i kablar, ledningar.
·Vatten tränger in i DC-isolatorer från dålig installation
·Vatten tränger in i DC-isolatorer på grund av försämring av tätningar över tid
·Vatten tränger in i växelriktaren
·Vatten tränger in i solmodulen eller kopplingsboxen
Är DC-bågfel något att oroa sig för?JA
DC-bågfel har identifierats som grundorsaken till över 400 inhemska och kommersiella byggnadsbränder i Australien– bygga bränder som riskerar passagerarnas säkerhet och orsakar skada på egendom. DC-bågfel orsakar också betydande skador på solutrustning.
Högkvalitativa DC-kabeldelar kan väljas och installeras med största omsorg. Kabelisolering och nedbrytning av ledare kommer dock att ske över tiden, vilket kan orsaka DC-ljusbågsfel.
Om du ser eller hör ett DC-bågfel, kan du stänga av bågen om du stänger av din växelriktare?NEJ
DC-bågfel uppstår på DC-kablarna under solpanelen, var som helst längs DC-kablarna från solpanelen på taket till strängomvandlaren och till och med inuti strängomvandlaren. Att stänga av växelriktaren stänger inte av DC-ledningarna. DC-ledningarna från solpanelen till växelriktaren är strömförande när solen skiner och det finns ingen metod för att isolera denna ledningar. Så att stänga av omformaren kommer inte att släcka ett DC-ljusbågsfel. Beroende på felets läge kan man använda taket på DC-isolatorn för att isolera felet och släcka bågen, men detta kräver åtkomst till taket och lokalisering av lämplig DC-isolator. Att avbryta ett DC-bågfel med en isolator är inte utan sina egna faror och skulle bara ses som en sista utväg.
Ger strängomformare med inbyggt bågfelsskydd skydd för alla typer av DC-bågfel?NEJ
Det finns några strängomvandlare tillgängliga nu med inbyggd bågfelsdetektering. Dessa upptäcker och isolerar dock INTE alla typer av DC-bågfel som anges ovan.
Omvandlare med inbyggd bågdetekteringsidentitet är ett likströmsbågfel med hjälp av brus på likströmskabeln som produceras av bågen. När en båge har detekterats kommer DC-kretsen vid växelriktaren att isoleras. Detta kommer att släcka a‘serier’ båge men kommer INTE att släcka a‘parallell’ eller‘jord’ felbåge. DC-kablarna under solpanelen och ner till växelriktaren förblir spänningsförande när DC-kretsen är isolerad vid växelriktaren. Ett parallellt eller jordfel fortsätter att bågas på solsystem med hjälp av strängomvandlare med DC-bågfelsskydd.
Uppstår DC-bågfel endast på DC-isolatorer?NEJ
Det finns en vanlig uppfattning bland vissa solinstallatörer att DC-bågfel endast uppstår vid DC-isolatorer. Detta är inte korrekt. DC-ljusbågsfel inträffar överallt där det finns fogar i DC-kablarna, en nedbrytning av kabelkontinuiteten eller en nedbrytning av isoleringen. Detta sker på solmodulerna, DC-kontakterna, DC-kablarna, fogarna i DC-isolatorerna eller inuti växelriktaren.
Är att ta bort DC-isolatorer på taket ett alternativ för att minska DC-bågfel?NEJ
Att inte installera DC-isolatorer på taket kommer säkert att eliminera möjligheten att de misslyckas i framtiden. Den grundläggande elektriska teorin dikterar dock att det är nödvändigt att kunna isolera en elgenerator så nära källan som möjligt. Till exempel, om ett fel inträffar på DC-kablarna i takhålan eller någonstans mellan solmodulerna och strängomvandlaren måste systemet vara försett med ett sätt att stänga av matningen för att isolera felet. Om en person var olycklig att komma i kontakt med DC-ledningar är standard säker räddningsmetod att isolera försörjningen innan du försöker rädda.
Så även om borttagning av DC-isolatorn på taket kan verka som ett enkelt sätt att förhindra att de misslyckas, är det inte praktiskt att lämna systemet utan möjlighet att isolera solpanelen i händelse av ett fel eller en olycka.
Kommer borttagning av DC-isolatorer att förhindra DC-bågfel?NEJ
DC-ljusbågsfel inträffar överallt där det finns fogar i DC-kablarna, en nedbrytning av kabelkontinuiteten eller en nedbrytning av kabelisoleringen. Om en DC-isolator byttes ut mot en kopplingsdosa eller DC-kontaktdon, kommer fel att fortsätta att inträffa vid denna punkt liksom andra punkter i DC-kretsen.
Det mest effektiva tillvägagångssättet för att förhindra DC-bågfel är att eliminera förekomsten av farliga DC-spänningar med hjälp av mikroinverterare eller användning av vissa DC-optimerade system med säker DC.
Ökar sannolikheten för DC-bågfel när solsystem med strängomformare åldras?JA
Sannolikheten för ett DC-bågfel ökar när solsystemen åldras. Detta beror på att fogar i likströmsledningarna korroderar över tid och ökar impedansen, vilket orsakar värme och nedbrytningen av fogens kontinuitet vilket resulterar i ett DC-bågfel. Tätningar på isolatorer, ledningar etc försämras också med tiden, vilket gör att vatten kan öka vilket kan orsaka DC-ljusbågsfel.
Gnagare, insekter, fåglar kan skada isolering, framtida arbeten kan skada isolering eller isolering kan helt enkelt brytas ned över tiden.
Är det sant att så länge ett DC-solsystem är installerat i enlighet med de australiska standarderna (AS5033) och utrustning av god kvalitet och installationsmetoder används, då är systemet‘säker’?NEJ
Det har förekommit många fall av bränder som har startat på grund av utrustning som övervägs‘hög kvalitet’ när den installerades, bara för att ha återkallats av tillverkaren år senare på grund av tillverknings- eller konstruktionsfel. Ofta dyker dessa fel inte upp förrän systemet har varit i drift i flera år.
Att installera solsystem på takar är en svår och ibland farlig uppgift, särskilt i ofta heta och obekväma förhållanden. Dessa förhållanden leder inte till perfekt utförande, och det tar bara ett kortvarigt koncentrationsfel för att inte dra åt en kopplingsdosa eller DC-isolator med rätt vridmoment– som så småningom kommer att misslyckas på grund av vattenintrång. Praktisk erfarenhet är att även den bästa hantverkaren kan göra misstag ibland och med DC-system kan dessa misstag få katastrofala konsekvenser.
De australiska standarderna (särskilt AS5033) sträcker sig mycket för att försöka eliminera alla de troliga orsakerna till DC-bågfel i ett solsystem. Det finns strikta inspektionsregimer (mycket mer än någon vanlig elektrisk installation) och det finns fortfarande många exempel på katastrofala DC-bågfel som uppstår på DC-solsystem varje dag i Australien. Detta ensamma borde svara på frågan om huruvida det är tillräckligt att följa de befintliga australiensiska standarderna för att eliminera DC-bågfel.
Det enda sättet att eliminera risken för DC-bågfel är att eliminera själva den farliga likspänningen från systemet eller använda en teknik som är särskilt utformad för att reducera systemspänningen till säkra nivåer i händelse av ett fel.
Kan regelbundet underhåll förhindra DC-bågfel på solsystem med strängomvandlare och oskyddad DC-kabel?NEJ
Det finns en vanlig uppfattning att om ett DC-solsystem med oskyddad mellanspänning DC-kablar installeras i enlighet med australiska standarder AS5033 och regelbundet underhålls är det helt säkert. Det är inte sant. En solinstallatör kan regelbundet underhålla ett solsystem. Men även den kvällen efter inspektionen eller vilken natt som helst efter inspektionen kan en gnagare, besättning etc bita genom isoleringen av likströmskablarna. När solen stiger börjar solpanelerna producera kraft, de nakna ledarna blir strömförande och orsakar ett DC-ljusbågsfel och byggnadsbrand. Det är praktiskt taget omöjligt för en solinstallatör att kontrollera att alla tätningar är vattentäta och förhindrar att vatten tränger in och att även kontrollera att alla kabelskarvar inte är korroderade och utsätts för hög impedans.
Det finns helt enkelt inget underhållsprogram som kan förhindra DC-ljusbågsfel på solsystem med strängomvandlare och oskyddad DC-kabel.
Uppträder detta bara i Australien?NEJ
USA leder Australien när det gäller att ta itu med detta problem. År 2014 introducerade de via National Electric Code (NEC) snabba avstängningskrav på solmatriser. Detta kopplar från DC-kabeln från taket till växelriktaren när systemet stängs av. Även om detta har hjälpt, har incidenter av DC-bågfel med solpanelen fortsatt. så de planerar nu att införa åtgärder enligt NEC2017 om solpanelnivå snabb avstängning för att begränsa den maximala likspänningen inom matriser till 80V DC eller lägre när systemet stängs av. Den snabba avstängningen av solpanelen ger förbättrad säkerhet för räddningstjänster och alla som kan komma i kontakt med solsystemet.
Storbritannien har erkänt problemet och genomfört en detaljerad utredning av solbränder orsakade av DC-ljusbågsfel.
(Referens från https://www.acsolarwarehouse.com/)
