PV DC Arc-Fault Protection: NEC 690.11 vs IEC 63027

إجابة سريعة

تُعد حماية الأنظمة الكهروضوئية من القوس الكهربائي المستمر وظيفة أمان مخصصة لاكتشاف الأقواس الخطرة في الدوائر الكهروضوئية. ولا يتم توفير هذه الحماية تلقائياً بواسطة المصهرات، أو قواطع الدائرة المصغرة (MCB) للتيار المستمر، أو أجهزة الحماية من زيادة التيار (SPD)، أو مفاتيح العزل، أو أجهزة الحماية من القوس الكهربائي المتردد المنزلية العادية.

المرجعان الأكثر مقارنة يخدمان أغراضاً مختلفة:

المعيار NEC 690.11 هو متطلب ضمن كود التركيبات في أمريكا الشمالية. في إصدارات NEC الحديثة، تتطلب الأنظمة الكهروضوئية ذات دوائر التيار المستمر التي تعمل بجهد 80 فولت أو أكثر بين الموصلات وجود حماية معتمدة من القوس الكهربائي الكهروضوئي، وذلك وفقاً لإصدار NEC المعتمد، والاستثناءات الواردة فيه، والتعديلات المحلية، والسلطة المختصة (AHJ).
المعيار IEC 63027:2023 هو معيار دولي لأداء واختبار المنتجات الخاصة بالمعدات التي تكتشف الأقواس الكهربائية المستمرة في الدوائر الكهروضوئية وتفصلها اختيارياً بجهد يصل إلى 1500 فولت تيار مستمر. وهو في حد ذاته لا يلزم كل دولة أو كل مشروع كهروضوئي بتركيب مثل هذه المعدات.
المعيار UL 1699B هو معيار منتج في أمريكا الشمالية يُستخدم لمعدات الحماية من أعطال القوس الكهربائي للتيار المستمر في الأنظمة الكهروضوئية.

النقطة الهندسية الجوهرية هي:

يمكن أن يحمل القوس الكهربائي المتسلسل تياراً أقل من تيار الحمل التشغيلي العادي. وبالتالي، قد تظل أجهزة الحماية من التيار الزائد القياسية في وضع الإغلاق بينما يستمر القوس في توليد حرارة مركزة.

الوجبات الرئيسية

يوضح الكود الكهربائي الوطني (NEC 690.11) للمصمم متى يتطلب التركيب حماية بموجب إطار عمل الكود الكهربائي الوطني (NEC) المعتمد؛ بينما يوضح معيار (IEC 63027) للمصنع أو المشتري كيفية تصنيف واختبار معدات الكشف عن القوس الكهربائي في الأنظمة الكهروضوئية ضمن نطاق تطبيقها.
تركز معايير الاختبار في المواصفة IEC 63027 على الأقواس الكهربائية المتسلسلة. وهي تعترف بالمعدات المخصصة للكشف فقط، بالإضافة إلى المعدات التي تجمع بين الكشف والقطع.
لا ينبغي اعتماد عاكس شمسي لمجرد وجود اختصار "AFCI" عليه. يجب التأكد من شهادة إدراجه أو معيار الاختبار الخاص به، ونطاق تغطية الدائرة المحمية، ونطاق الجهد/التيار، وعدد السلاسل والقنوات، وطريقة القطع، والبرامج الثابتة (Firmware)، وسلوك إعادة التوصيل.
قد يؤدي فصل مدخل العاكس إلى إخماد القوس المتسلسل في مسار التيار المراقب، لكنه لا يضمن إخماد كل قوس محتمل من النوع المتوازي أو المرتبط بالأرض. يجب أن تتوافق بنية الحماية مع نوع العطل.
تظل عمليات توصيل الموصلات، وجودة الكبس (Crimp)، وعزم ربط الأطراف، ودعم الكابلات، والحماية من دخول المياه، وسجلات التشغيل أموراً جوهرية. لا يمكن للإلكترونيات الخاصة بكشف أقواس الأعطال أن تعوض عن سوء ممارسات التركيب في الأنظمة الكهروضوئية.

ما هو قوس العطل في التيار المستمر للأنظمة الكهروضوئية؟

القوس الكهربائي هو تفريغ كهربائي مستمر ذاتياً عبر غاز متأين. في المصفوفة الكهروضوئية، يحافظ ضوء الشمس على تنشيط الألواح، ولا يمتلك تيار التيار المستمر نقطة عبور طبيعية للصفر كما هو الحال في موجة التيار المتردد. بمجرد استقرار القوس، يمكنه الاستمرار في تسخين منطقة صغيرة من الموصل، أو الموصل الكهربائي، أو الطرف، أو صندوق التوصيل، أو اللوح.

تشمل نقاط البدء الشائعة ما يلي:

موصل غير مثبت بالكامل في مكانه؛;
نقاط تلامس ناتجة عن مجموعات موصلات غير معتمدة؛;
عملية كبس (تجعيد) غير صحيحة أو غير مكتملة؛;
طرف توصيل مرتخٍ في صندوق التجميع أو مفتاح العزل؛;
موصل مكسور بسبب الانحناء أو الاهتزاز أو ضعف دعم الكابلات؛;
عزل تالف ناتج عن الاحتكاك أو القوارض أو التعرض للأشعة فوق البنفسجية أو أعمال التركيب؛;
رطوبة أو تلوث أو تآكل حول نقطة التوصيل؛;
وصلة لحام تالفة، أو طرف توصيل وحدة، أو صندوق توصيل، أو وصلة صمام ثنائي تجاوزي (bypass-diode).

قد يستمر النظام في توليد الطاقة بينما يتفاقم العطل. وهذا يجعل الحماية من أخطاء القوس الكهربائي وسيلة للتحكم في مخاطر الحريق بدلاً من أن تكون بديلاً عن الحماية العادية من الحمل الزائد.

القوس الكهربائي المتسلسل مقابل القوس الكهربائي المتوازي مقابل خطأ التأريض

أنواع الأعطال هذه مترابطة ولكنها ليست قابلة للتبديل.

نوع العطل	المسار الحالي	المنشأ النموذجي	لماذا قد تستجيب أو لا تستجيب وسائل الحماية التقليدية	استجابة التصميم الرئيسية
القوس الكهربائي المتسلسل	عبر انقطاع في مسار التيار المقصود	موصل مرتخٍ، خيط مكسور، كبس رديء، طرف توصيل مرتخٍ	تيار القوس محدود بواسطة السلسلة والحمل؛ وقد يظل أقل من تيار الفصل للمنصهر أو القاطع	كشف مخصص للقوس المتسلسل وطريقة مقاطعة مختبرة
قوس متوازٍ	بين موصلات ذات جهود كهربائية مختلفة	انهيار العزل، تلف الموصلات الموجبة والسالبة، التلوث	قد يكون التيار مرتفعاً، لكن قيمته تعتمد على طوبولوجيا المصفوفة ومسارات المصدر المتاحة	الحماية من التيار الزائد، وحماية العزل/الخطأ الأرضي، والفصل، وقطع التيار الخاص بالأعطال
خطأ أرضي	من موصل حي إلى معدن مؤرض أو مسار أرضي	كابل تالف، تسرب مياه، عزل مقروص	قد يكون تيار العطل محدوداً أو موزعاً بطرق لا تؤدي إلى تشغيل جهاز حماية التيار الزائد (OCPD) التقليدي	الكشف عن الخطأ الأرضي، ومراقبة العزل، والربط، والفصل المناسب

يهتم المعيار NEC 690.11 ونطاق اختبار المعيار الدولي IEC 63027 بشكل أساسي بالأعطال الناتجة عن خلل في الاستمرارية المقصودة لدائرة التيار المستمر الكهروضوئية: الأقواس الكهربائية المتسلسلة.

هذا الحد مهم. أظهرت أبحاث من مختبرات سانديا أن الأقواس الكهربائية المتسلسلة والمتوازية يمكن أن تنتج بصمات تردد عالي متشابهة، ومع ذلك قد يختلف إجراء القطع الصحيح. فتح مسار تيار متسلسل يؤدي إلى إخماد ذلك القوس المتسلسل. أما القوس المتوازي فقد يظل مفعلاً من مسارات مصفوفة أخرى، وقد تؤدي الاستجابة غير المناسبة إلى إعادة توجيه التيار عبر العطل. لذلك، لا ينبغي للنظام أن يدعي توفير حماية أوسع من الأقواس الكهربائية ما لم يتم تقييم تلك الوظيفة بشكل محدد.

لماذا قد لا يتمكن مصهر التيار المستمر أو قاطع الدائرة المصغر (MCB) للتيار المستمر من إخماد قوس كهربائي متسلسل

تعمل أجهزة الحماية من التيار الزائد عندما يتجاوز التيار عتبة زمنية محددة. يضيف القوس الكهربائي المتسلسل معاوقة إلى المسار الطبيعي، وبدلاً من زيادة التيار، فإنه غالباً ما يؤدي إلى خفضه.

لنفترض وجود سلسلة تحمل تياراً قدره 9 أمبير في التشغيل العادي. إذا بدأ موصل تالف في إحداث قوس كهربائي على التوالي، فقد يظل التيار قريباً من مستوى التشغيل أو أقل منه بدلاً من الارتفاع فوق عتبة مصهر السلسلة أو القاطع. ومع ذلك، يمكن لفجوة القوس الصغيرة أن تولد درجة حرارة محلية كافية لتفحيم العزل أو إشعال المواد البوليمرية المجاورة.

لهذا السبب لا توفر الأجهزة التالية حماية تلقائية ضد القوس الكهربائي المتسلسل:

الجهاز	الوظيفة الأساسية	لماذا لا يعتبر كاشف قوس كهربائي لأنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية (PV)
مصهر gPV	يحمي موصلات ووحدات الطاقة الشمسية الكهروضوئية من ظروف التيار الزائد المحددة	قد لا يؤدي القوس الكهربائي المتسلسل إلى تيار زائد كافٍ
قاطع دائرة مصغر (MCB) أو قاطع دائرة مصبوب (MCCB) للتيار المستمر	يفتح دائرة التيار الزائد وقصر الدائرة ضمن نطاق تطبيق التيار المستمر المقنن الخاص به	لا تقوم تقنية الاستشعار الحراري المغناطيسي أو الإلكتروني للتيار الزائد بتحديد بصمة القوس الكهربائي تلقائياً
الحزب الديمقراطي الاجتماعي	يقوم بتحويل طاقة الجهد الزائد العابر	لا يقوم بتحليل ضوضاء تيار السلسلة بشكل مستمر للكشف عن الأقواس الكهربائية المتسلسلة
عازل تيار مستمر	يوفر وظيفة التبديل أو العزل ضمن تصنيفه المعلن	يتطلب أمراً تشغيلياً ولا يكتشف القوس الكهربائي في الظروف العادية
كاشف خطأ التأريض	يحدد التيار غير المقصود المتجه إلى الأرض أو تدهور العزل	قد لا يؤدي انقطاع التوصيل على التوالي بين الموصلات إلى حدوث تيار أرضي
قاطع دائرة خطأ القوس (AFDD/AFCI) للتيار المتردد	يكتشف بصمات القوس المحددة في دوائر التيار المتردد النهائية	خوارزميات ومعايير منتجات التيار المتردد السكنية لا تحدد أداء التيار المستمر في الأنظمة الكهروضوئية

تظل هذه الأجهزة ضرورية حيثما يتطلب التصميم ذلك. حماية خطأ القوس هي طبقة تنسيق إضافية، وليست بديلاً عن حماية دوائر التيار المستمر المخصصة للأنظمة الكهروضوئية, ، أو الصمامات، أو الحماية من زيادة التيار، أو العزل الآمن.

ما تتطلبه المادة 690.11 من الكود الكهربائي الوطني (NEC)

المادة 690.11 من الكود الكهربائي الوطني (NEC) تحمل عنوان حماية دوائر خطأ القوس الكهربائي (التيار المستمر). بموجب الصياغة المستخدمة في دورات الكود الكهربائي الوطني (NEC) الأخيرة، فإن الأنظمة الكهروضوئية ذات دوائر التيار المستمر التي تعمل بجهد 80 فولت تيار مستمر أو أكثر بين أي موصلين تتطلب قاطع دائرة خطأ القوس الكهربائي الكهروضوئي المدرج أو مكونات نظام مدرجة توفر حماية مكافئة.

من المتوقع أن يقوم النظام المحمي باكتشاف وقطع القوس الكهربائي الناتج عن فقدان الاستمرارية المقصودة في موصل أو وصلة أو وحدة أو أي مكون آخر من مكونات التيار المستمر الكهروضوئية.

المادة 690.11 من الكود الكهربائي الوطني (NEC) هي قاعدة تركيب

يعتمد أثرها القانوني على:

إصدار الكود الوطني للكهرباء (NEC) المعتمد من قبل الولاية أو المدينة أو مرفق الكهرباء أو أي سلطة أخرى؛;
التعديلات المحلية؛;
ما إذا كانت دائرة التيار المستمر (DC) موجودة على مبنى أو داخله أو مرتبطة به وفقاً لما يتناوله ذلك الإصدار؛;
ما إذا كان الاستثناء المذكور ينطبق على المسار والمرفق المحددين؛;
قائمة المعدات وتعليمات التركيب؛;
قبول السلطة المختصة (AHJ) للتصميم المقدم.

تتضمن نصوص الكود الحديثة استثناءات لدوائر الطاقة الكهروضوئية (PV) المحددة الموجودة خارج مبانٍ معينة أو المرتبطة بظروف مبانٍ خاصة، وذلك عند تركيب الموصلات باستخدام طرق تمديد معدنية مؤهلة أو تحت الأرض. لقد تغيرت الصياغة عبر دورات الكود المختلفة. لا تقم بنسخ استثناء من ملاحظة رسم قديم إلى مشروع جديد دون التحقق من الإصدار المعتمد محلياً.

قد تخضع محطات إمداد الطاقة الكهروضوئية واسعة النطاق أيضاً لأحكام إضافية في المادة 691 ومتطلبات خاصة بالمشروع للحد من الحرائق. إن وصف "مثبتة على الأرض" وحده لا يكفي لتحديد الامتثال.

NEC 690.11 ليست قاعدة الإغلاق السريع

يتناول NEC 690.11 و NEC 690.12 مخاطر مختلفة:

الحماية من خطأ القوس الكهربائي تكتشف أقواس الانقطاع الخطرة وتبدأ في عملية الفصل.
الإغلاق السريع يتحكم في جهد الموصلات حول المصفوفات الموجودة على المباني لتقليل تعرض المستجيبين للصدمات الكهربائية.

قد يشارك منتج واحد في كلتا الوظيفتين، لكن الامتثال لقسم واحد لا يثبت تلقائياً الامتثال للقسم الآخر.

ما يغطيه معيار IEC 63027:2023 فعلياً

المعيار IEC 63027:2023, أنظمة الطاقة الكهروضوئية – الكشف عن القوس الكهربائي المستمر وقطعه, ، ينطبق على المعدات المستخدمة للكشف عن الأقواس الكهربائية المستمرة في دوائر الأنظمة الكهروضوئية وقطعها اختيارياً.

يحدد نطاقها المنشور ثلاثة حدود هامة:

توفر إجراءات اختبار للكشف عن الأقواس الكهربائية المتسلسلة في الدوائر الكهروضوئية.
تتناول استجابة المعدات المستخدمة لقطع تلك الأقواس.
تغطي المعدات المتصلة بالأنظمة الكهروضوئية بجهد دائرة مصدر كهروضوئي أقصى لا يتجاوز 1500 فولت تيار مستمر.

هذا معيار للمنتج، وليس تفويضاً عالمياً للتركيب. تحدد قواعد التمديدات الوطنية، وقوانين البناء، ومواصفات المناقصات، ومتطلبات شركات التأمين، أو السلطات المحلية ما إذا كان يجب تركيب أجهزة الحماية من القوس الكهربائي وأين يتم ذلك.

AFD و AFI و AFPE

تفصل مصطلحات اللجنة الكهروتقنية الدولية (IEC) بين وظائف الاستشعار والقطع:

مصطلح	المعنى	الوظيفة
AFD	كاشف القوس الكهربائي	يكتشف القوس الكهربائي ويولد الإشارة أو الأمر ذي الصلة
AFI	قاطع القوس الكهربائي	يستقبل أمراً ويقطع مسار تيار القوس الكهربائي
AFPE	معدات الحماية من أعطال القوس الكهربائي	يجمع بين كشف القوس الكهربائي وقطعه كوظيفة حماية متكاملة
AFS	مستشعر أعطال القوس الكهربائي	عنصر استشعار أو قناة مرتبطة ببنية الكشف

يمنع هذا التمييز خطأ شائعاً في الشراء: وهو يمكن لجهاز كشف القوس الكهربائي (AFD) اكتشاف القوس دون مقاطعته بشكل مستقل.. إذا كان المنتج مخصصاً للكشف فقط، فيجب على المشروع تحديد جهاز كشف القوس (AFI) المتوافق، ورابط الاتصال، وسلوك الأمان عند الفشل (fail-safe)، والنظام الكامل المعتمد.

التصنيف ونطاق التغطية أمران جوهريان.

يهدف تصنيف IEC 63027 إلى وصف خصائص التركيب العملية، بما في ذلك:

نطاق الحماية داخل النظام الكهروضوئي (PV).;
التنفيذ المدمج، أو المستقل، أو الموزع.;
وظيفة الكشف فقط مقابل وظيفة الكشف والمقاطعة.;
الحد الأقصى لسلاسل الألواح والمداخل التي يتم مراقبتها.;
عدد وتوزيع قنوات الكشف أو المستشعرات؛;
طريقة إعادة التوصيل بعد التشغيل.

يمكن لجهازي عاكس (Inverter) الإعلان عن توافقهما مع معيار "IEC 63027 للكشف عن القوس الكهربائي" بينما يغطيان أعداداً مختلفة من السلاسل، أو مقاطع موصلات مختلفة، أو وظائف فصل مختلفة. يجب الحصول على التصنيف وأدلة الاختبار للطراز وإصدار البرنامج الثابت (Firmware) المحدد بدلاً من اعتماد كتيبات تعريفية على مستوى العائلة.

معيار NEC 690.11 مقابل IEC 63027 مقابل UL 1699B

البند	المعيار NEC 690.11	المعيار UL 1699B	المعيار IEC 63027:2023
دور الوثيقة	متطلبات كود التركيبات الكهربائية	معيار سلامة المنتجات في أمريكا الشمالية	معيار أداء واختبار المنتجات الدولي
الاستخدام الرئيسي	يحدد متى تكون حماية أعطال القوس الكهربائي للتيار المستمر (PV DC) المدرجة مطلوبة في نطاق اختصاصات الكود الكهربائي الوطني (NEC) المعتمدة	يدعم تقييم/إدراج معدات حماية دوائر أعطال القوس الكهربائي للتيار المستمر (PV DC)	يصنف ويختبر معدات الكشف عن القوس الكهربائي للتيار المستمر (PV DC) ومعدات الفصل الاختيارية
الأثر القانوني	يتم إنفاذه عند اعتماده، ويتم تفسيره من قبل السلطة المختصة (AHJ)	ذو صلة من خلال الإدراج والمواصفات وقبول الكود	يصبح ذا صلة تعاقدية أو قانونية عند اعتماده من قبل سوق أو قاعدة تركيب أو مواصفات مشروع
حدود الجهد الكهربائي	تستخدم الإصدارات الحديثة 80 فولت تيار مستمر أو أكثر بين الموصلات، وذلك حسب الإصدار والاستثناءات	استخدم النطاق والتصنيفات المدرجة للمنتج	المعدات المتصلة بدوائر مصدر الطاقة الكهروضوئية حتى 1500 فولت تيار مستمر
التركيز الرئيسي على الأعطال	القوس الكهربائي المتسلسل الناتج عن فشل الاستمرارية المقصودة	الحماية من قوس الخطأ في دوائر التيار المستمر الكهروضوئية ضمن نطاق المعيار	إجراءات الاختبار للكشف عن القوس المتسلسل واستجابة الفصل
الفصل (القطع)	مطلوب كجزء من نتيجة الحماية	تم تقييمه كجزء من وظيفة الحماية المدرجة	اختياري في نطاق المعدات: قد يقتصر جهاز كشف القوس الكهربائي (AFD) على الكشف فقط؛ بينما يتضمن جهاز حماية القوس الكهربائي (AFPE) خاصية الفصل
أدلة المشروع	الكود المعتمد، المخططات، المعدات المدرجة، التعليمات، وموافقة السلطة المختصة (AHJ)	سجل الإدراج/الشهادة وعلامات الطراز	التصنيف، شهادة/أدلة الاختبار، التقييمات، البرامج الثابتة، وقيود التركيب

تحدد UL Solutions معيار UL 1699B كمعيار لحماية دوائر القوس الكهربائي للتيار المستمر في الأنظمة الكهروضوئية. لذا، يجب أن يكون الادعاء بـ "مطابقة NEC 690.11" مدعوماً بالإدراج المناسب أو بمكونات النظام المدرجة المكافئة، وليس فقط بخوارزمية داخلية للكشف عن القوس الكهربائي.

معيار IEC 63027 ليس هو معيار IEC 62606

المصطلحات المتشابهة قد تضلل المشترين:

IEC 62606 يتناول أجهزة الكشف عن أخطاء القوس الكهربائي (AFDDs) للدوائر المنزلية وما يماثلها من دوائر التيار المتردد ضمن نطاقه.
معيار IEC 63027 يتناول معدات الكشف عن القوس الكهربائي للتيار المستمر ومقاطعته لأنظمة الطاقة الكهروضوئية.

جهاز AFDD للتيار المتردد السكني الذي تم اختباره وفقاً لمعيار IEC 62606 ليس مناسباً تلقائياً لسلسلة كهروضوئية بجهد 1000 فولت أو 1500 فولت. إذ تختلف أشكال الموجات، وسلوك المصدر، وضوضاء التبديل، ونظام العزل، والظروف البيئية، ومشكلات المقاطعة.

بالنسبة لفئة أجهزة الدوائر النهائية للتيار المتردد، راجع دليل VIOX المنفصل حول حماية AFDD وفقاً لمعيار IEC 62606.

أين يمكن وضع حماية القوس الكهربائي لأنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية

يعتمد الموقع الصحيح على نطاق الحماية المختبر، وطوبولوجيا المصفوفة، وعدد السلاسل، وطريقة الفصل.

الحماية المدمجة في العاكس (Inverter)

يقوم الكاشف بتحليل مدخل واحد أو أكثر من مدخلات التيار المستمر (DC)، ويقوم العاكس أو مفاتيح الفصل المرتبطة به بقطع مسار التيار بعد الاكتشاف.

المزايا

عدد أقل من المكونات الخارجية؛;
إمكانية الوصول إلى بيانات تتبع نقطة الطاقة القصوى (MPPT) وبيانات التيار؛;
قد تتوفر ميزات تسجيل الأحداث والتشخيص عن بُعد؛;
شائعة في تصميمات العواكس السلسلية (String-inverters).

أسئلة يجب حلها

كم عدد السلاسل التي يمكن توصيلها بكل مدخل مراقب؟
هل تتم مراقبة كل سلسلة بشكل مستقل أم يتم دمج عدة سلاسل قبل مستشعر واحد؟
هل يؤدي فتح مدخل العاكس إلى فصل الطاقة عن القسم المحمي بالكامل؟
هل تعتمد الوظيفة على إصدار معين من البرامج الثابتة أو إعداد محدد؟
ما هو مقطع الكابل بين المصفوفة وصندوق التجميع والعاكس الذي يقع ضمن نطاق التغطية المختبر؟

الحماية على مستوى صندوق التجميع أو السلسلة

يمكن أن يؤدي الكشف الأقرب إلى المصفوفة إلى تحسين تحديد موقع العطل وتقليل عدد السلاسل التي تمثلها قناة استشعار واحدة. يمكن دمج جهاز كشف القوس الكهربائي (AFD) أو معدات الحماية من القوس الكهربائي (AFPE) في صندوق تجميع الخلايا الكهروضوئية أو يتم تركيبها كمعدات مخصصة لسلسلة الألواح.

يجب أن تأخذ هذه البنية في الاعتبار ما يلي:

عدد السلاسل المتوازية؛;
التيار المتدفق من السلاسل السليمة باتجاه العطل؛;
توزيع المستشعرات واستقلالية القنوات؛;
جهد القطع للتيار المستمر وقطبيته؛;
درجة الحرارة المحيطة وحماية الغلاف؛;
فشل الاتصالات والطاقة المساعدة؛;
التنسيق مع مصهرات السلسلة (string fuses)، وفواصل التيار، وأدوات التحكم في العاكس.

لا يصبح صندوق التجميع القياسي صندوقاً للحماية من أخطاء القوس الكهربائي (AFPE) لمجرد احتوائه على مصهرات، وجهاز حماية من زيادة التيار (SPD)، ومفتاح تيار مستمر.

الحماية على مستوى اللوح أو الحماية الموزعة.

يمكن لأجهزة الاستشعار أو القواطع الموزعة تضييق نطاق منطقة الحماية وتحسين تحديد المواقع. كما أنها تزيد من عدد المكونات، والتعرض على الأسطح، وتعقيد الاتصالات، واعتبارات الاستبدال.

يجب أن يتحقق المشروع مما يحدث في الحالات التالية:

فقدان جهاز لوح واحد للطاقة أو الاتصال؛;
فتح جزء فقط من السلسلة؛;
عدم توفر وحدة التحكم المركزية؛;
تختلف إصدارات البرامج الثابتة (Firmware) عبر الأجهزة؛;
يظل العطل المتوازي مكهرباً من السلاسل المجاورة.

تنسيق قواطع دوائر كشف أعطال القوس الكهربائي (AFCI) مع المصهرات والقواطع وأجهزة الحماية من زيادة التيار (SPDs) والمفصلات.

يخصص تصميم الحماية الكامل للتيار المستمر في الأنظمة الكهروضوئية وظيفة واحدة لكل طبقة حماية.

طبقة الحماية	الكشف أو التحكم	مسألة التنسيق
مصهر السلسلة (String fuse)	التيار العكسي وظروف التيار الزائد المحددة	هل يتوافق تصنيفها مع الحد الأقصى لتصنيف مصهر السلسلة للوحدة وتيار السلسلة المتوازية؟
قاطع التيار المستمر	الحماية من الحمل الزائد/قصر الدائرة والتبديل عند التصريح بذلك	هل هو مصنف لجهد التيار المستمر الكهروضوئي، والقطبية، وتيار العطل، وواجب الزمن-التيار؟
الحزب الديمقراطي الاجتماعي	الجهد الزائد الناجم عن الصواعق والتبديل	هل جهاز الحماية من زيادة التيار (SPD) مناسب لهيكلية جهد النظام الكهروضوئي وترتيب التأريض؟
عازل تيار مستمر	التبديل/العزل اليدوي أو المأمور به	هل يمكنه قطع حمل التيار المستمر المعلن عنه، وهل هو مدرج في مسار قطع معدات الحماية من القوس الكهربائي (AFPE)؟
مراقبة خطأ الأرضي/العزل	التسرب أو تدهور العزل	ما هي الأعطال التي تظل غير مكتشفة في المصفوفات غير المؤرضة أو المؤرضة وظيفياً؟
جهاز كشف القوس الكهربائي (AFD/AFPE)	بصمة القوس المتسلسل واستجابة الفصل المختبرة	ما هي أقسام الدائرة، وعدد السلاسل، ونطاق التشغيل، وسيناريوهات الأعطال التي يتم تغطيتها؟

قد يقوم جهاز كشف القوس الكهربائي (AFPE) بإصدار أمر إلى عاكس، أو موصل كهربائي (كونتاكتور)، أو مفتاح الحالة الصلبة، أو جهاز عزل تيار مستمر (DC) مخصص للأنظمة الكهروضوئية لقطع مسار التيار المتسلسل. يجب أن يكون الجهاز المنفذ جزءاً من البنية المقيمة. إن إضافة ملحق فصل تحويلي (shunt-trip) إلى قاطع تيار مستمر غير ذي صلة لا يؤسس بحد ذاته توافقاً مع معايير IEC 63027 أو UL 1699B.

كيف تتسبب الموصلات والنهايات الكهروضوئية في حدوث أقواس متسلسلة

تعتبر موصلات الطاقة الشمسية الكهروضوئية (PV) نقاط قلق متكررة لأنها تجمع بين واجهة تلامس صغيرة ودورات درجات الحرارة الخارجية، والرطوبة، وحركة الكابلات، وعمر الخدمة الطويل.

التزاوج المتقاطع بين العلامات التجارية للموصلات

المنتجات الموصوفة بأنها "متوافقة مع MC4" ليست بالضرورة مؤهلة كزوج موصل واحد. فقد تختلف هندسة التلامس، والطلاء، وقوة الزنبرك، وضغط السدادة، والتفاوتات المسموح بها، وأبعاد غدة الكابل، وأدوات التجميع. استخدم مجموعات الموصلات المسموح بها من قبل وثائق الوحدة والموصل والمشروع.

الكبس (الضغط) غير الصحيح

القوالب الخاطئة، أو الأدوات البالية، أو طول التجريد غير الصحيح، أو حجم الكابل غير المدعوم، أو الموصل غير المدخل بالكامل يمكن أن يترك وصلة ذات مقاومة عالية. اختبار السحب وحده لا يثبت انخفاض المقاومة الكهربائية، بينما الاختبار الكهربائي وحده لا يثبت التماسك الميكانيكي. اتبع عملية التجميع والفحص الكاملة الخاصة بالشركة المصنعة للموصل.

الأطراف المرتخية والكابلات التالفة

يمكن أن تطور أطراف التجميع، وحوامل الصمامات، ومفاتيح التيار المستمر (DC)، ومداخل العاكس وصلات ضعيفة عند إعداد الموصل، أو عزم الدوران، أو تخفيف الضغط بشكل خاطئ. يمكن أن يؤدي تآكل الكابلات تحت الوحدات إلى حدوث انقطاعات متسلسلة وأعطال في العزل.

لذا، فإن الوقاية الجيدة من أخطاء القوس الكهربائي تبدأ قبل الإلكترونيات:

استخدم مجموعات الموصلات الموثقة؛;
استخدم أدوات كبس معايرة ومحددة؛;
التزم بقيم عزم دوران الأطراف المحددة في المكون الفعلي؛;
قم بدعم الكابلات بعيداً عن الحواف الحادة والمياه الراكدة؛;
حافظ على نصف قطر الانحناء وتخفيف الضغط؛;
سجل تفاصيل تركيب السلاسل والموصلات؛;
افحص التعديلات والموصلات البديلة بنفس دقة التركيب الأصلي.

تشغيل نظام الحماية من القوس الكهربائي في الأنظمة الكهروضوئية (PV)

يجب أن يثبت التشغيل التجريبي كلاً من وظيفة الحماية وسياق التركيب دون التسبب في حدوث قوس كهربائي غير متحكم فيه.

السجل:

أرقام طرازات العاكس (Inverter)، وجهاز كشف الأعطال القوسية (AFD)، ومؤشر الأعطال القوسية (AFI)، ومعدات الحماية من الأعطال القوسية (AFPE)؛;
التصنيف أو معيار اللجنة الكهروتقنية الدولية (IEC) ومرجع الشهادة؛;
البرامج الثابتة (Firmware) وإعدادات الحماية المفعلة؛;
أقصى جهد للدائرة المفتوحة للسلسلة بعد التصحيح؛;
نطاق تيار التشغيل وعدد السلاسل لكل مدخل؛;
تعيين المستشعر/القناة؛;
مقاطع الموصلات الوقائية؛;
جهاز الفصل ومسار التحكم؛;
الإنذار، وسجل الأحداث، والاتصالات، وسلوك إعادة الضبط؛;
عائلات الموصلات، وأدوات الكبس، وسجلات عزم الدوران، ونتائج الفحص.

استخدم فقط طريقة الاختبار الوظيفي أو التشغيل المعتمدة من قبل الشركة المصنعة. لا تقم بإنشاء قوس كهربائي مستمر (DC) مرتجل لإثبات التشغيل. يجب أن يتبع اختبار مقاومة العزل والاستمرارية أيضاً تعليمات العاكس، والمحسن، وجهاز الحماية من زيادة التيار (SPD)، وجهاز الحماية من أعطال القوس الكهربائي (AFPE) حتى لا يتم تطبيق جهد الاختبار عبر الإلكترونيات المتصلة التي لا تتحمله.

استكشاف أخطاء رحلات جهاز الحماية من أعطال القوس الكهربائي (AFCI) في الأنظمة الشمسية وإصلاحها

يجب التعامل مع رحلة عطل القوس الكهربائي على أنها خلل حقيقي محتمل في التوصيلات حتى يثبت التحقيق خلاف ذلك. إعادة الضبط المتكررة دون فحص قد تؤدي إلى إعادة تنشيط توصيلة تالفة.

ابدأ بالأدلة، وليس بتعطيل الإعدادات.

يجب على الموظفين المؤهلين مراجعة:

رمز الحدث الدقيق والطابع الزمني؛;
مدخل MPPT أو السلسلة أو القناة أو المستشعر المتأثر؛;
جهد التيار المستمر والتيار قبل التشغيل؛;
ظروف الطقس والإشعاع الشمسي؛;
أحداث تبديل العاكس أو الشبكة أو الاتصالات؛;
أعمال الصيانة الأخيرة أو استبدال الوحدات أو أعمال الكابلات؛;
سجل الخطأ نفسه سواء كان ينتقل بين القنوات أو يبقى في سلسلة واحدة.

ثم اتبع عملية العزل والتشخيص الخاصة بالشركة المصنعة للمعدات. افحص الموصلات، والوصلات المجعدة، والأطراف، ومسارات الكابلات، وتسرب المياه، ونقاط التآكل، ومكونات صندوق التجميع، وفواصل التيار المستمر. إن غياب آثار الاحتراق المرئية لا يثبت عدم حدوث قوس كهربائي متقطع.

مصادر التشغيل غير المرغوب فيه

يجب أن تميز خوارزميات الكشف بين ضوضاء القوس الكهربائي والسلوك الطبيعي عالي التردد. قد تشمل الظروف الصعبة ما يلي:

أطياف تبديل العاكس؛;
انتقالات تشغيل تتبع نقطة الطاقة القصوى (MPPT)؛;
مسارات كابلات التيار المستمر الطويلة والاقتران بين السلاسل المتجاورة؛;
محولات التيار المستمر/التيار المستمر أو إلكترونيات الطاقة على مستوى الوحدة؛;
التداخل الكهرومغناطيسي الخارجي؛;
الموصلات غير المستقرة التي تولد ضوضاء متقطعة حقيقية قبل حدوث تلف مرئي؛;
التخصيص غير الصحيح للمستشعر أو تكوين السلسلة غير المدعوم؛;
البرامج الثابتة (Firmware) القديمة أو غير المتوافقة.

الإجراء التصحيحي ليس خفض الحساسية أو تعطيل قاطع دائرة خطأ القوس (AFCI) تلقائياً. يجب أولاً إزالة العيوب المادية، والتحقق من تكوين المصفوفة المدعوم، وتطبيق البرامج الثابتة والإعدادات المعتمدة من الشركة المصنعة فقط.

قائمة التحقق من مشتريات قاطع دائرة خطأ القوس (AFCI) ومعدات الحماية من خطأ القوس (AFPE) للطاقة الشمسية

سؤال المشتري	الأدلة المطلوبة
ما هو متطلب السوق الذي يتم تلبيته؟	اعتماد بند وقائمة NEC، أو تصنيف/أدلة اختبار IEC 63027، أو متطلبات التركيب المحلية المحددة
هل المنتج عبارة عن جهاز كشف أعطال القوس (AFD) أم معدات حماية من أعطال القوس كاملة (AFPE)؟	مخطط وظيفي يحدد الكاشف، والقاطع، ومسار الاتصال، والطاقة المساعدة
ما هو قسم الدائرة الذي تتم حمايته؟	مخطط التغطية من الوحدات النمطية عبر المجمع ومدخلات العاكس
ما هي الحدود الكهربائية؟	أقصى جهد كهروضوئي، نطاق جهد الدائرة المفتوحة (Voc)، نطاق جهد نقطة الطاقة القصوى (Vmpp)، تيار القصر (Isc)، تيار نقطة الطاقة القصوى (Impp)، القطبية، وخفض التصنيف البيئي
كم عدد السلاسل والمداخل المدعومة؟	الحد الأقصى للسلاسل لكل مدخل، وعدد المداخل لكل مستشعر، وعدد القنوات المستقلة
كيف يتم إخماد القوس الكهربائي؟	نوع قاطع دائرة خطأ القوس (AFI)، وتصنيف فصل التيار المستمر، ومسار الأوامر، وسلوك حالة الفشل
ما هو نوع الخطأ الذي يتم اختباره؟	نطاق اختبار القوس المتسلسل بالإضافة إلى أي وظائف مقيمة بشكل منفصل للقوس المتوازي أو خطأ الأرضي
كيف يتم التحكم في إعادة التوصيل؟	قواعد التشغيل اليدوي/التلقائي، وسلوك القفل، ومتطلبات الفحص، والاحتفاظ بسجلات الأحداث
هل يؤثر البرنامج الثابت (Firmware) على الامتثال؟	إصدار البرنامج الثابت المعتمد، وسياسة التحكم في التغيير، وإجراءات التحديث، وقيود الإعدادات
كيف يتم التعامل مع الأحداث المزعجة (الإنذارات الكاذبة)؟	اختبارات التوافق الكهرومغناطيسي (EMC)، والطوبولوجيا المدعومة، وسجلات التشخيص، وإجراءات الخدمة، والدعم الفني
ما هي الشهادات السارية؟	رقم الشهادة، والجهة المصدرة، والطراز الدقيق، وموقع التصنيع إن وجد، والحالة الحالية
كيف سيتم تشغيل النظام (التكليف)؟	إجراءات الاختبار المعتمدة، والسجلات، والإنذارات، والاتصالات، وتعليمات الصيانة

تجنب المواصفات التي تكتفي بعبارة "يجب أن يشتمل العاكس على قاطع دائرة خطأ القوس الكهربائي (AFCI)". فهذه العبارة لا تحدد المعيار، أو المنطقة المحمية، أو عدد السلاسل المراقبة، أو وظيفة الفصل، أو أدلة القبول.

أخطاء المواصفات الشائعة

التعامل مع المعيارين NEC 690.11 و IEC 63027 كوثيقتين متكافئتين

أحدهما عبارة عن بند في كود التركيبات، والآخر معيار لأداء المنتج واختباره. قد يشير المشروع إلى كليهما، لكنهما يجيبان على أسئلة مختلفة.

افتراض أن الكشف يتضمن دائماً الفصل (القطع)

يسمح معيار IEC 63027 بمعدات الكشف فقط ضمن نطاقه. تأكد مما إذا كان النظام المورد هو جهاز كشف قوس كهربائي (AFD) أو معدات حماية كاملة من القوس الكهربائي (AFPE).

احتساب مداخل التيار المستمر للمحول فقط

لا يثبت عدد المداخل المادية عدد مستشعرات القوس المستقلة أو السلاسل المراقبة. احصل على التصنيف وخريطة القنوات.

استخدام قاطع تيار مستمر قياسي كـ “قاطع دائرة خطأ القوس الشمسي” (Solar AFCI)”

لا يمكن لقاطع التيار المستمر تنفيذ أمر الفصل إلا إذا كان مناسباً لتلك الوظيفة ومدمجاً في نظام تم تقييمه. عنصر التيار الزائد العادي فيه لا يكتشف قوس التسلسل تلقائياً.

تعطيل الحماية بعد تكرار عمليات الفصل

قد يؤدي وجود خلل في الموصل أو الكابل بشكل متقطع إلى إنتاج إشارات تشبه القوس الكهربائي قبل أن تصبح أضرار الحرارة واضحة. افحص الدائرة والتكوين المدعوم قبل تغيير إعدادات الحماية.

الخلط بين خطأ القوس الكهربائي ووميض القوس الكهربائي

تهدف حماية القوس الكهربائي في الأنظمة الكهروضوئية إلى اكتشاف الأقواس غير المقصودة والمستمرة التي يمكن أن تسبب حريقاً. بينما يعالج تحليل وميض القوس الكهربائي الطاقة الحرارية الناتجة وتعرض العاملين للخطر أثناء الأعطال عالية الطاقة. كلاهما يتعلق بفيزياء الأقواس الكهربائية ولكنهما ليسا نفس الدراسة أو وظيفة الحماية.

الأسئلة الشائعة

هل تتطلب المواصفة IEC 63027 وجود قاطع دائرة خطأ القوس (AFCI) في كل تركيب شمسي؟

لا. المواصفة IEC 63027 هي معيار لاختبار المنتج والأداء. تأتي متطلبات التركيب من القواعد الوطنية، والأكواد المحلية، ومواصفات المشروع، وشركات التأمين، أو السلطات المختصة (AHJs).

هل جهاز كشف خطأ القوس (AFDD) المتوافق مع IEC 62606 مناسب لسلسلة التيار المستمر (DC) في الأنظمة الكهروضوئية؟

ليس بناءً على المواصفة IEC 62606 وحدها. فهذا المعيار يعالج تطبيقات AFDD للتيار المتردد (AC) ضمن نطاقه. تتطلب معدات التيار المستمر الكهروضوئية تقييماً مناسباً للجهد، ودائرة المصدر، والاكتشاف، والقطع، والظروف البيئية، مثل الأدلة ذات الصلة بالمواصفة IEC 63027.

هل تنطبق المادة 690.11 من الكود الكهربائي الوطني (NEC) على كل نظام طاقة شمسية كهروضوئي مثبت على الأرض؟

ليس بالضرورة. يعتمد الانطباق على إصدار الكود الكهربائي الوطني (NEC) المعتمد، وجهد الدائرة، وعلاقة النظام بالمباني، وطريقة التمديدات، وأي استثناءات في المادتين 690 أو 691، والتعديلات المحلية، وتفسير السلطة المختصة (AHJ). يجب مراجعة المشروع بدقة بدلاً من الاعتماد فقط على تصنيف "مثبت على الأرض"."

هل يمكن لقاطع دائرة خطأ القوس (AFCI) المدمج في العاكس حماية السلاسل المتصلة عبر صندوق تجميع؟

فقط ضمن تكوينه الذي تم تقييمه. يجب التأكد من الحد الأقصى للسلاسل المتوازية، وتخصيص المستشعرات، وطول ونطاق الموصلات المحمية، وترتيب صندوق التجميع، ومسار الفصل. إن دمج سلاسل أكثر من الحد المختبر قد يغير قوة إشارة القوس ومسارات تيار الخطأ.

هل يغني مصهر الطاقة الشمسية أو قاطع الدائرة المصغر (MCB) للتيار المستمر عن قاطع دائرة خطأ القوس (AFCI) الشمسي؟

لا. هذه الأجهزة تحمي من ظروف التيار الزائد المحددة. قد يظل القوس المتسلسل أقل من عتبة تشغيلها، لذا قد تظل هناك حاجة إلى كشف مخصص للقوس الكهربائي.

ما الفرق بين قاطع دائرة خطأ القوس الشمسي (Solar AFCI) ومعدات حماية خطأ القوس (AFPE)؟

"Solar AFCI" هو مصطلح شائع في أمريكا الشمالية لقطع دائرة خطأ القوس في الأنظمة الكهروضوئية. أما "AFPE" فهو مصطلح وفقاً للجنة الكهروتقنية الدولية (IEC) للمعدات التي تجمع بين كشف خطأ القوس وقطعه. تحقق دائماً من المعيار المطبق والوظيفة بدلاً من التعامل مع الاختصارات على أنها قابلة للتبديل عالمياً.

هل تحتاج أنظمة العاكسات الدقيقة (Microinverters) إلى حماية وفقاً للمعيار NEC 690.11؟

تحافظ العديد من بنيات العاكسات الدقيقة على دوائر التيار المستمر للوحدات الفردية تحت حد الجهد الخاص بـ NEC، ولكن الإجابة تعتمد على جهد الدائرة الفعلي والكود المعتمد. تأكد من بنية المعدات ومتطلبات السلطة المختصة (AHJ).

هل يمكن إعادة ضبط قاطع دائرة خطأ القوس الكهربائي (AFCI) عن بُعد؟

فقط إذا كان المنتج والمعيار/التصنيف المطبق وقواعد التركيب وإجراءات التشغيل تسمح بذلك. لا ينبغي لإعادة الضبط عن بُعد أن تتجاوز عملية فحص مطلوبة أو تعيد تنشيط توصيلة يشتبه في تلفها بشكل متكرر. تحقق من طريقة إعادة التوصيل المعلنة وسجل الأحداث.

القاعدة الهندسية النهائية

يجب تحديد حماية التيار المستمر من خطأ القوس الكهربائي في الأنظمة الكهروضوئية كـ وظيفة نظام, ، وليس كميزة من ثلاثة أحرف في كتيب العاكس.

بالنسبة لمشاريع الكود الكهربائي الوطني (NEC)، يجب التأكد من إصدار NEC 690.11 المعتمد، وحدود دائرة الـ 80 فولت، وأي استثناء سارٍ، وقوائم المعدات، ومسار الموصلات، وموافقة السلطة المختصة (AHJ). بالنسبة لمشاريع اللجنة الكهروتقنية الدولية (IEC)، يجب التأكد مما إذا كانت المعدات عبارة عن جهاز كشف القوس الكهربائي (AFD) أو معدات حماية القوس الكهربائي (AFPE)، وتصنيفها وفقاً للمعيار IEC 63027، ونطاق الجهد/التيار، والسلاسل والقنوات المراقبة، ومنطقة الحماية، وطريقة الفصل، والبرامج الثابتة، وسلوك إعادة التوصيل.

بعد ذلك، يجب تنسيق هذه الوظيفة مع مصهرات الطاقة الشمسية الكهروضوئية، وقواطع التيار المستمر (DC breakers)، وأجهزة حماية الطفرات (SPDs)، وفواصل العزل، وحماية الأعطال الأرضية، والموصلات، وتمديدات الكابلات، وسجلات التشغيل. تظل المصهرات، أو قواطع الدائرة المصغرة للتيار المستمر (DC MCB)، أو أجهزة حماية الطفرات (SPD)، أو فواصل العزل ذات قيمة، ولكن لا ينبغي تقديم أي منها كحماية مخصصة للقوس الكهربائي المتسلسل في الأنظمة الكهروضوئية ما لم يتم تقييم النظام بالكامل لهذه الوظيفة.

شرح حماية الأنظمة الكهروضوئية من القوس الكهربائي المستمر (PV DC Arc-Fault): المعيار NEC 690.11، والمعيار IEC 63027، وأجهزة AFCI الشمسية.