8:47 dopoledne. Instalatér solárních panelů odklopí západky na víku slučovací skříně. Uvnitř je šest PV stringů zakončeno na přípojnice, každý čeká na svou pojistku. Popadne izolovaný šroubovák, sáhne po prvním kladném vodiči a dotkne se ho. Za 0,3 sekundy vyšlehne oblouk o napětí 400 V DC – jasnější než svařovací hořák, dostatečně horký na odpaření mědi. Bezpečnostní brýle se mu roztaví na obličeji. Oblouk se sám udržuje a živí se stejnosměrným proudem, dokud jistič o 50 stop dál konečně nevypne. Lékařské účty: 2 500 dolarů za návštěvu pohotovosti. Ztracená práce: tři týdny. Ponaučení: DC nehraje podle pravidel AC.
Už jste zapojovali AC panely. Pracovali jste s 240V domovní přípojkou. Víte, že máte vypnout jistič. Ale solární slučovací skříně jsou jiné. Napětí je vyšší. Proud je neúprosný. A elektrický oblouk? Ten se sám neuhasí jako AC.
Co vlastně vytváří toto nebezpečí? A jak zapojit více solárních panelů do slučovací skříně, aniž by se z rutinního připojení stala chyba, která ukončí kariéru?
Překvapení v podobě elektrického oblouku: Proč je DC solární zapojení nebezpečnější, než si myslíte
Většina elektrikářů se učí o nebezpečí elektrického oblouku na AC systémech. AC oblouky zhasnou 120krát za sekundu, když napětí prochází nulou. DC oblouky? Budou hořet, dokud se něco neroztaví. To je překvapení v podobě elektrického oblouku – tiché, soběstačné násilí DC, které ho činí mnohem nebezpečnějším než AC při stejném napětí.
Zde je fyzika, která zabíjí: Když oddělíte dva vodiče vedoucí stejnosměrný proud, oblouk ionizuje vzduchovou mezeru. Tato ionizovaná plazma se stane cestou s nízkým odporem. Stejnosměrné napětí nikdy neklesne na nulu, takže plazma nikdy nevychladne. Sloupec oblouku roste, živí se nepřetržitým proudem, dokud nedosáhne teploty 35 000 °F – vyšší než povrch Slunce.
V solární slučovací skříni máte co do činění s napětím stringů 300-600 V DC. Typický 10panelový string při 40 Voc každý není 400 V. Za chladného lednového rána toto Voc stoupne o 25 % výše – na 500 V. Váš standardní izolovaný šroubovák dimenzovaný na 1000 V? To je AC hodnota. DC výdržné napětí je obvykle o 30-40 % nižší.
První pravidlo práce s DC solárními systémy: Pokud nenosíte OOPP s ochranou proti oblouku, hazardujete se svým zrakem. OOPP kategorie 2 (8 cal/cm²) je minimum pro většinu prací ve slučovací skříni. Ale tady je past: Toto hodnocení předpokládá, že pracujete na odpojeném zařízení. V okamžiku, kdy se rozhodnete “jen dotáhnout jedno připojení pod napětím”, jste na území kategorie 4 (40 cal/cm²) – a obličejový štít vás před tlakovou vlnou neochrání.
Vydání NEC 2023 se konečně probudilo. Článek 690.12 vyžaduje rychlé vypnutí FV systémů, ale nechrání vás během instalace. To je na vás. A na vaší metodě zapojení slučovací skříně.
Past v podobě skládání napětí: Když se vaše matematika stane bezpečnostním rizikem
Zkontrolovali jste štítek panelu: 40 Voc. Máte 8 panelů v sérii. Jednoduchá matematika: 8 × 40 V = 320 V. Váš držák pojistky je dimenzován na 600 V. Váš jistič je dimenzován na 250 V DC. Jste v bezpečí, že?
Vítejte v pasti v podobě skládání napětí.
Zde je to, co vám štítek neřekne: Voc (napětí naprázdno) se měří za standardních testovacích podmínek – 25 °C (77 °F). Vaše panely za chladného rána? Pracují při -10 °C (14 °F). Pro každý stupeň Celsia pod 25 °C se Voc zvyšuje o 0,3 %.
Udělejte si skutečnou matematiku: 8 panelů × 40 Voc × (1 + (35 °C × 0,003)) = 8 × 40 × 1,105 = 353,6 V. To je 10% nárůst. Stále pod vaším 600V držákem pojistky, ale co váš 250V DC jistič?
Počkejte – bude to horší. Ten “250V DC” jistič? Je pravděpodobně dimenzován na AC. Většina lisovaných jističů v solárních slučovacích skříních jsou upravené AC jističe. DC výdržné napětí je často 50 % AC hodnoty. Váš “250V DC” jistič může být bezpečný pouze do 125 V DC při trvalém DC zatížení.
Váš 353V string se právě stal bombou čekající na první obloukový zkrat.
NEC 690.7 vyžaduje, abyste použili korekční faktor 1,25 na Voc pro výpočty při nízkých teplotách. Pro 8panelový, 320V nominální string je to minimální návrhové napětí 400 V. Váš 250V DC jistič je nyní podle kódu 2023 nelegální.
Past v podobě skládání napětí zabíjí více solárních instalací než jakákoli jiná konstrukční chyba. Neobjeví se hned první den. Objeví se za prvního chladného rána, kdy se střídač porouchá a instalatér je povolán zpět, aby “opravil” problém, který není v zapojení – je to matematika.
Zámek sekvence: Pořadí operací, které zabrání 90 % nehod
Můžete mít správné OOPP. Můžete dokonale vypočítat napětí. Můžete specifikovat nejlepší komponenty. Ale pokud zapojíte slučovací skříň ve špatném pořadí, stále vytvoříte nebezpečí živého oblouku.
Toto je zámek sekvence. Je to pořadí operací, které vás udrží v bezpečí. A 90 % instalatérů to dělá špatně.
Zde je špatná sekvence (ta, která vytváří překvapení v podobě elektrického oblouku):
- Připojte všechny vodiče PV stringů na přípojnice
- Nainstalujte pojistky, když jsou stringy pod napětím
- Zavřete odpojovač jako poslední
Proč je to špatně? Protože v okamžiku, kdy se dotknete pojistky živé přípojnice, vytváříte horké připojení pod zátěží. Držák pojistky není navržen tak, aby vytvářel připojení pod napětím. Oblouk může přeskočit z hrotu pojistky na přípojnici dříve, než se závity zasunou. Právě jste vytvořili sériový obloukový zkrat při 400 V DC.
Zde je zámek sekvence – správný způsob:
- Uzamčení/označení: Ověřte, že jsou všechny stringy odpojeny na úrovni panelových odpojovačů nebo zařízení pro rychlé vypnutí na úrovni modulu. Použijte kalibrovaný měřič k potvrzení nulového napětí ve slučovací skříni.
- Připojte záporné: Připojte všechny záporné vodiče PV stringů k záporné přípojnici. Toto je vaše referenční zem. Udělejte to jako první, dokud je vše mrtvé.
- Nainstalujte pojistky: Vložte všechny DC pojistky do jejich držáků, ale nechte je v poloze “otevřeno”. Ještě je nezavírejte.
- Připojte kladné: Připojte všechny kladné vodiče PV stringů ke straně vedení držáků pojistek. Opět je vše mrtvé.
- Zavřete odpojovač: Zavřete hlavní odpojovač slučovací skříně (pokud je jím vybavena), abyste napájeli přípojnice.
- Napájejte stringy jeden po druhém: Zavřete každý držák pojistky jednotlivě a ověřte napětí a proud na svém měřiči, než přejdete k dalšímu. Tím se izoluje jakákoli porucha na jeden string.
Zámek sekvence je jednoduchý: Nikdy nevytvářejte připojení, které by mohlo být pod napětím. Nikdy nepřerušujte připojení, které je pod napětím. Vždy ověřte nulovou energii, než se něčeho dotknete.
NEC 690.16 vyžaduje odpojovací prostředek pro každý string, ale neříká vám, jak seřadit svou práci. To je to, co odlišuje profesionální instalatéry od těch, kteří se objevují ve zprávách o incidentech.
Metoda 4 kroků pro bezpečné zapojení solárních panelů do slučovací skříně
Máte teorii. Nyní je zde metoda ověřená v terénu, která vás udrží v bezpečí a udrží inspektora spokojeného.
Krok 1: Vypočítejte a ověřte napětí stringů (nevěřte štítku)
Mini-teze: Štítek Voc je výchozí bod, nikoli návrhová hodnota. Korekce pro nízké teploty a ověření měření jsou povinné pro shodu s NEC 2023.
Vezměte si datový list panelu. Najděte Voc při STC (standardní testovací podmínky). Nyní proveďte skutečný výpočet:
Voc(návrh) = Voc(STC) × Počet panelů × 1,25 (faktor nízké teploty NEC 690.7)
Pro vaše 40Voc panely ve stringách po 8: 40 × 8 × 1,25 = Návrhové napětí 400 V.
Nyní to ověřte. Za chladného rána (<40 °F) odpojte string a změřte Voc pomocí klešťového měřiče Fluke 393 FC (dimenzovaného na 1500 V DC). Měli byste vidět 380-420 V. Pokud vidíte 450 V, je váš string příliš dlouhý pro vaše zařízení. Přepracujte nyní, ne po elektrickém oblouku.
Profesionální tip: Faktor NEC 2023 1,25 je minimum. V Kanadě nebo severních státech použijte 1,35. Inspektor to zkontroluje. Vaše pojištění také, po uplatnění nároku.
Krok 2: Vyberte správně dimenzované komponenty (lež 250 V DC)
Mini-teze: Jmenovité napětí komponent musí překročit vaše návrhové Voc alespoň o 20 % a DC jmenovité hodnoty nejsou zaměnitelné s AC jmenovitými hodnotami.
Vaše návrhové napětí je 400 V DC. Minimální jmenovité hodnoty vašich komponent:
- Držák pojistky: Minimálně 600 V DC. Společnosti Bussmann a Littlefuse vyrábějí držáky dimenzované pro solární aplikace, které dokážou přerušit 10 kA při 600 V DC.
- Pojistka: 600 V DC, typ s časovým zpožděním. Standardní pojistky na 250 V explodují.
- Odpojení: 600 V DC, minimálně 20 A. Zkontrolujte DC jmenovitý proud, ne AC jmenovitý proud. Odpojovač “30 A 240 V” AC má pravděpodobně pouze 15 A 120 V DC.
- Kabel: Kabel PV (USE-2 nebo RHW-2) dimenzovaný na 600 V DC. Kabel THHN není odolný vůči slunečnímu záření a do 3 let popraská.
Lež o 250 V DC: Ten jistič označený “250 V DC”? Přečtěte si drobný tisk. Píše se tam “maximálně 250 V DC, pracovní cyklus 80%”. Pro nepřetržitý solární provoz (pracovní cyklus 100%) musíte snížit jmenovitý proud na 200 V DC. Váš řetězec o 400 V právě učinil tento jistič nelegálním.
Používejte pouze komponenty uvedené v UL 1741 pro fotovoltaické aplikace. Inspektor bude hledat značku uvedení. Vaší alternativou je všechno vytrhat.
Krok 3: Proveďte sekvenční zámek (nikdy nepracujte pod napětím)
Mini-teze: Sekvenční zámek je písemný postup, nikoli mentální kontrolní seznam. Odchylka je to, jak vznikají oblouky.
Než se dotknete slučovací skříně, napište toto na pracovní lístek:
- Ověřte uzamčení na odpojovačích panelu. Změřte nulové napětí.
- Uzemněte všechny záporné vodiče na zápornou sběrnici.
- Nainstalujte pojistky v otevřené poloze.
- Uzemněte všechny kladné vodiče na svorky vedení pojistky.
- Zavřete hlavní odpojovač.
- Postupně zapínejte pojistky jednu po druhé a ověřujte každou z nich.
Nechte druhou osobu podepsat každý krok. To není byrokracie – tak se vyhnete vysvětlování kompenzační komisi, proč vám chybí tři prsty.
Profesionální tip: Použijte bezkontaktní tester napětí (NCVT) dimenzovaný pro DC, než se čehokoli dotknete. Fluke 1AC-A1-II nezjistí DC. Potřebujete Fluke 369 FC nebo podobný. Nástroj $200 je lepší než účet za nemocnici $50 000.
Krok 4: Utáhněte, otestujte a zdokumentujte (past utažení prsty)
Mini-teze: Správný točivý moment je požadavkem normy, nikoli návrhem. Uvolněné spoje vytvářejí spoje s vysokým odporem, které se pod zatížením roztaví.
Každé připojení sběrnice ve vaší slučovací skříni má specifikaci točivého momentu, obvykle 50–120 in-lbs. “Utažení prsty plus čtvrt otáčky” je past utažení prsty – dnes se bude zdát bezpečné a za šest měsíců bude představovat nebezpečí požáru.
Použijte momentový šroubovák nebo klíč. Nastavte jej na specifikaci. Utáhněte každý spoj. Pak to udělejte znovu. Tepelné cyklování časem uvolňuje spoje. Vydání NEC 2023 přidalo 690.31(C) vyžadující zdokumentované ověření točivého momentu pro všechna fotovoltaická připojení nad 100 A. Pro rezidenční použití je to stále nejlepší postup, který vás udrží mimo zprávu vyšetřovatele požáru.
Testování: Po zapnutí každého řetězce změřte napětí ve slučovací skříni a na vstupu střídače. Měly by se shodovat v rozmezí 2 V. Větší pokles indikuje špatné připojení. Opravte to hned.
Dokumentace: Vyfoťte dokončené zapojení. Označte každý řetězec na fotografii. Uložte jej do souboru zákazníka. Až za tři roky zavolají kvůli “nízké produkci”, budete přesně vědět, který řetězec je který, aniž byste museli otevírat skříň.
Vaše slučovací skříň by měla být nudná
Nyní rozumíte Překvapení obloukového výboje—tichému, neúprosnému nebezpečí DC, díky kterému vypadá AC krotce. Unikli jste pasti skládání napětí—matematické chybě, která promění ochranná zařízení v bomby. A zvládli jste sekvenční zámek—pořadí operací, které vás udrží v bezpečí, když se všechno ostatní pokazí.
Správně zapojená slučovací skříň je nudná. Neiskří. Nebzučí. Nezahřívá se. Jen tam sedí, kombinuje řetězce, chrání obvody a udržuje váš solární systém v chodu po dobu 25 let.
Vaším úkolem je, aby byla nudná. Postupujte podle 4krokové metody. Používejte dimenzované komponenty. Proveďte sekvenční zámek. Utáhněte každý spoj. Zdokumentujte všechno.
Jste připraveni specifikovat slučovací skříň vyhovující normám pro váš příští projekt? Stáhněte si náš bezplatný kontrolní seznam slučovací skříně NEC 2023 se specifikacemi točivého momentu, pracovním listem pro výpočet napětí a průvodcem výběrem komponent. Nebo kontaktujte aplikačního inženýra VIOX pro podporu návrhu specifickou pro projekt.
Vaše slučovací skříň by měla být nejspolehlivější částí systému. Zařiďte to tak.
Normy a zdroje, na které se odkazuje
- NEC 690.7 (2023): Korekční faktory napětí pro nízké teploty
- NEC 690.12 (2023): Rychlé vypnutí fotovoltaických systémů na budovách
- NEC 690.16 (2023): Pojistky a odpojovače pro fotovoltaické obvody
- NEC 690.31(C) (2023): Požadavky na dokumentaci točivého momentu
- UL 1741: Norma pro bezpečnost střídačů, měničů a regulátorů nabíjení
- UL 4248-18: Držáky pojistek pro fotovoltaické systémy
- NFPA 70E: Norma pro elektrickou bezpečnost na pracovišti
