A Διακόπτης απομονωτή DC είναι μια συσκευή αποσύνδεσης χειροκίνητης λειτουργίας που χρησιμοποιείται σε φωτοβολταϊκά (PV) συστήματα για την ασφαλή απομόνωση της πλευράς DC μιας εγκατάστασης για συντήρηση, επισκευή, αντιμετώπιση έκτακτης ανάγκης και διαδικασίες τερματισμού λειτουργίας. Δημιουργεί ένα σκόπιμο, σαφώς υποδεικνυόμενο σημείο αποσύνδεσης μεταξύ των ηλιακών πάνελ και του κατάντη εξοπλισμού, όπως κουτιά συνένωσης, ελεγκτές φόρτισης και μετατροπείς.
Στην πράξη, ένας διακόπτης απομόνωσης DC είναι η συσκευή που επιτρέπει σε έναν τεχνικό να σταματήσει σκόπιμα τη ροή ισχύος DC μέσω του συστήματος. Είναι δεν μια συσκευή προστασίας από υπερένταση, και είναι δεν απλώς ένα ακόμη αξεσουάρ ενεργοποίησης-απενεργοποίησης. Η πραγματική του δουλειά είναι να παρέχει ένα ασφαλές, σκόπιμο σημείο απομόνωσης σε ένα κύκλωμα που παραμένει ενεργοποιημένο όποτε υπάρχει ηλιακό φως.
Αυτή η διάκριση έχει σημασία επειδή η πλευρά DC μιας ηλιακής εγκατάστασης συμπεριφέρεται διαφορετικά από τα συμβατικά κυκλώματα AC κτιρίων. Οι ηλιακές μονάδες συνεχίζουν να παράγουν τάση στο φως της ημέρας και τα τόξα DC είναι πιο δύσκολο να διακοπούν από τα τόξα AC επειδή δεν επωφελούνται από τη φυσική διέλευση μηδενικού ρεύματος. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο η επιλογή, η τοποθέτηση και η ονομαστική τάση του απομονωτή έχουν τόσο μεγάλη σημασία στον σχεδιασμό ενός φωτοβολταϊκού συστήματος.
Βασικά συμπεράσματα
- Ένας διακόπτης απομόνωσης DC χρησιμοποιείται κυρίως για χειροκίνητη απομόνωση, όχι αυτόματη προστασία από σφάλματα.
- Ο σημαντικότερος ρόλος του είναι η δημιουργία ενός επαληθευμένου σημείου αποσύνδεσης μεταξύ της φωτοβολταϊκής συστοιχίας και του κατάντη εξοπλισμού, όπως κουτιά συνένωσης και μετατροπείς.
- Στα ηλιακά φωτοβολταϊκά συστήματα, η τοποθέτηση έχει τόση σημασία όσο και η επιλογή της συσκευής. Το πού θα εγκαταστήσετε τον απομονωτή επηρεάζει άμεσα την ασφάλεια της συντήρησης και τη συμμόρφωση με τους κανονισμούς.
- Ένας διακόπτης απομόνωσης DC πρέπει να επιλεγεί για την πραγματική τάση DC, το ρεύμα και το καθήκον μεταγωγής του φωτοβολταϊκού, όχι από επιφανειακή ομοιότητα με έναν αποσυνδέτη AC.
- Στις περισσότερες εγκαταστάσεις ηλιακών συστοιχιών πολλαπλών σειρών, ο διακόπτης απομόνωσης DC λειτουργεί παράλληλα με διακόπτες ή ασφάλειες και δεν τους αντικαθιστά.
Τι κάνει ένας διακόπτης απομόνωσης DC; Η άμεση απάντηση
Ένας διακόπτης απομόνωσης DC εκτελεί τρεις βασικές λειτουργίες σε ένα ηλιακό φωτοβολταϊκό σύστημα:
- Παρέχει ένα μέσο χειροκίνητης αποσύνδεσης στην πλευρά DC του φωτοβολταϊκού, έτσι ώστε οι τεχνικοί να μπορούν να απενεργοποιήσουν με ασφάλεια τον εξοπλισμό πριν εργαστούν σε αυτόν.
- Υποστηρίζει ασφαλείς διαδικασίες συντήρησης και τερματισμού λειτουργίας δημιουργώντας μια σαφώς υποδεικνυόμενη και επαληθευμένη ανοιχτή κατάσταση που αποδεικνύει ότι το κύκλωμα έχει απομονωθεί σκόπιμα.
- Διαχωρίζει τη φωτοβολταϊκή συστοιχία από τον κατάντη εξοπλισμό όπως κουτιά συνένωσης, ελεγκτές φόρτισης ή μετατροπείς κατά τη διάρκεια συντήρησης, επιθεώρησης ή αντιμετώπισης έκτακτης ανάγκης.
Όσον αφορά τους κανονισμούς, αυτό εμπίπτει στην ευρύτερη απαίτηση για ένα μέσο αποσύνδεσης μέσο αποσύνδεσης σε φωτοβολταϊκά συστήματα. Σε έργα που βασίζονται στο NEC, αυτή η απαίτηση βρίσκεται εντός του άρθρου 690.13 του NEC — Μέσα αποσύνδεσης φωτοβολταϊκού συστήματος. Στην πρακτική που βασίζεται σε IEC και AS/NZS, η ίδια έννοια εμφανίζεται στους κανόνες απομόνωσης φωτοβολταϊκών που διέπουν την αποσύνδεση στην πλευρά της συστοιχίας και στην πλευρά του μετατροπέα υπό IEC 60364-7-712 και AS/NZS 5033.
Η κρίσιμη διάκριση είναι ότι ένας διακόπτης απομόνωσης DC είναι μια συσκευή που επιλέγεται για καθήκον απομόνωσης, όχι προστασία από υπερένταση. Η ασφαλής λειτουργία του εξακολουθεί να εξαρτάται από την πραγματική ονομαστική τιμή του διακόπτη-αποσυνδέτη, την κατηγορία χρήσης DC και τη διαδικασία τερματισμού λειτουργίας του έργου.
Τι κάνει έναν διακόπτη απομόνωσης DC διαφορετικό από έναν διακόπτη AC;
Ένας διακόπτης απομόνωσης DC δεν είναι απλώς ένας οικιακός ή βιομηχανικός διακόπτης AC που εφαρμόζεται σε υψηλότερη τάση. Πρέπει να χειριστεί τις συγκεκριμένες ηλεκτρικές πραγματικότητες της μεταγωγής DC υπό ηλιακές συνθήκες, οι οποίες είναι θεμελιωδώς διαφορετικές από τη μεταγωγή AC.
Το πρόβλημα της διέλευσης από το μηδέν
Στα κυκλώματα AC, το ρεύμα διέρχεται φυσικά από το μηδέν 100 ή 120 φορές ανά δευτερόλεπτο, ανάλογα με το αν η τροφοδοσία είναι 50 Hz ή 60 Hz. Όταν ανοίγουν οι επαφές του διακόπτη, οποιοδήποτε τόξο σχηματίζεται βοηθιέται από την επόμενη διέλευση από το μηδέν, συνήθως μέσα σε λίγα χιλιοστά του δευτερολέπτου.
Το ρεύμα DC δεν έχει διέλευση από το μηδέν. Μόλις ένα τόξο χτυπήσει μεταξύ των ανοιγόμενων επαφών σε ένα κύκλωμα DC, μπορεί να διατηρηθεί εφόσον η πηγή συνεχίζει να οδηγεί ρεύμα. Αυτό σημαίνει ότι ένας διακόπτης απομόνωσης DC απαιτεί πιο στιβαρό σχεδιασμό επαφών, μεγαλύτερο διαχωρισμό επαφών και συχνά χαρακτηριστικά διαχείρισης τόξου που ταιριάζουν στο πραγματικό καθήκον μεταγωγής DC.
Άλλες προκλήσεις ειδικά για το DC
Πέρα από τη συμπεριφορά του τόξου, ένας διακόπτης απομόνωσης DC σε ένα φωτοβολταϊκό σύστημα πρέπει επίσης να αντιμετωπίσει:
- συνεχή τάση DC κατά τη διάρκεια της ημέρας, επειδή η συστοιχία δεν μπορεί να απενεργοποιηθεί με τον ίδιο τρόπο όπως μια τροφοδοσία AC
- πιθανή ανάστροφη τροφοδοσία από συνδεδεμένο εξοπλισμό, ανάλογα με τον μετατροπέα, την αρχιτεκτονική αποθήκευσης και τις παράλληλες διαδρομές
- περιβαλλοντική καταπόνηση σε εξωτερικούς χώρους, συμπεριλαμβανομένης της υπεριώδους ακτινοβολίας, της βροχής, της σκόνης, της εναλλαγής θερμοκρασίας και σε ορισμένες περιοχές του αλατιού
- προσδοκίες μακράς διάρκειας ζωής, επειδή τα φωτοβολταϊκά συστήματα συνήθως σχεδιάζονται για δεκαετίες λειτουργίας
Πώς καθορίζονται οι διακόπτες απομόνωσης DC
Λόγω αυτών των προκλήσεων, οι διακόπτες απομόνωσης DC επιλέγονται με ένα συγκεκριμένο σύνολο παραμέτρων που υπερβαίνουν κατά πολύ τις απαιτήσεις ενός διακόπτη AC:
| Παράμετρος | Γιατί έχει σημασία για το DC |
|---|---|
| Ονομαστική τάση DC (Ue) | Πρέπει να υπερβαίνει τη μέγιστη τάση συστήματος Voc, συμπεριλαμβανομένης της διόρθωσης χαμηλής θερμοκρασίας |
| Ονομαστικό ρεύμα (Ie) | Πρέπει να χειρίζεται το συνεχές ρεύμα λειτουργίας του φωτοβολταϊκού με κατάλληλη υποβάθμιση |
| Αριθμός πόλων | Καθορίζει πόσοι αγωγοί αποσυνδέονται ταυτόχρονα |
| Κατηγορία χρήσης | Το DC-21B ή το DC-22B ανά IEC 60947-3 υποδεικνύει την πραγματική ικανότητα μεταγωγής DC |
| Βαθμός προστασίας περιβλήματος (IP) | IP65 ή υψηλότερο για εξωτερικές φωτοβολταϊκές εγκαταστάσεις εκτεθειμένες στις καιρικές συνθήκες |
| Μηχανική αντοχή | Αριθμός ονομαστικών κύκλων λειτουργίας πριν από την υποβάθμιση της επαφής |
Για εγκαταστάσεις στη Βόρεια Αμερική, τα έργα θα πρέπει να αναζητούν συσκευές που έχουν αξιολογηθεί σύμφωνα με UL 98B ή ισοδύναμη καταλληλότητα. Στην Αυστραλία και τη Νέα Ζηλανδία, η Energy Safe Victoria και AS/NZS 5033 δίνει ιδιαίτερη έμφαση στην ασφάλεια των διακοπτών απομόνωσης DC, επειδή ιστορικές αστοχίες απομονωτών έχουν συνδεθεί με πυρκαγιές σε φωτοβολταϊκά συστήματα στέγης.
Γιατί η απομόνωση DC έχει τόσο μεγάλη σημασία στα ηλιακά φωτοβολταϊκά συστήματα
Η πλευρά DC μιας ηλιακής εγκατάστασης δημιουργεί ένα σενάριο ασφάλειας που δεν υπάρχει στα συμβατικά ηλεκτρικά συστήματα κτιρίων: η πηγή δεν μπορεί να απενεργοποιηθεί.
Όσο υπάρχει ηλιακή ακτινοβολία, οι φωτοβολταϊκές μονάδες συνεχίζουν να παράγουν τάση. Αυτό σημαίνει:
- ο αντιστροφέας μπορεί να είναι απενεργοποιημένος
- ο κύριος αποζεύκτης AC μπορεί να είναι ανοιχτός
- η παροχή του κτιρίου μπορεί να είναι εντελώς αποσυνδεδεμένη
και όμως οι αγωγοί PV μεταξύ της συστοιχίας και του αντιστροφέα μπορούν να εξακολουθούν να είναι υπό τάση.
Αυτή η επίμονη ενεργοποίηση είναι ο θεμελιώδης λόγος ύπαρξης διακοπτών απομόνωσης DC στα φωτοβολταϊκά συστήματα. Χωρίς ένα ειδικό, χειροκίνητα λειτουργούμενο σημείο αποσύνδεσης, δεν υπάρχει σαφής τρόπος απομόνωσης των αγωγών DC για εργασίες συντήρησης.
Οι Ρόλοι Ασφαλείας ενός Διακόπτη Απομόνωσης DC
Απομόνωση συντήρησης. Πριν αντικαταστήσει έναν αντιστροφέα, επανασφίξει τις συνδέσεις του κουτιού συνένωσης ή αντικαταστήσει μια συσκευή προστασίας από υπερτάσεις, ένας τεχνικός πρέπει να επιβεβαιώσει ότι οι αγωγοί DC είναι απενεργοποιημένοι. Ο διακόπτης απομόνωσης DC υποστηρίζει αυτή τη διαδικασία παρέχοντας ένα σαφές και σκόπιμο σημείο αποσύνδεσης αντί να βασίζεται μόνο στη θέση της λαβής μιας προστατευτικής συσκευής.
Διακοπή έκτακτης ανάγκης. Σε περιπτώσεις πυρκαγιάς ή έκτακτης ανάγκης, οι πρώτοι ανταποκριτές χρειάζονται ένα σαφώς επισημασμένο, εύκολο στη χρήση σημείο αποσύνδεσης. Ένας διακόπτης απομόνωσης DC με κόκκινη λαβή και σαφή σήμανση είναι άμεσα αναγνωρίσιμος. Μια σειρά μικροαυτόματων διακοπτών μέσα σε ένα σφραγισμένο περίβλημα δεν είναι.
Υποστήριξη Lockout/tagout. Πολλοί διακόπτες απομόνωσης DC είναι σχεδιασμένοι με λαβές που μπορούν να κλειδωθούν με λουκέτο στην ανοιχτή θέση. Αυτό επιτρέπει σε έναν τεχνικό να αποτρέψει φυσικά την επαναενεργοποίηση ενώ εργάζεται στο σύστημα, σύμφωνα με την ισχύουσα τοπική διαδικασία ασφάλειας.
Ασφάλεια πυροσβεστών. Η Energy Safe Victoria περιγράφει συγκεκριμένα έναν διακόπτη απομόνωσης DC ως έναν χειροκίνητο διακόπτη αποσύνδεσης που σταματά την ηλεκτρική ενέργεια που παράγεται από ένα φωτοβολταϊκό σύστημα να ρέει μέσω του συστήματος για να το καταστήσει ασφαλέστερο για καταστάσεις έκτακτης ανάγκης ή συντήρησης. Αυτή η γλώσσα διατηρεί τον ρόλο σαφή: είναι εκεί για να σταματήσει τη ροή σκόπιμα, όχι να περιμένει ένα σφάλμα και να ενεργοποιηθεί αυτόματα.
Σημείωση πεδίου από δημοσιευμένες έρευνες ασφάλειας: Η Energy Safe Victoria έχει επανειλημμένα επισημάνει τους επηρεασμένους από την υγρασία διακόπτες απομόνωσης DC στην οροφή ως πραγματική αιτία πυρκαγιάς σε παλαιότερες φωτοβολταϊκές εγκαταστάσεις. Αυτή είναι μια χρήσιμη υπενθύμιση ότι η επιλογή του απομονωτή είναι μόνο η μισή δουλειά. Η τοποθέτηση, η στεγανοποίηση, η είσοδος του αδένα και η μακροπρόθεσμη αντοχή σε εξωτερικούς χώρους είναι εξίσου σημαντικά με την ονομαστική τιμή του διακόπτη στο φύλλο δεδομένων.
Πώς Εντάσσεται η Γρήγορη Απενεργοποίηση
Στις εργασίες φωτοβολταϊκών στην οροφή της Βόρειας Αμερικής, NEC 690.12 Γρήγορη Απενεργοποίηση βρίσκεται τώρα δίπλα στη συζήτηση για τα παραδοσιακά μέσα αποσύνδεσης. Αυτό είναι σημαντικό επειδή ορισμένοι σχεδιαστές υποθέτουν ότι η γρήγορη απενεργοποίηση έχει καταστήσει τον απομονωτή DC άσχετο. Δεν το έχει κάνει.
Η γρήγορη απενεργοποίηση και η απομόνωση DC επιλύουν σχετικά αλλά διαφορετικά προβλήματα:
- γρήγορη απενεργοποίηση μειώνει τον κίνδυνο ηλεκτροπληξίας σε συγκεκριμένους αγωγούς μέσα ή πάνω σε κτίρια μετά την έναρξη της απενεργοποίησης
- ο απομονωτής DC ή τα μέσα αποσύνδεσης παρέχει ένα σκόπιμο τοπικό σημείο μεταγωγής για απομόνωση συντήρησης και ροή εργασιών σέρβις
Το υλικό NFPA σχετικά με το 690.12 είναι επίσης χρήσιμο εδώ, επειδή καθιστά σαφές ότι το NEC δεν απαιτεί έναν μόνο τύπο συσκευής για να εκτελέσει τη λειτουργία γρήγορης απενεργοποίησης. Ανάλογα με το σύστημα, αυτή η λειτουργία μπορεί να αντιμετωπιστεί σε επίπεδο μονάδας, σε επίπεδο συστοιχίας ή μέσω άλλου εξοπλισμού που αναφέρεται στη λίστα. Στην πράξη, αυτό σημαίνει ότι η γρήγορη απενεργοποίηση δεν εξαλείφει αυτόματα την ανάγκη για ένα σαφές τοπικό μέσο απομόνωσης στην πλευρά DC.
Πού Εγκαθίσταται ένας Διακόπτης Απομόνωσης DC σε ένα Ηλιακό Φωτοβολταϊκό Σύστημα;
Η ακριβής θέση εγκατάστασης εξαρτάται από το πρότυπο του έργου, την αρχιτεκτονική του εξοπλισμού, το μέγεθος του συστήματος και τη δικαιοδοσία. Ωστόσο, η λογική τοποθέτησης ακολουθεί μια συνεπή αρχή:
ο διακόπτης απομόνωσης DC πηγαίνει εκεί όπου οι τεχνικοί χρειάζονται ένα ασφαλές, προσβάσιμο και συμβατό με τον κώδικα σημείο αποσύνδεσης.
Τοποθεσία 1: Δίπλα ή Ενσωματωμένο στον Αντιστροφέα
Η πιο κοινή θέση του διακόπτη απομόνωσης DC είναι κοντά στην είσοδο του αντιστροφέα. Αυτή η τοποθέτηση δίνει στους τεχνικούς μια τοπική αποσύνδεση στην πλευρά DC αμέσως πριν από τον αντιστροφέα, επιτρέποντας την ασφαλέστερη απενεργοποίηση των ακροδεκτών DC του αντιστροφέα πριν από τις εργασίες σέρβις.
Πολλοί σύγχρονοι αντιστροφείς συμβολοσειράς ενσωματώνουν τον διακόπτη απομόνωσης DC απευθείας στο περίβλημα του αντιστροφέα. Αυτή η ενσωματωμένη προσέγγιση προτιμάται όλο και περισσότερο σε ορισμένες αγορές, επειδή μειώνει τις εκτεθειμένες εξωτερικές απολήξεις, εξαλείφει τις επιπλέον διεισδύσεις περιβλήματος και αφαιρεί ένα κοινό σημείο αστοχίας σε εξωτερικούς χώρους.
Η Energy Safe Victoria έχει συζητήσει ρητά αυτή την κατεύθυνση στις οδηγίες ασφάλειας του απομονωτή DC, σημειώνοντας ότι οι ενσωματωμένοι απομονωτές μπορούν να μειώσουν τον αριθμό των εξαρτημάτων που εκτίθενται σε υποβάθμιση που σχετίζεται με τις καιρικές συνθήκες.
Τοποθεσία 2: Στην Έξοδο του Κουτιού Συνένωσης
Σε συστήματα που χρησιμοποιούν κουτιά συνένωσης, η πλευρά εξόδου του κουτιού συνένωσης είναι μια φυσική θέση για έναν διακόπτη απομόνωσης DC. Αυτό επιτρέπει την αποσύνδεση της συνδυασμένης εξόδου όλων των φωτοβολταϊκών συμβολοσειρών από τη διαδρομή καλωδίου προς τον αντιστροφέα.
Σε αυτή τη διαμόρφωση, ο διακόπτης απομόνωσης DC στην έξοδο του συνδυαστή συχνά χρησιμεύει ως το μοναδικό τοπικό σημείο αποσύνδεσης για ολόκληρο το κουτί συνδυαστή. Ένας τεχνικός μπορεί να ανοίξει και να κλειδώσει έναν απομονωτή για να απομονώσει τη διαδρομή προς τα κάτω, αντί να βασίζεται μόνο στο άνοιγμα κάθε προστατευτικής συσκευής συμβολοσειράς μέσα στο κουτί.
Για περισσότερα σχετικά με το πλαίσιο του κουτιού συνδυαστή, το επεξηγητής κουτιού συνένωσης ηλιακής ενέργειας και το σελίδα προϊόντος κουτιού συνένωσης παρέχει το σχετικό ιστορικό εξοπλισμού.
Τοποθεσία 3: Σημείο Απομόνωσης στην Πλευρά της Συστοιχίας ή στην Οροφή
Ορισμένα πρότυπα έργων και περιφερειακοί κώδικες απαιτούν ή ενθαρρύνουν έναν διακόπτη απομόνωσης DC στην πλευρά της συστοιχίας εκτός από την αποσύνδεση στην πλευρά του αντιστροφέα. Αυτό είναι ιδιαίτερα συνηθισμένο σε φωτοβολταϊκές εγκαταστάσεις στην οροφή όπου η διαδρομή καλωδίου από τη συστοιχία στον αντιστροφέα διέρχεται από προσβάσιμες περιοχές.
Ο σκοπός ενός απομονωτή στην πλευρά της συστοιχίας είναι να επιτρέψει την αποσύνδεση πιο κοντά στην πηγή. Ωστόσο, η ακριβής απαίτηση ποικίλλει ανάλογα με τη δικαιοδοσία και η προτιμώμενη προσέγγιση έχει εξελιχθεί με την πάροδο του χρόνου, επειδή οι ίδιοι οι διακόπτες απομόνωσης που είναι τοποθετημένοι στην οροφή έχουν επίσης καταστεί ανησυχία για την αξιοπιστία σε ορισμένες αγορές.
Η Αρχή Τοποθέτησης που Έχει Μεγαλύτερη Σημασία
Αντί να ρωτάτε “πού μπορώ να χωρέσω τον διακόπτη;”, η καλύτερη ερώτηση σχεδιασμού είναι:
Πού χρειάζεται το έργο ένα ασφαλές, προσβάσιμο και αποδεκτό από τον κώδικα μέσο αποσύνδεσης DC;
Αυτή η απάντηση εξαρτάται από τη ροή εργασιών σέρβις, τις απαιτήσεις επιθεώρησης, την αρχιτεκτονική του κουτιού συνένωσης, τη διάταξη του αντιστροφέα, τη δρομολόγηση καλωδίων και τον κυβερνητικό ηλεκτρικό κώδικα. Σε πολλές εγκαταστάσεις, η απάντηση είναι περισσότερες από μία τοποθεσίες.
Τι Δεν Κάνει ένας Διακόπτης Απομόνωσης DC
Εδώ η σύγχυση προκαλεί πραγματικά μηχανικά λάθη.
Ένας διακόπτης απομόνωσης DC δεν δεν εκτελεί την εργασία ενός διακόπτη κυκλώματος DC ή ασφάλειας. Συγκεκριμένα:
- δεν δεν ανιχνεύει αυτόματα συνθήκες υπερέντασης
- δεν δεν ενεργοποιείται σε βραχυκύκλωμα από μόνος του
- δεν δεν παρέχει προστασία από σφάλματα ανά συμβολοσειρά
- δεν δεν αντικαθιστά μια σωστά σχεδιασμένη στρατηγική προστασίας από υπερένταση
Ένας διακόπτης απομόνωσης DC επιλέγεται για καθήκον αποσύνδεσης και απομόνωσης. Το αν μπορεί να λειτουργήσει υπό φορτίο εξαρτάται από την πραγματική του ονομαστική τιμή και την κατηγορία χρήσης. Δεν θα πρέπει να αντιμετωπίζεται σαν να μπορεί οποιοσδήποτε απομονωτής να διακόψει με ασφάλεια οποιοδήποτε ρεύμα σφάλματος PV υπό τάση απλώς και μόνο επειδή ανοίγει το κύκλωμα.
Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο τα περισσότερα φωτοβολταϊκά συστήματα χρησιμοποιούν μια πολυεπίπεδη διάταξη προστασίας:
- Διακόπτης απομονωτή DC για χειροκίνητη αποσύνδεση και απομόνωση
- DC διακόπτες κυκλώματος ή ασφάλειες για αυτόματη προστασία από υπερεντάσεις
- surge protective devices (SPDs) για προστασία από παροδικές υπερτάσεις όπου απαιτείται
Κάθε επίπεδο αντιμετωπίζει έναν διαφορετικό τρόπο αστοχίας. Κανένα από αυτά δεν αντικαθιστά τα άλλα.
Διακόπτης Απομόνωσης DC έναντι Διακόπτη Κυκλώματος DC: Κατανόηση της Διαφοράς
Μία από τις πιο συνηθισμένες ερωτήσεις στον σχεδιασμό φωτοβολταϊκών συστημάτων είναι εάν ένας διακόπτης απομόνωσης DC και ένας διακόπτης κυκλώματος DC είναι εναλλάξιμοι. Δεν είναι.
| Χαρακτηριστικό γνώρισμα | ΣΥΝΕΧΈΣ ρεύμα Διακοπτών Μονωτών | Διακόπτης DC |
|---|---|---|
| Κύρια λειτουργία | Χειροκίνητη απομόνωση και αποσύνδεση | Αυτόματη ανίχνευση και διακοπή υπερέντασης |
| Μηχανισμός απενεργοποίησης | Κανένα — μόνο χειροκίνητη λειτουργία | Ναι — θερμική, μαγνητική ή ηλεκτρονική απενεργοποίηση |
| Σχεδιασμένο για διακοπή φορτίου; | Εξαρτάται από την πραγματική ονομαστική τιμή του διακόπτη-αποζεύκτη και την κατηγορία χρήσης | Ναι, εντός της ονομαστικής προστατευτικής ικανότητας DC της συσκευής |
| Εμπιστοσύνη απομόνωσης για συντήρηση | Συνήθως ισχυρότερη επειδή η συσκευή επιλέγεται ειδικά για απομόνωση | Εξαρτάται από τη συσκευή, τα αξεσουάρ της και το αν γίνεται αποδεκτή ως μέσο αποσύνδεσης |
| Δυνατότητα κλειδώματος/επισήμανσης | Συχνά κλειδώνεται στην ανοιχτή θέση | Μερικές φορές είναι δυνατή με αξεσουάρ, αλλά δεν είναι πάντα ο προτιμώμενος απομονωτής συντήρησης |
| Επιλεκτικότητα ανά συμβολοσειρά | Όχι — παρέχει απομόνωση κυκλώματος | Ναι — μπορεί να προστατεύσει μεμονωμένες συμβολοσειρές ή ομάδες ανάλογα με την αρχιτεκτονική |
| Τυπική τοποθεσία φωτοβολταϊκών | Πλευρά μετατροπέα, έξοδος συνδυαστή ή αποσύνδεση πλευράς συστοιχίας | Μέσα στο κουτί συνδυαστή, ένας ανά συμβολοσειρά ή ομάδα συμβολοσειρών ή σε ένα σημείο προστασίας τροφοδότη |
| Μπορεί να αντικαταστήσει το άλλο; | Όχι, όχι για προστασία από υπερένταση | Όχι αυτόματα και μόνο όπου η καταχώριση και η εφαρμογή το επιτρέπουν |
Η τελευταία σειρά είναι το ουσιαστικό συμπέρασμα. Ένας διακόπτης κυκλώματος μπορεί να γίνει αποδεκτός ως μέσο αποσύνδεσης σε ορισμένες συγκεκριμένες διαμορφώσεις, εάν η καταχώριση και η εφαρμογή του το επιτρέπουν ρητά, αλλά αυτό πρέπει να επαληθευτεί σε σχέση με τον ισχύοντα κώδικα. Ομοίως, ένας διακόπτης απομόνωσης DC δεν είναι μια συσκευή προστασίας από υπερένταση ανεξάρτητα από την ονομαστική του τιμή ρεύματος.
Για μια βαθύτερη εμβάθυνση σε αυτό το όριο, ιδιαίτερα στο πλαίσιο του κουτιού συνδυαστή, δείτε Διακόπτης Απομόνωσης DC έναντι Διακόπτη Κυκλώματος DC σε Κουτιά Συνδυαστή Ηλιακών.
Εάν αξιολογείτε πραγματικές επιλογές συσκευών και όχι τον ίδιο τον ρόλο, το Σελίδα προϊόντος Διακόπτη Απομόνωσης VIOX DC είναι η πιο σχετική αναφορά προϊόντος.
Ένα Πρακτικό Παράδειγμα Φωτοβολταϊκού Συστήματος
Εξετάστε μια εμπορική ηλιακή εγκατάσταση σε ταράτσα 200 kW με οκτώ κουτιά συνδυαστή, το καθένα συγκεντρώνοντας δέκα συμβολοσειρές. Δείτε πώς οι διακόπτες απομόνωσης DC και οι διακόπτες κυκλώματος συνεργάζονται συχνά σε αυτό το είδος αρχιτεκτονικής:
Μέσα σε κάθε κουτί συνδυαστή:
- προστασία από υπερένταση σε επίπεδο συμβολοσειράς, η οποία μπορεί να εφαρμοστεί με διακόπτες κυκλώματος DC ή ασφάλειες ανάλογα με τη βάση σχεδιασμού
- ένας διακόπτης απομόνωσης DC ή ισοδύναμο μέσο αποσύνδεσης στην έξοδο του συνδυαστή για να παρέχει ένα τοπικό σημείο απομόνωσης συντήρησης
Στον μετατροπέα:
- ένας διακόπτης απομόνωσης DC, ενσωματωμένος ή παρακείμενος, παρέχοντας ένα τελικό σημείο αποσύνδεσης πριν από την είσοδο του μετατροπέα
- εξοπλισμός ταχείας διακοπής ή αρχιτεκτονική διακοπής σε επίπεδο μονάδας όπου το μονοπάτι του κώδικα κτιρίου στην ταράτσα το απαιτεί
Κατά τη διάρκεια της κανονικής λειτουργίας: οι διακόπτες απομόνωσης παραμένουν κλειστοί. Είναι παθητικοί μέχρι να τους χειριστεί ένας άνθρωπος. Οι διακόπτες κυκλώματος ή οι ασφάλειες χειρίζονται την αυτόματη προστασία.
Κατά τη διάρκεια ενός σφάλματος σε μία συμβολοσειρά: η σχετική συσκευή προστασίας από υπερένταση λειτουργεί αυτόματα. Το αντίστροφο ρεύμα από τις υπόλοιπες συμβολοσειρές διακόπτεται αρκετά γρήγορα για να προστατεύσει τους επηρεαζόμενους αγωγούς. Ο απομονωτής εξόδου του συνδυαστή παραμένει κλειστός εκτός εάν απαιτείται συντήρηση.
Κατά τη διάρκεια προγραμματισμένης συντήρησης: ο τεχνικός ανοίγει και κλειδώνει τον απομονωτή εξόδου του συνδυαστή, επαληθεύει την κατάσταση αποσύνδεσης σύμφωνα με τη διαδικασία συντήρησης και στη συνέχεια απομονώνει το υπόλοιπο κουτί όπως απαιτείται για τη συγκεκριμένη εργασία.
Αυτή η πολυεπίπεδη προσέγγιση, η αυτόματη προστασία από διακόπτες ή ασφάλειες και η χειροκίνητη απομόνωση από τον διακόπτη απομόνωσης DC, είναι μια τυπική καλή πρακτική σε πολλές εμπορικές και μεγάλης κλίμακας φωτοβολταϊκές εγκαταστάσεις.
Συνηθισμένα Λάθη Επιλογής Διακόπτη Απομόνωσης DC σε Ηλιακά Φωτοβολταϊκά
Λάθος 1: Χρήση Διακόπτη AC για Κύκλωμα DC PV
Αυτό είναι το πιο επικίνδυνο λάθος και αυτό με τις πιο σοβαρές συνέπειες. Οι διακόπτες AC βασίζονται στην απόσβεση τόξου μηδενικής διέλευσης που δεν υπάρχει σε κυκλώματα DC.
Κανόνας: Κάθε διακόπτης απομόνωσης DC σε ένα φωτοβολταϊκό σύστημα πρέπει να είναι ρητά ονομαστικός και πιστοποιημένος για λειτουργία DC στην πραγματική τάση του συστήματος.
Λάθος 2: Επιλογή Βάσει Ονομαστικής Τάσης Χωρίς Διόρθωση Χαμηλής Θερμοκρασίας
Η τάση ανοιχτού κυκλώματος (Voc) της φωτοβολταϊκής συμβολοσειράς αυξάνεται καθώς η θερμοκρασία της μονάδας μειώνεται. Μια συμβολοσειρά που επιλέγεται μόνο με βάση την ονομαστική τάση του συστήματος μπορεί να υπερβεί την ονομαστική τιμή της συσκευής υπό ψυχρές συνθήκες.
Να υπολογίζετε πάντα τη μέγιστη διορθωμένη Voc χρησιμοποιώντας τον συντελεστή θερμοκρασίας του φύλλου δεδομένων της μονάδας και την χαμηλότερη αναμενόμενη θερμοκρασία περιβάλλοντος στην τοποθεσία και, στη συνέχεια, να επιλέγετε έναν απομονωτή με ονομαστική τιμή πάνω από αυτήν την τιμή.
Λάθος 3: Αγνοώντας το Περίβλημα και την Περιβαλλοντική Προστασία
Ο εξωτερικός φωτοβολταϊκός εξοπλισμός υφίσταται υπεριώδη ακτινοβολία, βροχή, σκόνη, συμπύκνωση, κύκλους θερμοκρασίας και σε ορισμένες περιοχές αλατούχο αέρα. Ένας διακόπτης απομόνωσης DC με ανεπαρκή βαθμολογία IP ή κακής ποιότητας στεγανοποιήσεις περιβλήματος θα υποβαθμιστεί με την πάροδο του χρόνου.
Για εξωτερικές φωτοβολταϊκές εγκαταστάσεις, πολλά έργα χρησιμοποιούν IP65 ως ελάχιστο σημείο αναφοράς, με υψηλότερες βαθμολογίες να λαμβάνονται υπόψη για πιο σκληρά περιβάλλοντα.
Λάθος 4: Τοποθέτηση του Απομονωτή Όπου Δεν Μπορεί να Υποστηρίξει Πραγματική Εργασία Συντήρησης
Ένας διακόπτης απομόνωσης DC που είναι τεχνικά εγκατεστημένος αλλά τοποθετημένος σε μια δυσπρόσιτη τοποθεσία αποτυγχάνει στον πρωταρχικό του σκοπό. Η συσκευή υπάρχει έτσι ώστε ένας τεχνικός να μπορεί να απομονώσει με ασφάλεια και γρήγορα το κύκλωμα DC.
Σχεδιάστε για τη ροή εργασιών συντήρησης, όχι μόνο για το ηλεκτρικό μονογραμμικό διάγραμμα.
Λάθος 5: Αντιμετώπιση του Απομονωτή ως της Συνολικής Στρατηγικής Προστασίας DC
Ένας διακόπτης απομόνωσης DC παρέχει απομόνωση. Δεν παρέχει προστασία από υπερένταση, προστασία από υπερτάσεις ή ανίχνευση σφάλματος γείωσης.
Ο απομονωτής είναι ένα επίπεδο. Χρειάζεται τα άλλα επίπεδα δίπλα του.
Λάθος 6: Χρήση Εξαρτημάτων Χαμηλής Ποιότητας για Εξοικονόμηση Κόστους
Οι διακόπτες απομόνωσης DC είναι συσκευές κρίσιμης σημασίας για την ασφάλεια που πρέπει να λειτουργούν αξιόπιστα για χρόνια σε εξωτερικούς χώρους. Οι χαμηλού κόστους, μη πιστοποιημένοι ή εκτός επωνυμίας απομονωτές ενδέχεται να περάσουν την αρχική επιθεώρηση εγκατάστασης, αλλά να αποτύχουν αργότερα κατά τη λειτουργία.
Για κρίσιμα εξαρτήματα ασφάλειας PV, μια μικρή εξοικονόμηση κόστους μονάδας σπάνια αξίζει τον κίνδυνο για την ασφάλεια ή την εγγύηση.
Πότε οι Ενσωματωμένοι Απομονωτές Μετατροπέα Έχουν Νόημα
Η τάση προς τους ενσωματωμένους διακόπτες απομόνωσης DC μετατροπέα έχει επιταχυνθεί σε πολλές αγορές, λόγω τόσο των δεδομένων ασφάλειας όσο και των πρακτικών πλεονεκτημάτων εγκατάστασης.
Πλεονεκτήματα των ενσωματωμένων απομονωτών:
- λιγότερες εκτεθειμένες εξωτερικές απολήξεις και σημεία σύνδεσης
- μειωμένες διεισδύσεις περιβλήματος που μπορούν να γίνουν σημεία εισόδου υγρασίας
- απλοποιημένη εγκατάσταση με λιγότερα ξεχωριστά εξαρτήματα για τοποθέτηση και καλωδίωση
- χαμηλότερη πιθανότητα ορισμένων τρόπων αστοχίας που σχετίζονται με αυτόνομα εξωτερικά περιβλήματα απομονωτών
Πότε ένας ξεχωριστός εξωτερικός απομονωτής είναι ακόμα απαραίτητος:
- συστήματα με κουτιά συνδυασμού που βρίσκονται μακριά από τον μετατροπέα, όπου απαιτείται ένα πρόσθετο σημείο απομόνωσης στην έξοδο του συνδυαστή
- εγκαταστάσεις όπου ο μετατροπέας δεν περιλαμβάνει έναν ενσωματωμένο απομονωτή DC που πληροί την τοπική απαίτηση κώδικα
- έργα που απαιτούν απομόνωση πλευράς συστοιχίας σύμφωνα με τα περιφερειακά πρότυπα
- σενάρια ανακαίνισης ή αντικατάστασης όπου ο υπάρχων μετατροπέας δεν διαθέτει ενσωματωμένη απομόνωση
Η απόφαση σχεδιασμού δεν είναι “ενσωματωμένος έναντι εξωτερικού” ως καθολικός κανόνας. Αφορά την αντιστοίχιση της αρχιτεκτονικής απομόνωσης με τις απαιτήσεις κώδικα, τη φυσική διάταξη και τις ανάγκες πρόσβασης σέρβις του έργου.
Πώς να Επιλέξετε τον Σωστό Διακόπτη Απομόνωσης DC για το Σύστημά σας PV
Βήμα 1: Καθορίστε τη Μέγιστη Τάση Συστήματος
Υπολογίστε τη μέγιστη τάση ανοιχτού κυκλώματος της συμβολοσειράς PV στη χαμηλότερη αναμενόμενη θερμοκρασία. Εφαρμόστε τον συντελεστή θερμοκρασίας του κατασκευαστή της μονάδας για το Voc. Επιλέξτε έναν διακόπτη απομόνωσης DC με ονομαστική τιμή ίση ή μεγαλύτερη από αυτό το διορθωμένο μέγιστο.
Βήμα 2: Επαληθεύστε την Ονομαστική Τιμή Ρεύματος
Ο απομονωτής πρέπει να έχει ονομαστική τιμή για το μέγιστο συνεχές ρεύμα που θα μεταφέρει. Σε μια εφαρμογή κουτιού συνδυασμού, αυτό μπορεί να είναι το συνδυασμένο ρεύμα των σχετικών συμβολοσειρών με το ισχύον περιθώριο σχεδιασμού.
Βήμα 3: Επιβεβαιώστε την Κατηγορία Χρήσης DC
Αναζητήστε πιστοποίηση σε IEC 60947-3 με μια κατηγορία χρήσης DC που δηλώνεται ρητά, όπως DC-21B ή DC-22B, ανάλογα με το σκοπούμενο καθήκον. Μια συσκευή πιστοποιημένη μόνο για κατηγορίες χρήσης AC δεν είναι κατάλληλη για απομόνωση PV DC ανεξάρτητα από την ονομαστική της τάση ή το ρεύμα.
Βήμα 4: Αντιστοιχίστε την Προστασία Περιβλήματος στο Περιβάλλον Εγκατάστασης
Για εξωτερικές εγκαταστάσεις, επιβεβαιώστε ότι η προστασία και το υλικό του περιβλήματος είναι κατάλληλα για έκθεση σε υπεριώδη ακτινοβολία, υγρασία, σκόνη και τις πραγματικές περιβαλλοντικές συνθήκες του χώρου.
Βήμα 5: Επαληθεύστε την Πιστοποίηση και τη Συμμόρφωση με τα Πρότυπα
- IEC 60947-3 για πολλές διεθνείς αγορές
- UL 98B για εφαρμογές PV στη Βόρεια Αμερική όπου ισχύει
- AS/NZS 60947.3 μαζί με AS/NZS 5033 προσδοκίες στην Αυστραλία και τη Νέα Ζηλανδία
Αποφύγετε συσκευές που εμφανίζουν μόνο πιστοποιήσεις AC με μια υποσημείωση που υποδηλώνει “κατάλληλο για DC”. Αυτό δεν είναι ισοδύναμο με συγκεκριμένες δοκιμές και πιστοποίηση DC.
ΣΥΧΝΈΣ ΕΡΩΤΉΣΕΙΣ
Ποια είναι η κύρια λειτουργία ενός αποζεύκτη DC σε ένα ηλιακό σύστημα;
Η κύρια λειτουργία είναι να παρέχει ένα χειροκίνητο μέσο αποσύνδεσης DC, έτσι ώστε η πλευρά PV του συστήματος να μπορεί να απομονωθεί για συντήρηση, διακοπή λειτουργίας ή διαδικασίες έκτακτης ανάγκης.
Ένας αποζεύκτης DC είναι το ίδιο με έναν αυτόματο διακόπτη DC;
Όχι. Ένας αποζεύκτης DC είναι μια χειροκίνητη συσκευή απομόνωσης χωρίς αυτόματο μηχανισμό απενεργοποίησης. Ένας διακόπτης κυκλώματος DC είναι μια αυτόματη συσκευή προστασίας από υπερένταση που ανιχνεύει σφάλματα και διακόπτει το ρεύμα χωρίς ανθρώπινη παρέμβαση.
Πού πρέπει να εγκατασταθεί ένας αποζεύκτης DC σε ένα φωτοβολταϊκό σύστημα;
Οι πιο συνηθισμένες θέσεις είναι δίπλα ή ενσωματωμένες στον μετατροπέα, στην έξοδο του κιβωτίου συνένωσης ή σε ένα σημείο αποσύνδεσης πλευράς συστοιχίας που απαιτείται από τον κώδικα. Η ακριβής τοποθέτηση εξαρτάται από τον ισχύοντα ηλεκτρικό κώδικα, την αρχιτεκτονική του συστήματος και τις απαιτήσεις πρόσβασης σέρβις.
Μπορώ να χρησιμοποιήσω έναν τυπικό διακόπτη αποσύνδεσης AC ως απομονωτή DC;
Οι διακόπτες AC βασίζονται στο φυσικό μηδενισμό του ρεύματος για να βοηθήσουν στην κατάσβεση των τόξων κατά τη διάρκεια της μεταγωγής. Τα κυκλώματα DC δεν έχουν μηδενισμό, επομένως ένα τόξο DC μπορεί να διατηρηθεί στις επαφές που έχουν ονομαστική τιμή AC. Να χρησιμοποιείτε πάντα μια συσκευή που έχει ονομαστική τιμή και πιστοποίηση για λειτουργία DC στην πραγματική τάση του συστήματος.
Γιατί η απομόνωση DC είναι πιο δύσκολη από την εναλλαγή AC;
Επειδή τα τόξα DC δεν αυτοσβήνουν με τον ίδιο τρόπο όπως τα τόξα AC. Σε ένα κύκλωμα AC, το ρεύμα περνά φυσικά από το μηδέν πολλές φορές ανά δευτερόλεπτο. Το ρεύμα DC ρέει συνεχώς σε μία κατεύθυνση χωρίς μηδενική διέλευση, επομένως το καθήκον μεταγωγής και η καταλληλότητα της συσκευής γίνονται πολύ πιο σημαντικά.
Πόσο συχνά πρέπει να ελέγχεται ένας αποζεύκτης DC;
Για εμπορικές και μεγάλης κλίμακας εγκαταστάσεις PV, η ετήσια επιθεώρηση και οι δοκιμές λειτουργίας είναι κοινή πρακτική. Τα οικιακά συστήματα επιθεωρούνται συχνά λιγότερο συχνά. Το ακριβές διάστημα θα πρέπει να ακολουθεί το πρόγραμμα συντήρησης του ιδιοκτήτη, τις συνθήκες του χώρου και τις τοπικές απαιτήσεις.
Τι ονομαστική τάση χρειάζομαι για ένα ηλιακό σύστημα 1000 V;
Χρειάζεστε έναν αποζεύκτη DC με ονομαστική τάση άνω της μέγιστης τάσης ανοικτού κυκλώματος της φωτοβολταϊκής συμβολοσειράς στη χαμηλότερη αναμενόμενη θερμοκρασία, όχι μόνο την ονομαστική τάση του συστήματος.
Απαιτείται νομικά ένας αποζεύκτης DC σε κάθε φωτοβολταϊκό σύστημα;
Τα φωτοβολταϊκά συστήματα γενικά απαιτούν ένα μέσο αποσύνδεσης στην πλευρά DC σύμφωνα με τους περισσότερους ηλεκτρικούς κώδικες, αλλά η ακριβής εφαρμογή ποικίλλει ανάλογα με τη δικαιοδοσία. Σε ορισμένες διαμορφώσεις συστήματος, το μέσο αποσύνδεσης μπορεί να είναι ενσωματωμένο σε άλλο εξοπλισμό. Ένας αποκλειστικός διακόπτης απομόνωσης DC παραμένει μια από τις σαφέστερες και πιο ευρέως αποδεκτές προσεγγίσεις.
Αντικαθιστά το NEC rapid shutdown την ανάγκη για έναν απομονωτή DC;
Όχι. Η ταχεία διακοπή λειτουργίας σύμφωνα με το NEC 690.12 και η απομόνωση DC δεν εξυπηρετούν ακριβώς τον ίδιο σκοπό. Η ταχεία διακοπή λειτουργίας αφορά τη μείωση του κινδύνου ηλεκτροπληξίας σε συγκεκριμένους αγωγούς σε φωτοβολταϊκά συστήματα τοποθετημένα σε κτίρια. Ένας απομονωτής DC ή άλλα μέσα αποσύνδεσης εξακολουθούν να είναι σχετικά για την τοπική απομόνωση συντήρησης και τη διαδικασία σέρβις, εκτός εάν η συνολική διάταξη του εξοπλισμού καλύπτει σαφώς αυτόν τον ρόλο.
Πηγές και Πρότυπα που Αναφέρονται
- NEC Άρθρο 690.13 — Μέσα Αποσύνδεσης Φωτοβολταϊκού Συστήματος (NFPA)
- NEC Άρθρο 690.12 — Ταχεία Διακοπή Λειτουργίας Συστημάτων PV σε Κτίρια (υλικό NFPA)
- Energy Safe Victoria — Ασφάλεια Απομονωτών DC σε Συστήματα PV
- Energy Safe Victoria — Οδηγίες για Απομονωτές και Συστήματα PV DC
- IEC 60947-3 — Χαμηλής Τάσης Ηλεκτρικός Εξοπλισμός: Διακόπτες, Αποζεύκτες, Διακόπτες-Αποζεύκτες
- UL 98B — Κλειστοί και Διακόπτες Νεκρού Μετώπου για Χρήση σε Φωτοβολταϊκά Συστήματα
- AS/NZS 5033 — Απαιτήσεις Εγκατάστασης και Ασφάλειας για Φωτοβολταϊκές Συστοιχίες
