چگونه چندین پنل خورشیدی را به طور ایمن به یک جعبه ترکیب کننده سیم کشی کنیم (و از غافلگیری قوس الکتریکی جلوگیری کنیم)

8:47 صبح. نصاب خورشیدی ضامن‌های درب جعبه ترکیب‌کننده را باز می‌کند. در داخل، شش رشته PV به پایان می‌رسند باس بارها, ، هر کدام منتظر فیوز خود هستند. او پیچ‌گوشتی عایق خود را برمی‌دارد، به سمت اولین سیم مثبت می‌رود و تماس برقرار می‌کند. در 0.3 ثانیه، یک قوس الکتریکی 400 ولت DC فوران می‌کند—روشن‌تر از مشعل جوشکاری، به اندازه کافی داغ که مس را بخار کند. عینک ایمنی او به صورتش می‌چسبد. قوس خود را حفظ می‌کند و از جریان DC تغذیه می‌کند، تا اینکه قطع‌کننده مدار در فاصله 50 فوتی در نهایت قطع می‌شود. هزینه‌های پزشکی: 2500 دلار برای مراجعه به اورژانس. کار از دست رفته: سه هفته. درس: DC طبق قوانین AC بازی نمی‌کند.

شما قبلاً پنل‌های AC را سیم‌کشی کرده‌اید. شما با سرویس مسکونی 240 ولت کار کرده‌اید. شما می‌دانید که چگونه شکن. را خاموش کنید. اما جعبه‌های ترکیب‌کننده خورشیدی متفاوت هستند. ولتاژ بالاتر است. جریان بی‌امان است. و قوس الکتریکی؟ مانند AC خود به خود خاموش نمی‌شود.

پس چه چیزی واقعاً این خطر را ایجاد می‌کند؟ و چگونه چندین پنل خورشیدی را بدون تبدیل یک اتصال معمول به یک اشتباه پایان‌دهنده حرفه، به یک جعبه ترکیب‌کننده سیم‌کشی می‌کنید؟

غافلگیری قوس الکتریکی: چرا سیم‌کشی خورشیدی DC خطرناک‌تر از آن چیزی است که فکر می‌کنید

بیشتر برق‌کاران خطر قوس الکتریکی را در سیستم‌های AC یاد می‌گیرند. قوس‌های AC با عبور ولتاژ از صفر، 120 بار در ثانیه خاموش می‌شوند. قوس‌های DC؟ آنها تا زمانی که چیزی ذوب شود، می‌سوزند. این غافلگیری قوس الکتریکی است—خشونت خاموش و خودپایدار DC که آن را بسیار خطرناک‌تر از AC در همان ولتاژ می‌کند.

در اینجا فیزیکی وجود دارد که می‌کشد: وقتی دو هادی حامل جریان DC را از هم جدا می‌کنید، قوس شکاف هوا را یونیزه می‌کند. آن پلاسمای یونیزه شده به یک مسیر کم مقاومت تبدیل می‌شود. ولتاژ DC هرگز به صفر نمی‌رسد، بنابراین پلاسما هرگز خنک نمی‌شود. ستون قوس رشد می‌کند و از جریان مداوم تغذیه می‌کند، تا زمانی که به دمای 35000 درجه فارنهایت برسد—داغ‌تر از سطح خورشید.

در یک جعبه ترکیب‌کننده خورشیدی، شما با ولتاژهای رشته‌ای 300-600 ولت DC سروکار دارید. یک رشته معمولی 10 پنلی با 40 ولت Voc برای هر کدام، 400 ولت نیست. در یک صبح سرد ژانویه، آن Voc 25 درصد بالاتر می‌رود—به 500 ولت. پیچ‌گوشتی عایق استاندارد شما که برای 1000 ولت رتبه‌بندی شده است؟ این رتبه‌بندی AC است. ولتاژ تحمل DC معمولاً 30-40 درصد کمتر است.

اولین قانون کار خورشیدی DC: اگر از PPE دارای رتبه قوس استفاده نمی‌کنید، با بینایی خود قمار می‌کنید. PPE دسته 2 (8 cal/cm²) حداقل برای بیشتر کارهای جعبه ترکیب‌کننده است. اما در اینجا تله وجود دارد: این رتبه‌بندی فرض می‌کند که شما روی تجهیزات بدون برق کار می‌کنید. لحظه‌ای که تصمیم می‌گیرید “فقط یک اتصال را به صورت زنده سفت کنید”، در قلمرو دسته 4 (40 cal/cm²) هستید—و یک محافظ صورت شما را از موج فشار نجات نمی‌دهد.

نسخه NEC 2023 سرانجام به این موضوع پی برد. ماده 690.12 نیاز به خاموش شدن سریع سیستم‌های PV دارد، اما در طول نصب از شما محافظت نمی‌کند. این به عهده شماست. و روش سیم‌کشی جعبه ترکیب‌کننده شما.

تله انباشت ولتاژ: وقتی ریاضیات شما به یک خطر ایمنی تبدیل می‌شود

شما برچسب پنل را بررسی کردید: 40 ولت Voc. شما 8 پنل به صورت سری دارید. ریاضی ساده: 8 × 40 ولت = 320 ولت. نگهدارنده فیوز شما برای 600 ولت رتبه‌بندی شده است. قطع‌کننده مدار شما برای 250 ولت DC رتبه‌بندی شده است. شما در امان هستید، درست است؟

به تله انباشت ولتاژ خوش آمدید.

در اینجا چیزی است که برچسب به شما نمی‌گوید: Voc (ولتاژ مدار باز) در شرایط آزمایش استاندارد—25 درجه سانتیگراد (77 درجه فارنهایت) اندازه‌گیری می‌شود. پنل‌های شما در یک صبح سرد؟ آنها در دمای -10 درجه سانتیگراد (14 درجه فارنهایت) کار می‌کنند. برای هر درجه سانتیگراد زیر 25 درجه سانتیگراد، Voc 0.3 درصد افزایش می‌یابد.

ریاضی واقعی را انجام دهید: 8 پنل × 40 ولت Voc × (1 + (35 درجه سانتیگراد × 0.003)) = 8 × 40 × 1.105 = 353.6 ولت. این یک افزایش 10 درصدی است. هنوز زیر نگهدارنده فیوز 600 ولت شما، اما در مورد قطع‌کننده مدار 250 ولت DC شما چطور؟

صبر کنید—بدتر می‌شود. آن قطع‌کننده مدار “250 ولت DC”؟ احتمالاً دارای رتبه AC است. بیشتر قطع‌کننده‌های مدار قالب‌گیری شده در جعبه‌های ترکیب‌کننده خورشیدی، قطع‌کننده‌های AC تغییر کاربری داده شده هستند. ولتاژ تحمل DC اغلب 50 درصد رتبه AC است. قطع‌کننده مدار “250 ولت DC” شما ممکن است فقط برای 125 ولت DC تحت بار DC پایدار ایمن باشد.

رشته 353 ولتی شما فقط به یک بمب تبدیل شده است که منتظر اولین خطای قوس است.

NEC 690.7 از شما می‌خواهد که یک ضریب تصحیح 1.25 را برای Voc برای محاسبات دمای سرد اعمال کنید. برای یک رشته 8 پنلی 320 ولتی اسمی، این حداقل ولتاژ طراحی 400 ولت است. قطع‌کننده مدار 250 ولت DC شما اکنون تحت کد 2023 غیرقانونی است.

تله انباشت ولتاژ بیشتر از هر خطای طراحی دیگری باعث از بین رفتن تاسیسات خورشیدی می‌شود. در روز اول ظاهر نمی‌شود. در اولین صبح سرد ظاهر می‌شود، زمانی که اینورتر از کار می‌افتد و از نصاب خواسته می‌شود که مشکلی را “رفع” کند که سیم‌کشی نیست—ریاضی است.

قفل توالی: ترتیب عملیاتی که از 90 درصد حوادث جلوگیری می‌کند

شما می‌توانید PPE مناسب را داشته باشید. شما می‌توانید ولتاژها را کاملاً محاسبه کنید. شما می‌توانید بهترین قطعات را مشخص کنید. اما اگر جعبه ترکیب‌کننده را به ترتیب اشتباه سیم‌کشی کنید، همچنان یک خطر قوس الکتریکی زنده ایجاد خواهید کرد.

این قفل توالی است. این ترتیب عملیاتی است که شما را ایمن نگه می‌دارد. و 90 درصد نصاب‌ها آن را اشتباه انجام می‌دهند.

در اینجا توالی اشتباه (توالی که غافلگیری قوس الکتریکی را ایجاد می‌کند) آمده است:

1. تمام سیم‌های رشته PV را روی شینه‌ها قرار دهید
2. فیوزها را در حالی که رشته‌ها زنده هستند نصب کنید
3. قطع‌کننده را در آخر ببندید

چرا این اشتباه است؟ زیرا لحظه‌ای که فیوز را به یک شینه زنده لمس می‌کنید، یک اتصال داغ تحت بار ایجاد می‌کنید. نگهدارنده فیوز برای ایجاد اتصالات داغ طراحی نشده است. قوس می‌تواند از نوک فیوز به شینه بپرد قبل از اینکه رزوه درگیر شود. شما فقط یک خطای قوس سری در 400 ولت DC ایجاد کرده‌اید.

در اینجا قفل توالی—روش صحیح—آمده است:

1. قفل/برچسب‌گذاری: تأیید کنید که تمام رشته‌ها در قطع‌کننده‌های سطح پنل یا دستگاه‌های خاموش شدن سریع سطح ماژول قطع شده‌اند. از یک متر کالیبره شده برای تأیید ولتاژ صفر در جعبه ترکیب‌کننده استفاده کنید.
2. منفی‌ها را قرار دهید: تمام سیم‌های منفی رشته PV را به شینه منفی وصل کنید. این زمین مرجع شماست. این کار را ابتدا در حالی که همه چیز مرده است انجام دهید.
3. فیوزها را نصب کنید: تمام فیوزهای DC را در نگهدارنده‌های خود قرار دهید، اما آنها را در موقعیت “باز” رها کنید. هنوز آنها را نبندید.
4. مثبت‌ها را قرار دهید: تمام سیم‌های مثبت رشته PV را به سمت خط نگهدارنده‌های فیوز وصل کنید. دوباره، همه چیز مرده است.
5. قطع‌کننده را ببندید: قطع‌کننده اصلی جعبه ترکیب‌کننده (در صورت وجود) را ببندید تا شینه‌ها را برق‌دار کنید.
6. رشته‌ها را یکی یکی برق‌دار کنید: هر نگهدارنده فیوز را به طور جداگانه ببندید و قبل از رفتن به بعدی، ولتاژ و جریان را روی متر خود تأیید کنید. این هر گونه خطا را به یک رشته واحد جدا می‌کند.

قفل توالی ساده است: هرگز اتصالی ایجاد نکنید که ممکن است زنده باشد. هرگز اتصالی را که زنده است قطع نکنید. همیشه قبل از لمس هر چیزی، انرژی صفر را تأیید کنید.

NEC 690.16 نیاز به یک وسیله قطع برای هر رشته دارد، اما به شما نمی‌گوید که چگونه کار خود را ترتیب دهید. این چیزی است که نصاب‌های حرفه‌ای را از کسانی که در گزارش‌های حادثه ظاهر می‌شوند جدا می‌کند.

روش 4 مرحله‌ای برای سیم‌کشی ایمن پنل‌های خورشیدی به یک جعبه ترکیب‌کننده

شما تئوری را دارید. اکنون در اینجا روش آزمایش شده در میدان وجود دارد که شما را ایمن نگه می‌دارد و بازرس را خوشحال می‌کند.

مرحله 1: ولتاژهای رشته را محاسبه و تأیید کنید (به برچسب اعتماد نکنید)

پایان‌نامه کوچک: برچسب Voc یک نقطه شروع است، نه یک مقدار طراحی. تصحیح دمای سرد و تأیید اندازه‌گیری برای انطباق با NEC 2023 اجباری است.

برگه داده پنل را بگیرید. Voc را در STC (شرایط آزمایش استاندارد) پیدا کنید. اکنون محاسبه واقعی را انجام دهید:

Voc(طراحی) = Voc(STC) × تعداد پنل‌ها × 1.25 (ضریب دمای سرد NEC 690.7)

برای پنل‌های 40 ولت Voc شما در رشته‌های 8 تایی: 40 × 8 × 1.25 = ولتاژ طراحی 400 ولت.

اکنون آن را تأیید کنید. در یک صبح سرد (<40 درجه فارنهایت)، رشته را قطع کنید و Voc را با یک کلمپ متر Fluke 393 FC (دارای رتبه 1500 ولت DC) اندازه گیری کنید. باید 380-420 ولت ببینید. اگر 450 ولت می‌بینید، رشته شما برای تجهیزات شما خیلی طولانی است. اکنون دوباره طراحی کنید، نه بعد از قوس الکتریکی.

专业提示： ضریب 1.25 NEC 2023 حداقل است. در کانادا یا ایالت‌های شمالی، از 1.35 استفاده کنید. بازرس بررسی خواهد کرد. بیمه شما نیز پس از یک ادعا بررسی خواهد کرد.

مرحله 2: قطعات دارای رتبه مناسب را انتخاب کنید (دروغ 250 ولت DC)

پایان‌نامه کوچک: رتبه‌بندی ولتاژ قطعات باید حداقل 20 درصد از Voc طراحی شما بیشتر باشد و رتبه‌بندی‌های DC با رتبه‌بندی‌های AC قابل تعویض نیستند.

ولتاژ طراحی شما 400 ولت DC است. حداقل رتبه‌بندی قطعات شما:

• نگهدارنده فیوز: حداقل 600 ولت DC. Bussmann و Littlefuse هولدرهای دارای رتبه خورشیدی تولید می‌کنند که می‌توانند جریان 10 کیلوآمپر را در 600 ولت DC قطع کنند.
• فیوز: 600 ولت DC، نوع تاخیری. فیوزهای استاندارد 250 ولت منفجر می‌شوند.
• قطع کننده: 600 ولت DC، حداقل 20 آمپر. رتبه DC را بررسی کنید، نه رتبه AC را. یک قطع کننده AC “30 آمپر 240 ولت” احتمالاً فقط 15 آمپر 120 ولت DC است.
• سیم: سیم PV (USE-2 یا RHW-2) دارای رتبه 600 ولت DC. سیم THHN مقاوم در برابر نور خورشید نیست و در 3 سال ترک می‌خورد.

دروغ 250 ولت DC: آن بریکری که برچسب “250 ولت DC” دارد؟ نوشته‌های ریز را بخوانید. در آن نوشته شده است “حداکثر 250 ولت DC، چرخه کاری 80%”. برای عملکرد مداوم خورشیدی (چرخه کاری 100%)، باید آن را تا 200 ولت DC کاهش دهید. رشته 400 ولتی شما فقط آن بریکر را غیرقانونی کرد.

فقط از قطعاتی استفاده کنید که در UL 1741 برای کاربردهای PV فهرست شده‌اند. بازرس به دنبال علامت فهرست خواهد بود. راه حل دیگر شما این است که همه چیز را از بین ببرید.

مرحله 3: اجرای قفل ترتیبی (هرگز در حالت برق‌دار کار نکنید)

پایان‌نامه کوچک: قفل ترتیبی یک روش کتبی است، نه یک چک لیست ذهنی. انحراف از این روش باعث ایجاد قوس الکتریکی می‌شود.

قبل از دست زدن به جعبه ترکیب کننده، این را روی برگه کار بنویسید:

1. قفل بودن در قطع کننده‌های پنل را بررسی کنید. ولتاژ صفر را اندازه گیری کنید.
2. تمام سیم‌های منفی را روی شینه منفی قرار دهید.
3. فیوزها را در موقعیت باز نصب کنید.
4. تمام سیم‌های مثبت را روی ترمینال‌های خط فیوز قرار دهید.
5. قطع کننده اصلی را ببندید.
6. فیوزها را یکی یکی برق‌دار کنید و هر کدام را بررسی کنید.

از شخص دوم بخواهید که هر مرحله را امضا کند. این بوروکراسی نیست - این روشی است که از توضیح دادن به هیئت مدیره غرامت کارگران در مورد اینکه چرا سه انگشت ندارید، جلوگیری می‌کند.

专业提示： قبل از دست زدن به هر چیزی، از یک تستر ولتاژ غیر تماسی (NCVT) با رتبه DC استفاده کنید. Fluke 1AC-A1-II ولتاژ DC را تشخیص نمی‌دهد. شما به یک Fluke 369 FC یا مشابه آن نیاز دارید. یک ابزار $200 از یک قبض بیمارستان $50000 بهتر است.

مرحله 4: گشتاور، آزمایش و مستندسازی (تله سفت کردن با انگشت)

پایان‌نامه کوچک: گشتاور مناسب یک الزام قانونی است، نه یک پیشنهاد. اتصالات شل، اتصالات با مقاومت بالا ایجاد می‌کنند که زیر بار ذوب می‌شوند.

هر اتصال شینه در جعبه ترکیب کننده شما دارای مشخصات گشتاور است، معمولاً 50-120 اینچ-پوند. “سفت کردن با انگشت به اضافه یک چهارم دور” تله سفت کردن با انگشت است - امروز احساس امنیت خواهید کرد و در شش ماه آینده یک خطر آتش سوزی خواهد بود.

از پیچ گوشتی یا آچار گشتاور استفاده کنید. آن را روی مشخصات تنظیم کنید. هر اتصال را با گشتاور ببندید. سپس دوباره این کار را انجام دهید. چرخه حرارتی با گذشت زمان اتصالات را شل می‌کند. ویرایش NEC 2023، 690.31(C) را اضافه کرد که نیاز به تأیید گشتاور مستند برای تمام اتصالات PV بالای 100 آمپر دارد. برای مسکونی، هنوز هم بهترین روش است که شما را از گزارش بازرس آتش نشانی دور نگه می‌دارد.

آزمایش: پس از برق‌دار کردن هر رشته، ولتاژ را در جعبه ترکیب کننده و در ورودی اینورتر اندازه گیری کنید. آنها باید در محدوده 2 ولت مطابقت داشته باشند. افت بیشتر نشان دهنده اتصال بد است. اکنون آن را تعمیر کنید.

مستندسازی: از سیم کشی کامل شده عکس بگیرید. هر رشته را روی عکس برچسب بزنید. آن را در پرونده مشتری ذخیره کنید. وقتی سه سال دیگر در مورد “تولید کم” تماس می‌گیرند، دقیقاً می‌دانید کدام رشته است بدون اینکه جعبه را باز کنید.

جعبه ترکیب کننده شما باید خسته کننده باشد

اکنون شما درک می‌کنید غافلگیری قوس الکتریکی- خطر خاموش و بی امان DC که AC را رام نشان می‌دهد. شما فرار کرده‌اید تله انباشت ولتاژ- خطای ریاضی که دستگاه‌های حفاظتی را به بمب تبدیل می‌کند. و شما تسلط یافته‌اید قفل ترتیبی- ترتیب عملیاتی که شما را در زمانی که همه چیز اشتباه پیش می‌رود ایمن نگه می‌دارد.

یک جعبه ترکیب کننده که به درستی سیم کشی شده باشد خسته کننده است. جرقه نمی‌زند. زمزمه نمی‌کند. گرم نمی‌شود. فقط همانجا می‌نشیند، رشته‌ها را ترکیب می‌کند، از مدارها محافظت می‌کند و سیستم خورشیدی شما را به مدت 25 سال روشن نگه می‌دارد.

وظیفه شما این است که آن را خسته کننده کنید. روش 4 مرحله‌ای را دنبال کنید. از قطعات دارای رتبه استفاده کنید. قفل ترتیبی را اجرا کنید. هر اتصال را با گشتاور ببندید. همه چیز را مستند کنید.

آماده هستید تا یک جعبه ترکیب کننده مطابق با کد برای پروژه بعدی خود مشخص کنید؟ چک لیست رایگان جعبه ترکیب کننده NEC 2023 ما را با مشخصات گشتاور، برگه محاسبه ولتاژ و راهنمای انتخاب قطعات دانلود کنید. یا برای پشتیبانی طراحی خاص پروژه با یک مهندس کاربرد VIOX تماس بگیرید.

جعبه ترکیب کننده شما باید قابل اعتمادترین قسمت سیستم باشد. آن را اینگونه کنید.

参考标准和来源

• NEC 690.7 (2023): عوامل تصحیح ولتاژ برای دمای پایین
• NEC 690.12 (2023): خاموش شدن سریع سیستم‌های PV روی ساختمان‌ها
• NEC 690.16 (2023): فیوزها و قطع کننده‌ها برای مدارهای PV
• NEC 690.31(C) (2023): الزامات مستندسازی گشتاور
• UL 1741: استاندارد ایمنی اینورترها، مبدل‌ها و کنترل کننده‌های شارژ
• UL 4248-18: نگهدارنده‌های فیوز برای سیستم‌های فتوولتائیک
• استاندارد NFPA 70E: استاندارد ایمنی الکتریکی در محل کار