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

پاسخ سریع

حفاظت در برابر خطای قوس الکتریکی DC در سیستم‌های فتوولتائیک، یک عملکرد ایمنی اختصاصی برای تشخیص قوس‌های خطرناک در مدارهای فتوولتائیک است. این حفاظت به‌طور خودکار توسط فیوز، کلید مینیاتوری DC (MCB)، برق‌گیر (SPD)، کلید ایزولاتور یا تجهیزات معمولی تشخیص خطای قوس الکتریکی AC خانگی فراهم نمی‌شود.

دو مرجع که اغلب با یکدیگر مقایسه می‌شوند، اهداف متفاوتی را دنبال می‌کنند:

NEC 690.11 یک الزام در آیین‌نامه نصب آمریکای شمالی است. در ویرایش‌های اخیر NEC، سیستم‌های فتوولتائیک با مدارهای DC که ولتاژ ۸۰ ولت DC یا بیشتر بین هادی‌ها دارند، به‌طور کلی نیازمند حفاظت در برابر خطای قوس الکتریکی فتوولتائیکِ تاییدشده هستند که این امر تابع ویرایش پذیرفته‌شده NEC، استثنائات آن، اصلاحیه‌های محلی و مرجع ذی‌صلاح (AHJ) است.
IEC 63027:2023 یک استاندارد بین‌المللی برای عملکرد محصول و آزمون تجهیزاتی است که قوس‌های DC را در مدارهای فتوولتائیک تا ۱۵۰۰ ولت DC تشخیص داده و در صورت لزوم قطع می‌کنند. این استاندارد به‌خودی‌خود هر کشور یا هر پروژه فتوولتائیک را ملزم به نصب چنین تجهیزاتی نمی‌کند.
UL 1699B یک استاندارد محصول آمریکای شمالی است که برای تجهیزات حفاظت در برابر خطای قوس الکتریکی جریان مستقیم (DC) در سیستم‌های فتوولتائیک استفاده می‌شود.

نکته مهندسی اصلی این است:

یک قوس سری ممکن است جریانی کمتر از بار عملیاتی عادی حمل کند. بنابراین، حفاظت جریان اضافه استاندارد ممکن است در حالی که قوس به تولید گرمای متمرکز ادامه می‌دهد، بسته باقی بماند.

نکات کلیدی

استاندارد NEC 690.11 به طراح می‌گوید چه زمانی یک تاسیسات به حفاظت نیاز دارد تحت چارچوب پذیرفته‌شده NEC؛ استاندارد IEC 63027 به تولیدکننده یا خریدار می‌گوید که تجهیزات تشخیص قوس فتوولتائیک چگونه طبقه‌بندی و آزمایش می‌شوند در محدوده کاربرد آن.
استاندارد IEC 63027 رویه‌های آزمون خود را بر موارد زیر متمرکز می‌کند: قوس‌های سری. این استاندارد تجهیزات صرفاً تشخیص‌دهنده و همچنین تجهیزاتی که تشخیص را با قطع جریان ترکیب می‌کنند، به رسمیت می‌شناسد.
یک اینورتر خورشیدی با علامت "AFCI" نباید صرفاً بر اساس این مخفف تأیید شود. فهرست‌بندی یا استاندارد آزمون، پوشش مدار محافظت‌شده، محدوده ولتاژ/جریان، تعداد رشته‌ها و کانال‌ها، روش قطع جریان، میان‌افزار (Firmware) و رفتار اتصال مجدد آن را بررسی کنید.
قطع ورودی اینورتر ممکن است قوس سری را در مسیر جریان تحت نظارت خاموش کند، اما این به معنای رفع تمامی قوس‌های موازی یا مرتبط با زمین نیست. معماری حفاظتی باید با نوع خطا مطابقت داشته باشد.
اتصال کانکتورها، کیفیت پرس (Crimp)، گشتاور ترمینال‌ها، پشتیبانی کابل، جلوگیری از نفوذ آب و سوابق راه‌اندازی همچنان ضروری هستند. تجهیزات الکترونیکی تشخیص قوس نمی‌توانند ضعف در اجرای نصب سیستم‌های فتوولتائیک را جبران کنند.

خطای قوس الکتریکی DC در سیستم‌های فتوولتائیک چیست؟

قوس الکتریکی یک تخلیه الکتریکی خودپایدار از میان گاز یونیزه شده است. در یک آرایه فتوولتائیک، نور خورشید ماژول‌ها را برق‌دار نگه می‌دارد و جریان DC برخلاف شکل موج AC، نقطه عبور از صفر طبیعی ندارد. هنگامی که یک قوس پایدار می‌شود، می‌تواند به گرم کردن مداوم یک ناحیه کوچک از کانکتور، هادی، ترمینال، جعبه تقسیم یا ماژول ادامه دهد.

نقاط شروع رایج عبارتند از:

کانکتوری که به طور کامل در جای خود قرار نگرفته است؛;
کنتاکت‌های ناشی از ترکیب کانکتورهای تایید نشده؛;
پرس (کریمپ) نادرست یا ناقص؛;
ترمینال شل در جعبه ترکیبی (Combiner-box) یا ایزولاتور؛;
هادی شکسته شده بر اثر خمیدگی، لرزش یا پشتیبانی نامناسب کابل؛;
عایق آسیب‌دیده ناشی از سایش، حیوانات، تابش اشعه فرابنفش (UV) یا عملیات نصب؛;
رطوبت، آلودگی یا خوردگی در اطراف یک اتصال؛;
اتصال لحیم‌کاری، پایه ماژول، جعبه تقسیم یا اتصال دیود بای‌پس معیوب.

سیستم ممکن است در حین تشدید نقص همچنان به تولید برق ادامه دهد. این موضوع باعث می‌شود حفاظت در برابر خطای قوس الکتریکی به جای جایگزینی برای حفاظت در برابر اضافه بار معمولی، به عنوان یک کنترل‌کننده ریسک آتش‌سوزی عمل کند.

قوس سری در مقابل قوس موازی در مقابل خطای زمین

این انواع خطا با یکدیگر مرتبط هستند اما قابل جایگزینی با هم نیستند.

نوع خطا	مسیر جریان	Typical origin	چرا حفاظت‌های متداول ممکن است واکنش نشان دهند یا ندهند	پاسخ طراحی اصلی
قوس سری	در سراسر یک ناپیوستگی در مسیر جریان مورد نظر	اتصال شل، رشته سیم شکسته، پرس‌کاری نامناسب، ترمینال شل	جریان قوس توسط رشته (استرینگ) و بار محدود می‌شود؛ ممکن است زیر سطح جریان قطع فیوز یا کلید مینیاتوری باقی بماند	تشخیص اختصاصی قوس سری و روش قطع تست‌شده
قوس موازی	بین هادی‌هایی با پتانسیل‌های متفاوت	خرابی عایق، آسیب به هادی‌های مثبت و منفی، آلودگی	جریان ممکن است بالا باشد، اما مقدار آن به توپولوژی آرایه و مسیرهای منبع موجود بستگی دارد	حفاظت در برابر جریان اضافه، خطای عایقی/اتصال زمین، جداسازی و قطع جریان بر اساس نوع خطا
خطای اتصال زمین	از یک هادی برق‌دار به فلز متصل به زمین یا مسیر زمین	کابل آسیب‌دیده، نفوذ آب، له شدگی عایق	جریان خطا ممکن است به گونه‌ای محدود یا توزیع شود که باعث عملکرد تجهیزات حفاظتی جریان اضافه (OCPD) معمولی نشود	تشخیص خطای زمین، پایش عایقی، هم‌بندی و قطع مدار در صورت لزوم

استاندارد NEC 690.11 و دامنه اصلی آزمون IEC 63027 به خطاهای ناشی از نقص در تداوم مورد انتظار مدار DC فتوولتائیک می‌پردازند: قوس‌های سری.

این مرزبندی اهمیت دارد. تحقیقات آزمایشگاه ساندیا نشان داده است که قوس‌های سری و موازی می‌توانند امضاهای فرکانس بالای مشابهی ایجاد کنند، با این حال اقدام صحیح برای قطع جریان می‌تواند متفاوت باشد. باز کردن یک مسیر جریان سری، آن قوس سری را خاموش می‌کند. یک قوس موازی ممکن است از سایر مسیرهای آرایه همچنان انرژی دریافت کند و واکنش نامناسب می‌تواند جریان را از طریق محل خطا هدایت کند. بنابراین، یک سیستم نباید ادعای حفاظت گسترده‌تر در برابر قوس الکتریکی داشته باشد مگر اینکه آن عملکرد به‌طور خاص ارزیابی شده باشد.

چرا فیوز PV یا کلید مینیاتوری (MCB) DC ممکن است قادر به قطع قوس سری نباشد

تجهیزات حفاظتی جریان اضافه زمانی عمل می‌کنند که جریان از آستانه زمانی-جریانی تعریف‌شده فراتر رود. یک قوس سری، امپدانس مسیر عادی را افزایش می‌دهد. این امر به جای افزایش جریان، اغلب باعث کاهش آن می‌شود.

رشته‌ای را در نظر بگیرید که در شرایط عادی ۹ آمپر جریان دارد. اگر یک کانکتور آسیب‌دیده شروع به ایجاد قوس سری کند، جریان ممکن است نزدیک یا زیر سطح عملکرد باقی بماند و از آستانه فیوز رشته‌ای یا کلید مینیاتوری فراتر نرود. با این حال، شکاف کوچک قوس می‌تواند دمای موضعی کافی برای کربنیزه کردن عایق یا مشتعل کردن مواد پلیمری مجاور ایجاد کند.

به همین دلیل است که تجهیزات زیر به‌طور خودکار حفاظت در برابر قوس سری را فراهم نمی‌کنند:

دستگاه	عملکرد اصلی	چرا این یک آشکارساز قوس فتوولتائیک (PV) نیست
فیوز gPV	محافظت از هادی‌ها و ماژول‌های فتوولتائیک در برابر شرایط جریان اضافه تعریف‌شده	یک قوس سری ممکن است جریان اضافه کافی ایجاد نکند
کلید مینیاتوری (MCB) یا کلید اتوماتیک (MCCB) جریان مستقیم (DC)	قطع جریان اضافه بار و اتصال کوتاه در محدوده کاربرد DC نامی خود	حسگرهای جریان اضافه حرارتی-مغناطیسی یا الکترونیکی، امضای قوس الکتریکی را به طور خودکار شناسایی نمی‌کنند
اس پی دی	منحرف‌کننده انرژی اضافه ولتاژ گذرا	این تجهیز نویز جریان رشته‌ای را برای تشخیص قوس‌های سری به طور مداوم تحلیل نمی‌کند
جداکننده DC	فراهم‌کننده قابلیت کلیدزنی یا جداسازی در محدوده ظرفیت نامی اعلام شده	این تجهیز نیازمند فرمان عملیاتی است و به طور معمول قوس الکتریکی را تشخیص نمی‌دهد
آشکارساز خطای زمین	شناسایی جریان ناخواسته به سمت زمین یا فرسودگی عایق	ناپیوستگی سری بین دو هادی ممکن است منجر به ایجاد جریان اتصال به زمین نشود
AFDD/AFCI جریان متناوب (AC)	تشخیص امضاهای قوس الکتریکی مشخص در مدارهای نهایی جریان متناوب (AC)	الگوریتم‌ها و استانداردهای محصول جریان متناوب (AC) مسکونی، عملکرد جریان مستقیم (DC) سیستم‌های فتوولتائیک (PV) را تعیین نمی‌کنند

این تجهیزات همچنان در مواردی که طراحی به آن‌ها نیاز دارد، ضروری هستند. حفاظت در برابر خطای قوس الکتریکی یک لایه هماهنگ‌شده اضافی است، نه جایگزینی برای حفاظت مدار جریان مستقیم (DC) با درجه‌بندی فتوولتائیک (PV), ، فیوزها، حفاظت در برابر اضافه ولتاژ یا جداسازی ایمن.

الزامات استاندارد NEC 690.11 چیست

عنوان بخش 690.11 استاندارد NEC عبارت است از حفاظت مدار در برابر خطای قوس الکتریکی (جریان مستقیم). طبق عبارات به‌کاررفته در دوره‌های اخیر استاندارد NEC، سیستم‌های فتوولتائیک با مدارهای DC که با ولتاژ 80 ولت DC یا بیشتر بین هر دو هادی کار می‌کنند نیازمند یک قطع‌کننده مدار خطای قوس الکتریکی PV فهرست‌شده یا اجزای سیستم فهرست‌شده‌ای هستند که حفاظت معادل را فراهم کنند.

انتظار می‌رود سیستم حفاظت‌شده، قوس الکتریکی ناشی از قطع پیوستگی مورد نظر در یک هادی، اتصال، ماژول یا سایر اجزای DC سیستم فتوولتائیک را تشخیص داده و قطع کند.

بخش 690.11 استاندارد NEC یک قانون نصب است

اثر قانونی آن به موارد زیر بستگی دارد:

ویرایش NEC که توسط ایالت، شهر، شرکت برق یا سایر مراجع ذی‌صلاح پذیرفته شده است؛;
اصلاحیه‌های محلی؛;
اینکه آیا مدار جریان مستقیم (DC) طبق آن ویرایش، بر روی ساختمان، داخل ساختمان یا مرتبط با آن است؛;
اینکه آیا یک استثنای بیان‌شده برای مسیر و تأسیسات دقیق اعمال می‌شود یا خیر؛;
فهرست تجهیزات و دستورالعمل‌های نصب؛;
پذیرش طرح ارائه‌شده توسط مرجع ذی‌صلاح (AHJ).

متن‌های اخیر آیین‌نامه شامل استثنائاتی برای مدارهای فتوولتائیک (PV) خاص در خارج یا مرتبط با شرایط ساختمانی ویژه است، مشروط بر اینکه هادی‌ها در روش‌های سیم‌کشی فلزی واجد شرایط یا زیر زمین نصب شده باشند. این عبارت‌بندی در دوره‌های مختلف آیین‌نامه تغییر کرده است. بدون بررسی ویرایش پذیرفته‌شده محلی، یک استثنا را از یادداشت نقشه‌های قدیمی در پروژه جدید کپی نکنید.

نیروگاه‌های برق فتوولتائیک (PV) در مقیاس بزرگ ممکن است تحت مفاد اضافی ماده ۶۹۱ و الزامات کاهش حریق مختص پروژه نیز قرار گیرند. عبارت "نصب‌شده روی زمین" به تنهایی برای تصمیم‌گیری در مورد انطباق کافی نیست.

استاندارد NEC 690.11 مربوط به قانون قطع سریع (Rapid-shutdown) نیست.

استانداردهای NEC 690.11 و NEC 690.12 به خطرات متفاوتی می‌پردازند:

حفاظت در برابر خطای قوس الکتریکی خطاهای قوس الکتریکی ناپیوسته و خطرناک را شناسایی کرده و فرآیند قطع را آغاز می‌کند.
قطع سریع (Rapid shutdown) ولتاژ هادی‌ها در اطراف آرایه‌های نصب‌شده روی ساختمان‌ها را کنترل می‌کند تا خطر برق‌گرفتگی برای نیروهای امدادی کاهش یابد.

یک محصول ممکن است در هر دو عملکرد نقش داشته باشد، اما انطباق با یک بخش، به‌طور خودکار به معنای انطباق با بخش دیگر نیست.

استاندارد IEC 63027:2023 در واقع چه مواردی را پوشش می‌دهد

IEC 63027:2023, سیستم‌های برق فتوولتائیک – تشخیص و قطع قوس الکتریکی DC, ، برای تجهیزاتی کاربرد دارد که جهت تشخیص و در صورت لزوم قطع قوس‌های الکتریکی DC در مدارهای سیستم‌های فتوولتائیک استفاده می‌شوند.

دامنه کاربرد منتشر شده آن، سه مرز مهم را تعیین می‌کند:

این استاندارد روش‌های آزمون برای تشخیص را ارائه می‌دهد قوس‌های سری در مدارهای فتوولتائیک.
این استاندارد به عملکرد تجهیزات مورد استفاده برای قطع آن قوس‌ها می‌پردازد.
این استاندارد تجهیزات متصل به سیستم‌های فتوولتائیک با حداکثر ولتاژ مدار منبع فتوولتائیک که از مقدار زیر تجاوز نکند را پوشش می‌دهد: ۱۵۰۰ ولت DC.

این یک استاندارد محصول است، نه یک دستورالعمل نصب عمومی. قوانین ملی سیم‌کشی، آیین‌نامه‌های ساختمانی، مشخصات مناقصات، الزامات بیمه‌گر یا مقامات محلی تصمیم می‌گیرند که آیا حفاظت در برابر خطای قوس الکتریکی باید نصب شود و در کجا باید نصب گردد.

AFD، AFI و AFPE

اصطلاحات استاندارد IEC، عملکردهای تشخیص و قطع را از یکدیگر تفکیک می‌کند:

اصطلاح	معنی	عملکرد
AFD	آشکارساز خطای قوس الکتریکی	قوس الکتریکی را تشخیص داده و نشانگر یا فرمان مربوطه را صادر می‌کند
AFI	قطع‌کننده خطای قوس الکتریکی	دریافت فرمان و قطع مسیر جریان قوس الکتریکی
AFPE	تجهیزات حفاظت در برابر خطای قوس الکتریکی	ترکیب تشخیص و قطع قوس به عنوان یک عملکرد حفاظتی کامل
AFS	حسگر خطای قوس الکتریکی	عنصر یا کانال حسگر مرتبط با معماری تشخیص

این تمایز از یک خطای رایج در خرید جلوگیری می‌کند: یک دستگاه تشخیص قوس الکتریکی (AFD) می‌تواند بدون قطع مستقل جریان، قوس الکتریکی را شناسایی کند.. اگر محصول صرفاً قابلیت تشخیص داشته باشد، پروژه باید واحد AFI سازگار، لینک ارتباطی، عملکرد ایمن در برابر خرابی (fail-safe) و سیستم کامل تأییدشده را مشخص کند.

طبقه‌بندی و محدوده پوشش اهمیت دارند.

طبقه‌بندی استاندارد IEC 63027 با هدف توصیف ویژگی‌های عملیاتی نصب، از جمله موارد زیر در نظر گرفته شده است:

محدوده پوشش حفاظتی در سیستم فتوولتائیک (PV)؛;
پیاده‌سازی به صورت یکپارچه، مستقل یا توزیع‌شده؛;
قابلیت صرفاً تشخیص در مقابل قابلیت تشخیص و قطع جریان؛;
حداکثر تعداد رشته‌ها و ورودی‌های تحت نظارت؛;
تعداد و تخصیص کانال‌های تشخیص یا حسگرها؛;
روش اتصال مجدد پس از عملکرد.

دو اینورتر می‌توانند هر دو "تشخیص قوس الکتریکی مطابق با استاندارد IEC 63027" را تبلیغ کنند، در حالی که تعداد رشته‌ها، مقاطع هادی یا عملکردهای قطع متفاوتی را پوشش می‌دهند. طبقه‌بندی و مستندات آزمون را برای مدل و میان‌افزار (Firmware) دقیق دریافت کنید و به تأیید بروشورهای کلی سری محصولات اکتفا نکنید.

مقایسه NEC 690.11 با IEC 63027 و UL 1699B

مورد	NEC 690.11	UL 1699B	IEC 63027:2023
نقش سند	الزامات آیین‌نامه تأسیسات الکتریکی	استاندارد ایمنی محصول آمریکای شمالی	استاندارد بین‌المللی عملکرد و آزمون محصول
کاربرد اصلی	تعیین می‌کند که چه زمانی حفاظت در برابر خطای قوس الکتریکی DC فتوولتائیک (PV) در حوزه‌های قضایی که از استاندارد NEC پیروی می‌کنند، الزامی است	پشتیبانی از ارزیابی/لیست‌گذاری تجهیزات حفاظت مدار در برابر خطای قوس الکتریکی DC فتوولتائیک	طبقه‌بندی و تست تجهیزات تشخیص و قطع اختیاری قوس الکتریکی DC فتوولتائیک
اثر قانونی	در صورت تصویب، لازم‌الاجرا بوده و توسط مرجع ذی‌صلاح (AHJ) تفسیر می‌شود	مرتبط از طریق لیست‌گذاری، مشخصات فنی و پذیرش کد	در صورت تصویب توسط بازار، قوانین نصب یا مشخصات پروژه، از نظر قراردادی یا قانونی مرتبط می‌شود
محدوده ولتاژ	ویرایش‌های اخیر از ولتاژ ۸۰ ولت DC یا بیشتر بین هادی‌ها استفاده می‌کنند که بسته به ویرایش و استثنائات متفاوت است	از محدوده و درجه‌بندی‌های ذکر شده برای محصول استفاده کنید	تجهیزات متصل به مدارهای منبع فتوولتائیک (PV) تا ۱۵۰۰ ولت DC
تمرکز اصلی بر روی خطا	قوس الکتریکی سری ناشی از نقص در تداوم جریان مورد نظر	حفاظت در برابر خطای قوس الکتریکی DC در سیستم‌های فتوولتائیک (PV) در محدوده استاندارد	روش‌های تست برای تشخیص قوس سری و پاسخ قطع آن
قطع جریان	به عنوان بخشی از نتیجه حفاظتی الزامی است	به عنوان بخشی از عملکرد حفاظتی فهرست‌شده ارزیابی می‌شود	در محدوده تجهیزات اختیاری است: AFD ممکن است فقط تشخیص دهد؛ AFPE شامل قطع جریان نیز می‌شود
مستندات پروژه	آیین‌نامه مصوب، نقشه‌ها، تجهیزات فهرست‌شده، دستورالعمل‌ها، تاییدیه مرجع ذی‌صلاح (AHJ)	سوابق فهرست‌بندی/گواهی‌نامه و علائم مدل	طبقه‌بندی، گواهی‌نامه/مستندات آزمون، رده‌بندی‌ها، میان‌افزار و محدودیت‌های نصب

شرکت UL Solutions استاندارد UL 1699B را به عنوان استاندارد حفاظت در برابر خطای قوس الکتریکی DC در سیستم‌های فتوولتائیک تعیین کرده است. بنابراین، ادعای "مطابقت با NEC 690.11" باید توسط فهرست‌بندی مناسب یا اجزای سیستم معادلِ فهرست‌شده پشتیبانی شود، نه صرفاً توسط یک الگوریتم تشخیص قوس داخلی.

استاندارد IEC 63027 با IEC 62606 متفاوت است

اصطلاحات مشابه می‌تواند خریداران را گمراه کند:

IEC 62606 به دستگاه‌های تشخیص خطای قوس الکتریکی (AFDD) برای مدارهای AC خانگی و مشابه در محدوده خود می‌پردازد.
استاندارد IEC 63027 به تجهیزات تشخیص و قطع قوس الکتریکی DC برای سیستم‌های فتوولتائیک می‌پردازد.

یک دستگاه AFDD AC مسکونی که طبق استاندارد IEC 62606 تست شده است، لزوماً برای رشته‌های PV با ولتاژ 1000 یا 1500 ولت مناسب نیست. شکل موج، رفتار منبع، نویز سوئیچینگ، سیستم عایق‌بندی، شرایط محیطی و چالش‌های قطع جریان متفاوت هستند.

برای دسته‌بندی دستگاه‌های مدار نهایی AC، به راهنمای جداگانه VIOX در مورد زیر مراجعه کنید: حفاظت AFDD طبق استاندارد IEC 62606.

محل قرارگیری حفاظت در برابر قوس الکتریکی سیستم‌های فتوولتائیک (PV)

محل صحیح به پوشش حفاظتی تست‌شده، توپولوژی آرایه، تعداد رشته‌ها و روش قطع جریان بستگی دارد.

حفاظت یکپارچه در اینورتر

آشکارساز یک یا چند ورودی DC را تحلیل می‌کند و اینورتر یا تجهیزات کلیدزنی مرتبط، پس از تشخیص، مسیر جریان را قطع می‌کنند.

مزایا

قطعات خارجی کمتر؛;
دسترسی به داده‌های MPPT و جریان؛;
امکان ثبت رویدادها و عیب‌یابی از راه دور؛;
رایج در طراحی‌های اینورترهای رشته‌ای (String Inverter).

پرسش‌های نیازمند بررسی

به هر ورودی تحت نظارت، چند رشته (استرینگ) قابل اتصال است؟
آیا هر رشته به‌طور مستقل نظارت می‌شود یا چندین رشته پیش از رسیدن به یک سنسور با هم ترکیب می‌شوند؟
آیا باز کردن ورودی اینورتر باعث قطع برق کل بخش حفاظت‌شده می‌شود؟
آیا این عملکرد به نسخه خاصی از فریم‌ور یا تنظیمات وابسته است؟
چه سطح مقطع کابلی بین آرایه، کمباینر و اینورتر در محدوده پوشش تست‌شده قرار دارد؟

حفاظت در سطح کمباینر باکس یا رشته (استرینگ)

تشخیص خطا در نزدیکی آرایه می‌تواند مکان‌یابی خطا را بهبود بخشیده و تعداد رشته‌های تحت پوشش یک کانال حسگر را کاهش دهد. دستگاه AFD یا AFPE ممکن است در یک ... ادغام شود. جعبه ترکیب کننده PV یا به عنوان تجهیزات رشته‌ای اختصاصی نصب شود.

این معماری باید موارد زیر را در نظر بگیرد:

تعداد رشته‌های موازی؛;
جریان جاری از رشته‌های سالم به سمت محل خطا؛;
تخصیص حسگر و استقلال کانال‌ها؛;
ولتاژ قطع جریان مستقیم (DC) و قطبیت؛;
دمای محیط و درجه حفاظت محفظه؛;
خرابی ارتباطات و تغذیه کمکی؛;
هماهنگی با فیوزهای رشته‌ای، کلیدهای قطع‌کننده و کنترلرهای اینورتر.

یک جعبه ترکیبی (Combiner Box) استاندارد صرفاً به دلیل داشتن فیوز، برق‌گیر (SPD) و کلید DC، به یک تجهیز حفاظت در برابر قوس الکتریکی (AFPE) تبدیل نمی‌شود.

حفاظت در سطح ماژول یا حفاظت توزیع‌شده

حسگرها یا قطع‌کننده‌های توزیع‌شده می‌توانند محدوده حفاظت‌شده را محدود کرده و مکان‌یابی خطا را بهبود بخشند. این تجهیزات همچنین باعث افزایش تعداد قطعات، قرارگیری در معرض محیط پشت‌بام، پیچیدگی ارتباطات و ملاحظات مربوط به تعویض می‌شوند.

پروژه باید بررسی کند که در شرایط زیر چه اتفاقی می‌افتد:

یک دستگاه ماژول، برق یا ارتباط خود را از دست بدهد؛;
تنها بخشی از یک رشته (String) قطع شود؛;
کنترلر مرکزی در دسترس نباشد؛;
نسخه‌های فریم‌ور در دستگاه‌های مختلف متفاوت است؛;
یک خطای موازی از رشته‌های مجاور همچنان برق‌دار باقی می‌ماند.

هماهنگ‌سازی AFCI با فیوزها، کلیدهای مینیاتوری (Breakers)، برق‌گیرها (SPDs) و جداکننده‌ها (Isolators)

یک طراحی کامل حفاظت DC در سیستم‌های فتوولتائیک، یک وظیفه مشخص را به هر لایه حفاظتی اختصاص می‌دهد.

لایه حفاظتی	تشخیص یا کنترل	مسئله هماهنگ‌سازی
فیوز رشته‌ای (استرینگ)	جریان معکوس و شرایط جریان اضافه تعریف‌شده	آیا درجه‌بندی آن با حداکثر درجه‌بندی فیوز سری ماژول و جریان رشته موازی هماهنگ است؟
قطع کننده جریان مستقیم	حفاظت در برابر اضافه بار/اتصال کوتاه و کلیدزنی در موارد اعلام‌شده	آیا برای ولتاژ DC سیستم فتوولتائیک، پلاریته، جریان خطا و منحنی زمان-جریان رتبه‌بندی شده است؟
اس پی دی	اضافه ولتاژ ناشی از صاعقه و کلیدزنی	آیا برق‌گیر (SPD) برای معماری ولتاژ سیستم فتوولتائیک و آرایش زمین‌کردن مناسب است؟
جداکننده DC	کلیدزنی/ایزولاسیون دستی یا فرمان‌پذیر	آیا می‌تواند بار DC اعلام‌شده را قطع کند و آیا در مسیر قطع تجهیزات حفاظت در برابر قوس الکتریکی (AFPE) قرار دارد؟
پایش خطای زمین/عایقی	نشتی یا افت کیفیت عایقی	چه خطاهایی در یک آرایه بدون اتصال زمین یا دارای اتصال زمین عملکردی، شناسایی‌نشده باقی می‌مانند؟
AFD/AFPE	مشخصه قوس سری و پاسخ قطع تست‌شده	چه بخش‌هایی از مدار، تعداد رشته‌ها، محدوده عملکرد و سناریوهای خطا تحت پوشش قرار می‌گیرند؟

یک AFPE ممکن است به یک اینورتر، کنتاکتور، سوئیچ حالت جامد یا دستگاه جداساز DC با درجه‌بندی PV برای قطع مسیر جریان سری فرمان دهد. دستگاه اجرایی باید بخشی از معماری ارزیابی‌شده باشد. افزودن یک تجهیز جانبی شانت‌تریپ به یک کلید DC نامرتبط، به‌تنهایی عملکرد مطابق با استاندارد IEC 63027 یا UL 1699B را ایجاد نمی‌کند.

کانکتورها و اتصالات PV چگونه باعث ایجاد قوس‌های سری می‌شوند

کانکتورهای فتوولتائیک (PV) به دلیل ترکیب سطح تماس کوچک با چرخه‌های دمایی محیط بیرون، رطوبت، حرکت کابل و طول عمر بالا، اغلب نقاط نگران‌کننده‌ای محسوب می‌شوند.

اتصال متقاطع برندهای مختلف کانکتور

محصولاتی که با عنوان "سازگار با MC4" توصیف می‌شوند، لزوماً به عنوان یک جفت کانکتور استاندارد تأیید نشده‌اند. هندسه کنتاکت، آبکاری، نیروی فنر، میزان فشردگی واشر آب‌بندی، تلورانس‌ها، ابعاد گلند کابل و ابزارهای مونتاژ ممکن است متفاوت باشند. از ترکیب کانکتورهایی استفاده کنید که توسط مستندات ماژول، کانکتور و پروژه مجاز شمرده شده‌اند.

پرس (کریمپ) نادرست

استفاده از قالب‌های نامناسب، ابزارهای فرسوده، طول لخت‌کردن اشتباه، سایز کابل غیرپشتیبانی‌شده یا عدم جای‌گیری کامل هادی در ترمینال، می‌تواند منجر به ایجاد اتصال با مقاومت بالا شود. تست کشش به تنهایی اثبات‌کننده مقاومت الکتریکی پایین نیست، همان‌طور که تست الکتریکی به تنهایی ضامن استحکام مکانیکی نمی‌باشد. فرآیند کامل مونتاژ و بازرسی ارائه‌شده توسط سازنده کانکتور را دنبال کنید.

ترمینال‌های شل و کابل آسیب‌دیده

ترمینال‌های جعبه جمع‌کننده (Combiner)، فیوزها، کلیدهای DC و ورودی‌های اینورتر در صورت آماده‌سازی نادرست هادی، عدم رعایت گشتاور مناسب یا نبود مهار کشش (Strain relief)، ممکن است دچار اتصالات ضعیف شوند. سایش کابل در زیر ماژول‌ها می‌تواند هم باعث قطع‌شدگی‌های سری و هم خطاهای عایقی شود.

بنابراین، پیشگیری مناسب از خطای قوس الکتریکی (Arc-fault) پیش از بخش الکترونیک آغاز می‌شود:

از ترکیب‌های اتصال‌دهنده مستند استفاده کنید؛;
از ابزارهای پرس کالیبره‌شده و مشخص‌شده استفاده کنید؛;
مقادیر گشتاور ترمینال را طبق قطعه مربوطه رعایت کنید؛;
کابل‌ها را دور از لبه‌های تیز و آب راکد مهار کنید؛;
شعاع خمش و کاهش کشش کابل را حفظ کنید؛;
جزئیات نصب رشته‌ها و اتصال‌دهنده‌ها را ثبت کنید؛;
تغییرات و اتصال‌دهنده‌های جایگزین را با همان دقت نصب اولیه بازرسی کنید.

راه‌اندازی سیستم حفاظت در برابر خطای قوس الکتریکی فتوولتائیک (PV)

راه‌اندازی باید عملکرد حفاظتی و شرایط نصب را بدون ایجاد قوس الکتریکی کنترل‌نشده اثبات کند.

ثبت موارد زیر:

شماره مدل اینورتر، AFD، AFI و AFPE؛;
رده‌بندی یا طبقه‌بندی IEC و مرجع گواهی‌نامه؛;
نسخه میان‌افزار (Firmware) و تنظیمات حفاظتی فعال‌شده؛;
حداکثر ولتاژ مدار باز اصلاح‌شده رشته (String)؛;
محدوده جریان عملیاتی و تعداد رشته‌ها در هر ورودی؛;
نگاشت سنسور/کانال؛;
مقاطع هادی حفاظتی؛;
دستگاه قطع‌کننده و مسیر کنترل؛;
هشدار، ثبت رویداد، ارتباطات و رفتار بازنشانی (Reset)؛;
خانواده‌های کانکتور، ابزارهای پرس (Crimp)، سوابق گشتاور و نتایج بازرسی.

فقط از روش تست عملکردی یا راه‌اندازی مورد تایید سازنده استفاده کنید. برای اثبات عملکرد، از ایجاد قوس الکتریکی DC زنده به صورت بداهه خودداری کنید. تست‌های مقاومت عایقی و پیوستگی نیز باید طبق دستورالعمل‌های اینورتر، بهینه‌ساز، SPD و AFPE انجام شوند تا ولتاژ تست از طریق قطعات الکترونیکی متصل که تحمل آن را ندارند، اعمال نشود.

عیب‌یابی تریپ‌های AFCI خورشیدی

تریپ ناشی از خطای قوس الکتریکی باید تا زمانی که بررسی‌ها خلاف آن را ثابت نکرده، به عنوان یک نقص سیم‌کشی واقعی در نظر گرفته شود. بازنشانی مکرر بدون بازرسی می‌تواند باعث برق‌دار شدن مجدد یک اتصال آسیب‌دیده شود.

با شواهد شروع کنید، نه با غیرفعال کردن تنظیمات

پرسنل واجد شرایط باید موارد زیر را بررسی کنند:

کد دقیق رویداد و برچسب زمانی؛;
ورودی MPPT، رشته (استرینگ)، کانال یا سنسور تحت تأثیر؛;
ولتاژ و جریان DC قبل از عملیات؛;
شرایط آب و هوایی و تابش؛;
رویدادهای سوئیچینگ اینورتر، شبکه یا ارتباطی؛;
تعمیر و نگهداری اخیر، تعویض ماژول یا عملیات کابل‌کشی؛;
سابقه خطای مشابه که بین کانال‌ها جابجا شده یا در یک رشته باقی مانده است.

سپس فرآیند ایزولاسیون و عیب‌یابی سازنده تجهیزات را دنبال کنید. کانکتورها، اتصالات پرسی، ترمینال‌ها، مسیر کابل‌کشی، نفوذ آب، نقاط سایش، قطعات جعبه ترکیبی (Combiner) و ایزولاتورهای DC را بازرسی کنید. عدم وجود آثار سوختگی مشهود، دلیلی بر عدم وقوع قوس الکتریکی متناوب نیست.

منابع عملکرد ناخواسته

الگوریتم‌های تشخیص باید نویز قوس الکتریکی را از رفتار فرکانس بالای عادی متمایز کنند. شرایط چالش‌برانگیز می‌تواند شامل موارد زیر باشد:

طیف‌های سوئیچینگ اینورتر؛;
گذارهای عملکردی MPPT؛;
مسیرهای طولانی کابل DC و کوپلینگ بین رشته‌های مجاور؛;
مبدل‌های DC/DC یا تجهیزات الکترونیک قدرت در سطح ماژول؛;
تداخل الکترومغناطیسی خارجی؛;
کانکتورهای ناپایداری که پیش از بروز آسیب‌های قابل مشاهده، نویز متناوب واقعی ایجاد می‌کنند؛;
تخصیص نادرست سنسور یا پیکربندی رشته‌ای (String) پشتیبانی‌نشده؛;
فریم‌ور قدیمی یا ناسازگار.

اقدام اصلاحی، کاهش خودکار حساسیت یا غیرفعال کردن AFCI نیست. ابتدا عیوب فیزیکی را برطرف کنید، پیکربندی آرایه پشتیبانی‌شده را تأیید نمایید و تنها از فریم‌ور و تنظیمات مورد تأیید سازنده استفاده کنید.

چک‌لیست تدارکات AFCI و AFPE خورشیدی

پرسش خریدار	مستندات مورد نیاز برای درخواست
کدام الزامات بازار در حال برآورده شدن است؟	پذیرش بند و فهرست‌بندی NEC، طبقه‌بندی/مستندات آزمون IEC 63027، یا الزامات نصب محلی تعیین‌شده
آیا محصول یک AFD است یا یک AFPE کامل؟	نمودار بلوکی عملکردی شامل آشکارساز، قطع‌کننده، مسیر ارتباطی و منبع تغذیه کمکی
کدام بخش از مدار محافظت می‌شود؟	نمودار پوشش از ماژول‌ها تا ورودی‌های ترکیب‌کننده (Combiner) و اینورتر
محدودیت‌های الکتریکی چیست؟	حداکثر ولتاژ PV، محدوده Voc، محدوده Vmpp، Isc، Impp، قطبیت و کاهش توان محیطی (Derating)
چه تعداد رشته (String) و ورودی پشتیبانی می‌شود؟	حداکثر رشته‌ها در هر ورودی، تعداد ورودی‌ها در هر سنسور و تعداد کانال‌های مستقل
قوس الکتریکی چگونه قطع می‌شود؟	نوع AFI، نرخ قطع جریان مستقیم (DC)، مسیر فرمان و رفتار در حالت خرابی
چه نوع خطایی آزمایش می‌شود؟	دامنه تست قوس سری به همراه هرگونه عملکرد ارزیابی‌شده جداگانه برای قوس موازی یا خطای اتصال به زمین
اتصال مجدد چگونه کنترل می‌شود؟	قوانین دستی/خودکار، رفتار قفل‌شدن، الزامات بازرسی و نگهداری رویدادها
آیا میان‌افزار (Firmware) بر انطباق تأثیر می‌گذارد؟	نسخه میان‌افزار تأییدشده، خط‌مشی کنترل تغییرات، رویه به‌روزرسانی و محدودیت‌های تنظیمات
رویدادهای مزاحم (کاذب) چگونه مدیریت می‌شوند؟	تست‌های EMC، توپولوژی پشتیبانی‌شده، گزارش‌های عیب‌یابی، رویه سرویس و پشتیبانی فنی
چه گواهینامه‌هایی معتبر هستند؟	شماره گواهینامه، مرجع صادرکننده، مدل دقیق، محل تولید در صورت لزوم و وضعیت فعلی
سیستم چگونه راه‌اندازی (Commissioning) خواهد شد؟	رویه تست تأییدشده، سوابق، هشدارها، ارتباطات و دستورالعمل‌های نگهداری

از به‌کار بردن مشخصاتی که تنها به عبارت "اینورتر باید دارای AFCI باشد" بسنده می‌کنند، خودداری کنید. این عبارت نه استاندارد، نه محدوده حفاظتی، نه تعداد رشته‌های تحت نظارت، نه عملکرد قطع و نه مستندات پذیرش را مشخص نمی‌کند.

اشتباهات رایج مشخصات

در نظر گرفتن NEC 690.11 و IEC 63027 به عنوان اسناد معادل

یکی از آن‌ها یک آیین‌نامه نصب است و دیگری یک استاندارد عملکرد و تست محصول. یک پروژه ممکن است به هر دو ارجاع دهد، اما آن‌ها به پرسش‌های متفاوتی پاسخ می‌دهند.

فرض بر اینکه تشخیص همیشه شامل قطع جریان است

استاندارد IEC 63027 تجهیزات صرفاً تشخیص‌دهنده را در محدوده خود می‌پذیرد. تأیید کنید که سیستم ارائه‌شده یک AFD است یا یک AFPE کامل.

شمارش تنها ورودی‌های DC اینورتر

تعداد ورودی‌های فیزیکی، تعداد حسگرهای مستقل قوس الکتریکی یا رشته‌های تحت نظارت را اثبات نمی‌کند. طبقه‌بندی و نقشه کانال‌ها را دریافت کنید.

استفاده از یک کلید مینیاتوری DC استاندارد به عنوان “AFCI خورشیدی”

یک کلید DC تنها در صورتی می‌تواند فرمان قطع را اجرا کند که برای آن عملکرد مناسب بوده و در یک سیستم ارزیابی‌شده ادغام شده باشد. عنصر جریان اضافه معمولی آن به طور خودکار قوس سری را تشخیص نمی‌دهد.

غیرفعال کردن حفاظت پس از قطع‌های مکرر

نقص در کانکتور یا کابل به صورت متناوب ممکن است پیش از آنکه آسیب حرارتی مشهود شود، سیگنال‌هایی شبیه به قوس الکتریکی ایجاد کند. پیش از تغییر تنظیمات حفاظتی، مدار و پیکربندی مربوطه را بررسی کنید.

اشتباه گرفتن خطای قوس الکتریکی (Arc Fault) با فلاش قوس الکتریکی (Arc Flash)

هدف از حفاظت در برابر خطای قوس الکتریکی در سیستم‌های فتوولتائیک (PV)، تشخیص قوس‌های ناخواسته و پایدار است که می‌توانند منجر به آتش‌سوزی شوند. تحلیل فلاش قوس الکتریکی به انرژی حرارتی حادثه و مواجهه کارگر در حین خطاهای پرانرژی می‌پردازد. این دو مورد با فیزیک قوس الکتریکی مرتبط هستند، اما مطالعه یا عملکرد حفاظتی یکسانی ندارند.

سوالات متداول

آیا استاندارد IEC 63027 استفاده از AFCI را در تمامی تاسیسات خورشیدی الزامی می‌کند؟

خیر. استاندارد IEC 63027 یک استاندارد تست محصول و عملکرد است. الزامات نصب از قوانین ملی، کدهای محلی، مشخصات پروژه، شرکت‌های بیمه یا مراجع ذی‌صلاح (AHJ) ناشی می‌شود.

آیا دستگاه AFDD مطابق با استاندارد IEC 62606 برای رشته‌های DC در سیستم‌های فتوولتائیک مناسب است؟

صرفاً بر اساس استاندارد IEC 62606 خیر. این استاندارد به کاربردهای AFDD در جریان متناوب (AC) در محدوده خود می‌پردازد. تجهیزات DC در سیستم‌های فتوولتائیک نیازمند ارزیابی مناسب از نظر ولتاژ، مدار منبع، تشخیص، قطع و شرایط محیطی هستند، مانند شواهد مربوطه در استاندارد IEC 63027.

آیا استاندارد NEC 690.11 برای تمامی سیستم‌های فتوولتائیک نصب‌شده روی زمین اعمال می‌شود؟

لزوماً خیر. قابلیت اعمال این استاندارد به ویرایش NEC پذیرفته‌شده، ولتاژ مدار، ارتباط با ساختمان‌ها، روش سیم‌کشی، هرگونه استثنا در مواد 690 یا 691، اصلاحیه‌های محلی و تفسیر مرجع دارای صلاحیت (AHJ) بستگی دارد. به‌جای تکیه بر برچسب "نصب روی زمین"، پروژه را به‌طور دقیق بررسی کنید."

آیا AFCI یکپارچه در اینورتر می‌تواند رشته‌های متصل از طریق جعبه ترکیبی (Combiner Box) را محافظت کند؟

تنها در پیکربندی ارزیابی‌شده خود. حداکثر تعداد رشته‌های موازی، تخصیص سنسور، طول و ناحیه هادی محافظت‌شده، چیدمان جعبه ترکیبی و مسیر قطع جریان را تأیید کنید. ترکیب رشته‌های بیشتر از حد مجاز تست‌شده می‌تواند هم قدرت سیگنال قوس الکتریکی و هم مسیرهای جریان خطا را تغییر دهد.

آیا فیوز خورشیدی یا MCB جریان مستقیم (DC) جایگزین AFCI خورشیدی می‌شود؟

خیر. این تجهیزات در برابر شرایط اضافه جریان مشخص محافظت می‌کنند. یک قوس الکتریکی سری ممکن است زیر آستانه عملکرد آن‌ها باقی بماند، بنابراین ممکن است همچنان به تشخیص قوس اختصاصی نیاز باشد.

تفاوت بین AFCI خورشیدی و AFPE چیست؟

AFCI خورشیدی اصطلاح رایج آمریکای شمالی برای قطع‌کننده مدار خطای قوس الکتریکی در سیستم‌های PV است. AFPE اصطلاح استاندارد IEC برای تجهیزاتی است که تشخیص و قطع خطای قوس الکتریکی را ترکیب می‌کنند. همیشه به‌جای در نظر گرفتن این مخفف‌ها به‌عنوان عبارات کاملاً جایگزین، استاندارد و عملکرد مربوطه را بررسی کنید.

آیا سیستم‌های میکرواینورتر به حفاظت مطابق با استاندارد NEC 690.11 نیاز دارند؟

بسیاری از معماری‌های میکرواینورتر، مدارهای DC ماژول‌های منفرد را زیر آستانه ولتاژ NEC نگه می‌دارند، اما پاسخ به ولتاژ واقعی مدار و آیین‌نامه مورد استفاده بستگی دارد. معماری تجهیزات و الزامات مرجع دارای صلاحیت (AHJ) را بررسی کنید.

آیا تریپ AFCI از راه دور قابل بازنشانی است؟

تنها در صورتی که محصول، استاندارد/لیستینگ مربوطه، قوانین نصب و دستورالعمل‌های عملیاتی اجازه دهند. بازنشانی از راه دور نباید جایگزین بازرسی الزامی شود یا باعث برق‌دار کردن مکرر اتصالی شود که مشکوک به خرابی است. روش اتصال مجدد اعلام‌شده و تاریخچه رویدادها را بررسی کنید.

قانون مهندسی نهایی

حفاظت در برابر خطای قوس الکتریکی DC در سیستم‌های فتوولتائیک باید به عنوان یک عملکرد سیستمی, مشخص شود، نه صرفاً یک ویژگی سه حرفی در بروشور اینورتر.

برای پروژه‌های NEC، نسخه پذیرفته‌شده NEC 690.11، محدوده مدار ۸۰ ولت، هرگونه استثنای معتبر، لیست تجهیزات، مسیر هادی و تاییدیه AHJ را تایید کنید. برای پروژه‌های IEC، تایید کنید که آیا تجهیزات AFD یا AFPE هستند، طبقه‌بندی IEC 63027، محدوده ولتاژ/جریان، رشته‌ها و کانال‌های تحت نظارت، منطقه حفاظت‌شده، روش قطع، میان‌افزار (Firmware) و رفتار اتصال مجدد آن‌ها را مشخص کنید.

سپس آن عملکرد را با فیوزهای PV، کلیدهای DC، برق‌گیرها (SPD)، جداکننده‌ها، حفاظت در برابر خطای زمین، کانکتورها، مسیر کابل‌کشی و سوابق راه‌اندازی هماهنگ کنید. یک فیوز، DC MCB، SPD یا جداکننده همچنان ارزشمند است، اما هیچ‌کدام نباید به عنوان حفاظت اختصاصی در برابر قوس سری PV معرفی شوند، مگر اینکه کل سیستم برای آن عملکرد ارزیابی شده باشد.