8: 47 утра. Установщик солнечных батарей открывает защелки на крышке блока объединения. Внутри шесть фотоэлектрических нитей заканчиваются на шинопроводы, каждый ждет своего предохранителя. Он хватает свою изолированную отвертку, дотягивается до первого положительного провода и устанавливает контакт. Через 0,3 секунды вспыхивает дуговая вспышка напряжением 400 В постоянного тока — ярче сварочной горелки, достаточно горячая, чтобы испарить медь. Его защитные очки плавятся на лице. Дуга поддерживает себя, питаясь постоянным током, пока, наконец, не сработает выключатель в 50 футах от нее. Медицинские счета: 2500 долларов за посещение скорой помощи. Потерянная работа: три недели. Урок: DC не играет по правилам AC.
Вы уже подключали панели переменного тока. Вы работали с бытовым обслуживанием на 240В. Вы знаете, что выключать прерыватель. Но солнечные комбинирующие блоки отличаются. Напряжение выше. Ток постоянный. А дуговая вспышка? Она не гаснет сама по себе, как переменный ток.
Так что же на самом деле создает эту опасность? И как подключить несколько солнечных панелей к объединительному блоку, не превращая обычное подключение в ошибку, которая губит карьеру?
Сюрприз от дуговой вспышки: Почему солнечная проводка постоянного тока Более опасна, Чем Вы думаете
Большинство электриков знают об опасности возникновения дуговой вспышки в системах переменного тока. Дуги переменного тока гаснут 120 раз в секунду, когда напряжение превышает ноль. Дуги постоянного тока? Они будут гореть до тех пор, пока что-нибудь не расплавится. Это сюрприз от Arc Flash - бесшумного, самоподдерживающегося действия постоянного тока, что делает его гораздо более опасным, чем переменный ток при том же напряжении.
Вот физика, которая убивает: когда вы разделяете два проводника, по которым течет постоянный ток, дуга ионизирует воздушный зазор. Эта ионизированная плазма становится каналом с низким сопротивлением. Напряжение постоянного тока никогда не падает до нуля, поэтому плазма никогда не остывает. Столб электрической дуги растет, питаясь постоянным током, пока не достигнет температуры 35 000 ° F - выше, чем на поверхности солнца.
В блоке объединения солнечных батарей вы имеете дело с напряжением цепи 300-600 В постоянного тока. Типичная 10-панельная цепь с напряжением 40 воЛьт каждая не составляет 400 В. Холодным январским утром уровень Лос повышается на 25% — до 500 В. Ваша стандартная отвертка с изоляцией рассчитана на 1000 В? Это номинальный ток переменного тока. Выдерживаемое напряжение постоянного тока обычно на 30-40% ниже.
Первое правило работы на постоянном токе от солнечных батарей: если вы не носите СИЗ с дуговой защитой, вы рискуете своим зрением. СИЗ категории 2 (8 кал / см2) являются минимальными для большинства работ с комбинированными коробками. Но вот загвоздка: этот рейтинг предполагает, что вы работаете на обесточенном оборудовании. В тот момент, когда вы решаете “просто затянуть одно соединение в режиме реального времени”, вы оказываетесь на территории категории 4 (40 кал / см2) — и защитная маска для лица не спасет вас от волны давления.
В выпуске NEC 2023 наконец-то осознали это. Статья 690.12 требует быстрого отключения фотоэлектрических систем, но это не защищает вас во время установки. Это на вашей совести. И ваш метод подключения объединительной коробки.
Ловушка для накопления напряжения: Когда ваша математика становится угрозой безопасности
Вы проверили маркировку панели: 40Voc. У вас 8 последовательных панелей. Простая математика: 8 × 40 В = 320 В. Ваш держатель предохранителя рассчитан на 600 В. Ваш выключатель рассчитан на 250 В постоянного тока. Вы в безопасности, верно?
Добро пожаловать в Ловушку для суммирования напряжения.
Вот о чем не говорится на этикетке: Voc (напряжение холостого хода) измеряется при стандартных условиях тестирования — 25 ° C (77 ° F). Ваши панели холодным утром? Они работают при температуре -10 ° C (14 ° F). На каждый градус Цельсия ниже 25 ° C содержание Лос повышается на 0,3%.
Посчитайте по-настоящему: 8 панелей × 40Voc × (1 + (35 °C × 0.003)) = 8 × 40 × 1.105 = 353,6 В. Это увеличение на 10%. Все еще находится под держателем предохранителя на 600 В, но как насчет вашего выключателя на 250 В постоянного тока?
Подождите — становится хуже. Этот выключатель “250 В постоянного тока”? Вероятно, он рассчитан на переменный ток. Большинство выключателей в литых корпусах в коробках solar combiner - это перепрофилированные выключатели переменного тока. Выдерживаемое напряжение постоянного тока часто составляет 50% от номинального напряжения переменного тока. Ваш выключатель ”250 В постоянного тока" может работать только до 125 В постоянного тока при постоянной нагрузке постоянного тока.
Ваша струна 353 В только что превратилась в бомбу, ожидающую первого замыкания дуги.
NEC 690.7 требует применения поправочного коэффициента 1,25 к Voc для расчетов низких температур. Для 8-панельной сети номинального напряжения 320 В это минимальное расчетное напряжение 400 В. Ваш выключатель на 250 В постоянного тока теперь запрещен законом 2023 года.
Ловушка для накопления напряжения уничтожает больше солнечных установок, чем любая другая ошибка проектирования. Она не обнаруживается в первый день. Это проявляется в первое холодное утро, когда инвертор выходит из строя и установщику перезванивают, чтобы “устранить” проблему, которая связана не с проводкой, а с математикой.
Блокировка последовательности: Порядок операций, предотвращающий 90% несчастных случаев
У вас могут быть подходящие средства индивидуальной защиты. Вы можете точно рассчитать напряжение. Вы можете подобрать лучшие компоненты. Но если вы подключите объединительную коробку в неправильной последовательности, вы все равно создадите опасность возникновения электрической дуги под напряжением.
Это блокировка последовательности. Именно порядок выполнения операций обеспечивает вашу безопасность. И 90% монтажников ошибаются.
Вот неправильная последовательность (та, которая создает сюрприз в виде Дуговой вспышки):
- Заземлите все провода фотоэлектрической колонны на шинопроводы
- Устанавливайте предохранители, пока струны находятся под напряжением
- Завершите отсоединение последним
Почему это неправильно? Потому что в тот момент, когда вы прикасаетесь этим предохранителем к шине, находящейся под напряжением, вы создаете горячее соединение под нагрузкой. Держатель предохранителя не предназначен для нагрева соединений. Дуга может перескочить с наконечника предохранителя на шину до того, как резьба зацепится. Вы только что создали последовательное дуговое замыкание при напряжении 400 В постоянного тока.
Вот блокировка последовательности — правильный способ:
- Локаут / Пометка: Убедитесь, что все провода отсоединены с помощью разъединителей на уровне панели или устройств быстрого отключения на уровне модуля. Используйте откалиброванный измерительный прибор для подтверждения нулевого напряжения на блоке объединения.
- Выбросьте негативы: Подсоедините все отрицательные выводы фотоэлектрической сети к отрицательной шине. Это ваше эталонное заземление. Сделайте это первым, пока все отключено.
- Установите предохранители: Вставьте все предохранители постоянного тока в их держатели, но оставьте их в положении “открыто”. Пока не закрывайте их.
- Используйте положительные моменты: Подсоедините все положительные выводы фотоэлектрической сети к линейной стороне держателей предохранителей. И снова все отключено.
- Закройте отсоединение: Закройте отсоединение блока главного объединителя (если он установлен) для подачи питания на шинопроводы.
- Заряжайте струны по одной за раз: Закройте каждый держатель предохранителя по отдельности, проверяя напряжение и ток на вашем счетчике, прежде чем переходить к следующему. Это изолирует любую неисправность в одной цепочке.
Блокировка последовательности проста: никогда не устанавливайте соединение, которое может быть под напряжением. Никогда не прерывайте соединение, которое находится под напряжением. Всегда проверяйте нулевое напряжение, прежде чем к чему-либо прикасаться.
NEC 690.16 требует наличия средств отключения для каждой строки, но в нем не указано, в какой последовательности выполнять работу. Именно это отличает профессиональных монтажников от тех, кто фигурирует в отчетах об инцидентах.
4-Шаговый метод безопасного подключения солнечных панелей к Комбинированному блоку
У вас есть теория. Теперь вот проверенный в полевых условиях метод, который обеспечит вашу безопасность и порадует инспектора.
Шаг 1: Рассчитайте и проверьте напряжение струны (не доверяйте этикетке)
Мини-диссертация: Содержание ЛОС на этикетке является отправной точкой, а не расчетным значением. Коррекция температуры в холодном состоянии и проверка результатов измерений обязательны для соответствия требованиям NEC 2023.
Возьмите таблицу данных панели. Найдите Voc в STC (стандартные условия тестирования). Теперь выполните реальный расчет.:
Voc (конструкция) = Voc (STC) × Количество панелей × 1,25 (коэффициент холодной температуры NEC 690,7)
Для ваших панелей 40Voc в виде рядов размером 8: 40 × 8 × 1.25 = Расчетное напряжение 400 В.
Теперь проверьте это. Холодным утром (ниже 4,4°C) отсоедините стринг и измерьте Voc с помощью токоизмерительных клещей Fluke 393 FC (рассчитаны на 1500 В постоянного тока). Вы должны увидеть 380-420 В. Если вы видите 450 В, ваш стринг слишком длинный для вашего оборудования. Перепроектируйте сейчас, а не после возникновения дугового пробоя.
Профессиональный наконечник: Коэффициент NEC 2023 1.25 является минимальным. В Канаде или северных штатах используйте коэффициент 1.35. Инспектор проверит. Ваша страховка тоже проверит, после предъявления претензии.
Шаг 2: Выберите компоненты с соответствующим номинальным напряжением (напряжение 250 В постоянного тока).
Мини-диссертация: Номинальное напряжение компонентов должно превышать расчетное значение Voc не менее чем на 20%, а номинальный ток постоянного тока не взаимозаменяем с номинальным напряжением переменного тока.
Ваше расчетное напряжение составляет 400 В постоянного тока. Минимальные номинальные значения для ваших компонентов:
- Держатель предохранителя: Минимум 600 В постоянного тока. Bussmann и Littlefuse производят держатели с солнечной батареей, которые могут отключать 10кА при 600 В постоянного тока.
- Предохранитель: 600 В постоянного тока, тип с временной задержкой. Стандартные предохранители на 250 В взорвутся.
- Отключиться: 600 В постоянного тока, минимум 20А. Проверьте номинальный ток постоянного тока, а не переменного тока. Отключение от сети переменного тока “30A 240V”, вероятно, составляет всего 15A 120Vdc.
- Проволока: Фотоэлектрический провод (USE-2 или RHW-2) рассчитан на 600 В постоянного тока. Этот провод не устойчив к солнечным лучам и через 3 года потрескается.
Ложь в 250 В постоянного тока: Этот выключатель с надписью “250 В постоянного тока”? Прочтите мелкий шрифт. Там написано “Максимум 250 В постоянного тока, рабочий цикл 80%”. Для непрерывной работы солнечной батареи (100% рабочий цикл) необходимо снизить напряжение до 200 В постоянного тока. Ваша цепь 400 В только что сделала этот выключатель незаконным.
Используйте для фотоэлектрических систем только компоненты, перечисленные в UL 1741. Инспектор будет искать маркировку в списке. Ваша альтернатива - удалить все это.
Шаг 3: Выполните блокировку последовательности (никогда не работайте в горячем состоянии).
Мини-диссертация: Блокировка последовательности - это письменная процедура, а не мысленный контрольный список. Отклонение - это то, как возникают дуги.
Прежде чем прикоснуться к блоку объединения, напишите это в билете на задание:
- Проверьте блокировку при отключении панели. Измерьте нулевое напряжение.
- Подсоедините все отрицательные провода к отрицательной шине.
- Установите предохранители в открытое положение.
- Подсоедините все положительные провода к клеммам линии предохранителей.
- Закройте главный отсоединитель.
- Включайте предохранители по одному, проверяя каждый.
Попросите второго человека подписать каждый шаг. Это не бюрократия — это то, как вы избегаете объяснения руководящему составу, почему у вас не хватает трех пальцев.
Профессиональный наконечник: Прежде чем прикасаться к чему-либо, используйте бесконтактный тестер напряжения (NCVT), рассчитанный на постоянный ток. Fluke 1AC-A1-II не распознает постоянный ток. Вам нужен Fluke 369 FC или аналогичный. Инструмент стоимостью 200 долларов превосходит больничный счет в 50 000 долларов.
Шаг 4: Крутящий момент, проверка и документирование (Фиксатор для затяжки пальцев)
Мини-диссертация: Надлежащий крутящий момент - это требование кодекса, а не рекомендация. Ослабленные соединения создают высокопрочные соединения, которые плавятся под нагрузкой.
Каждое соединение шин в вашей комбинированной коробке имеет спецификацию крутящего момента, обычно составляющую 50-120 фунтов. Ловушка “Плотно прижимается к пальцу плюс четверть оборота” - это ловушка "Плотно прижимается к пальцу" - сегодня она будет чувствовать себя надежно, а через шесть месяцев станет пожароопасной.
Используйте динамометрическую отвертку или гаечный ключ. Установите его в соответствии со спецификацией. Затяните каждое соединение. Затем проделайте это снова. Термоциклирование со временем ослабляет соединения. В выпуске NEC 2023 добавлен пункт 690,31 (C), требующий документированной проверки крутящего момента для всех подключений фотоэлектрических систем напряжением более 100 А. Для жилых помещений это по-прежнему лучшая практика, которая не позволяет вам ознакомиться с отчетом пожарного инспектора.
Тестирование: После подачи питания на каждую цепочку измерьте напряжение на блоке объединения и на входе инвертора. Они должны совпадать в пределах 2 В. Большее падение указывает на плохое соединение. Исправьте это сейчас.
Документация: Сфотографируйте готовую проводку. Обозначьте каждую нитку на фотографии. Сохраните ее в файле заказчика. Когда через три года они позвонят по поводу “низкого производства”, вы будете точно знать, какая строка какая, не открывая коробку.
Ваша коробка для объединения должна Быть Скучной
Теперь вы понимаете дуговая Вспышка - Сюрприз—DC - тихая, безжалостная опасность, по сравнению с которой AC выглядит ручным. Ты сбежал. ловушка для суммирования напряжения— математическая ошибка, которая превращает защитные устройства в бомбы. И вы освоили блокировка последовательности—порядок операций, который обеспечивает вашу безопасность, когда все остальное идет не так.
Правильно подключенный блок объединения вызывает скуку. Он не искрит. Он не гудит. Он не нагревается. Он просто сидит там, объединяя нити, защищая цепи и поддерживая вашу солнечную систему в рабочем состоянии в течение 25 лет.
Ваша задача - сделать это скучным. Следуйте 4-шаговому методу. Используйте компоненты с номинальным значением. Выполните блокировку последовательности. Затяните каждое соединение. Все документируйте.
Готовы разработать совместимый с кодом блок объединения для вашего следующего проекта? Загрузите наш бесплатный контрольный список NEC 2023 Combiner Box со спецификациями крутящего момента, таблицей расчета напряжения и руководством по выбору компонентов. Или обратитесь к инженеру-прикладнику VIOX за поддержкой в проектировании для конкретного проекта.
Ваш блок объединения должен быть самой надежной частью системы. Сделайте это так.
Ссылки на Стандарты и источники
- NEC 690,7 (2023): Поправочные коэффициенты напряжения для низкой температуры
- NEC 690.12 (2023): Быстрое отключение фотоэлектрических систем в зданиях
- NEC 690.16 (2023): Предохранители и разъединители для фотоэлектрических цепей
- NEC 690,31(C) (2023): Требования к документации по крутящему моменту
- UL 1741: Стандарт безопасности инверторов, преобразователей и контроллеров заряда
- UL 4248-18: Держатели предохранителей для фотоэлектрических систем
- NFPA 70E: Стандарт электробезопасности на рабочем месте
