Защита от дугового пробоя в цепях постоянного тока фотоэлектрических систем: NEC 690.11, IEC 63027 и солнечные устройства AFCI

Краткий ответ

Защита от дугового пробоя в цепях постоянного тока фотоэлектрических систем — это специализированная функция безопасности, предназначенная для обнаружения опасного искрения в фотоэлектрических цепях. Она не обеспечивается автоматически плавким предохранителем, миниатюрным автоматическим выключателем постоянного тока (MCB), устройством защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП), разъединителем или обычным бытовым устройством защиты от дугового пробоя переменного тока.

Два наиболее часто сравниваемых стандарта служат разным целям:

• NEC 690.11 является требованием североамериканских норм электромонтажа. В последних редакциях NEC фотоэлектрические системы с цепями постоянного тока, работающими при напряжении 80 В постоянного тока или выше между проводниками, как правило, требуют наличия сертифицированной защиты от дугового пробоя, в зависимости от принятой редакции NEC, исключений, местных поправок и требований органов строительного надзора (AHJ).
• IEC 63027:2023 является международным стандартом эксплуатационных характеристик и испытаний оборудования, которое обнаруживает и, при необходимости, размыкает цепь при возникновении дуги постоянного тока в фотоэлектрических системах с напряжением до 1500 В постоянного тока. Сам по себе этот стандарт не обязывает каждую страну или каждый фотоэлектрический проект устанавливать такое оборудование.
• UL 1699B это североамериканский стандарт продукции, используемый для оборудования защиты от дуговых замыканий в фотоэлектрических цепях постоянного тока.

Основной технический аспект заключается в следующем:

Последовательная дуга может нести меньший ток, чем нормальная рабочая нагрузка. Поэтому стандартная защита от сверхтоков может оставаться замкнутой, в то время как дуга продолжает выделять концентрированное тепло.

Основные выводы

• NEC 690.11 указывает проектировщику когда установка требует защиты в рамках принятой нормативной базы NEC; IEC 63027 указывает производителю или покупателю как классифицируется и испытывается оборудование для обнаружения дуги в фотоэлектрических системах в пределах своей области применения.
• Стандарт IEC 63027 фокусирует свои процедуры испытаний на последовательных дугах. Он признает как оборудование, предназначенное только для обнаружения, так и оборудование, сочетающее обнаружение с размыканием цепи.
• Солнечный инвертор с маркировкой "AFCI" не должен одобряться только на основании аббревиатуры. Подтвердите его сертификацию или стандарт испытаний, охват защищаемой цепи, диапазон напряжения/тока, количество стрингов и каналов, метод размыкания, прошивку и алгоритм повторного подключения.
• Размыкание входа инвертора может погасить последовательную дугу в контролируемом контуре тока, но это не гарантирует устранение всех возможных параллельных дуг или дуг на землю. Архитектура защиты должна соответствовать типу неисправности.
• Качество соединения разъемов, качество опрессовки, момент затяжки клемм, поддержка кабелей, защита от проникновения воды и записи о вводе в эксплуатацию остаются критически важными. Электроника для обнаружения дуговых замыканий не может компенсировать некачественный монтаж фотоэлектрических систем.

Что такое дуговое замыкание в цепи постоянного тока фотоэлектрической системы?

Дуга — это самоподдерживающийся электрический разряд через ионизированный газ. В фотоэлектрической системе солнечный свет поддерживает напряжение на модулях, а постоянный ток не имеет естественного перехода через ноль, как в форме волны переменного тока. Как только дуга становится стабильной, она может продолжать нагревать небольшой участок разъема, проводника, клеммы, распределительной коробки или модуля.

К типичным точкам возникновения относятся:

• разъем, вставленный не до конца;
• контакты от несовместимых комбинаций разъемов;
• неправильное или неполное обжатие;
• ослабленный контакт в сумматорной коробке или разъединителе;
• проводник, поврежденный в результате изгиба, вибрации или ненадлежащей фиксации кабеля;
• повреждение изоляции, вызванное истиранием, воздействием животных, ультрафиолетовым излучением или монтажными работами;
• влага, загрязнение или коррозия в зоне соединения;
• неисправное паяное соединение, вывод модуля, распределительная коробка или соединение байпасного диода.

Система может продолжать вырабатывать электроэнергию по мере усугубления дефекта. Это делает защиту от дугового замыкания средством контроля риска возгорания, а не заменой обычной защиты от перегрузки.

Последовательная дуга против параллельной дуги против замыкания на землю

Эти типы неисправностей связаны между собой, но не являются взаимозаменяемыми.

Тип неисправности	Текущий путь	Типичный источник	Почему обычная защита может сработать или не сработать	Основная проектная реакция
Последовательная дуга	Через разрыв в предполагаемом пути тока	Ослабленный разъем, оборванная жила, некачественная опрессовка, ослабленный контакт клеммы	Ток дуги ограничен цепочкой и нагрузкой; он может оставаться ниже порога срабатывания предохранителя или автоматического выключателя	Специализированное обнаружение последовательной дуги и проверенный метод ее прерывания
Параллельная дуга	Между проводниками с разными потенциалами	Пробой изоляции, повреждение положительного и отрицательного проводников, загрязнение	Ток может быть высоким, но его величина зависит от топологии массива и доступных путей источника	Защита от сверхтока, защита от повреждения изоляции/замыкания на землю, гальваническая развязка и отключение при специфических неисправностях
Замыкание на землю	От токоведущего проводника на заземленный металл или путь к земле	Повреждение кабеля, попадание воды, пережатие изоляции	Ток повреждения может быть ограничен или распределен таким образом, что обычное устройство защиты от сверхтока (OCPD) не сработает	Обнаружение замыкания на землю, контроль изоляции, уравнивание потенциалов и соответствующее отключение

Стандарт NEC 690.11 и основная область испытаний по IEC 63027 касаются неисправностей, вызванных нарушением целостности цепи постоянного тока фотоэлектрической системы: последовательных дугах.

Эта граница имеет значение. Исследования Sandia показали, что последовательные и параллельные дуги могут создавать схожие высокочастотные сигнатуры, однако правильные действия по их прерыванию могут различаться. Размыкание последовательной цепи тока гасит последовательную дугу. Параллельная дуга может оставаться под напряжением от других ветвей массива, и неподходящая реакция может перенаправить ток через место повреждения. Поэтому система не должна заявлять о более широкой защите от дуги, если эта функциональность не была специально протестирована.

Почему фотоэлектрический предохранитель или автоматический выключатель постоянного тока (DC MCB) может не погасить последовательную дугу

Устройства защиты от сверхтоков срабатывают, когда ток превышает заданный времятоковый порог. Последовательная дуга добавляет полное сопротивление в нормальную цепь. Вместо увеличения тока она часто его снижает.

Рассмотрим цепочку, по которой при нормальной работе протекает ток 9 А. Если в поврежденном разъеме возникает последовательная дуга, ток может оставаться на уровне рабочего или ниже него, вместо того чтобы превысить порог срабатывания предохранителя цепочки или автоматического выключателя. Тем не менее, малый дуговой промежуток может генерировать достаточную локальную температуру для обугливания изоляции или воспламенения близлежащего полимерного материала.

Вот почему следующие устройства не обеспечивают автоматическую защиту от последовательной дуги:

Устройство	Основная функция	Почему это не устройство обнаружения дуги в фотоэлектрических системах
Предохранитель типа gPV	Защищает фотоэлектрические проводники и модули от определенных условий сверхтока	Последовательная дуга может не создавать достаточного сверхтока
Автоматический выключатель постоянного тока (MCB) или автоматический выключатель в литом корпусе (MCCB)	Размыкает цепь при перегрузке и токе короткого замыкания в пределах номинальных параметров применения постоянного тока	Тепломагнитный или электронный датчик перегрузки по току не идентифицирует автоматически сигнатуру дуги
СПД	Отводит энергию переходных перенапряжений	Не выполняет непрерывный анализ шумов тока в цепи на наличие последовательных дуг
Разъединитель постоянного тока	Обеспечивает коммутацию или изоляцию в пределах заявленных номинальных характеристик	Требует команды на срабатывание и обычно не обнаруживает дугу
Детектор замыкания на землю	Идентифицирует непреднамеренный ток утечки на землю или ухудшение изоляции	Последовательный разрыв цепи между проводниками может не приводить к появлению тока утечки на землю
Устройство защиты от дугового пробоя (AFDD/AFCI) переменного тока	Обнаруживает заданные характеристики дуги в конечных цепях переменного тока	Алгоритмы и стандарты продукции для бытовых сетей переменного тока не определяют характеристики работы в цепях постоянного тока фотоэлектрических систем

Эти устройства остаются необходимыми там, где этого требует проект. Защита от дугового пробоя является дополнительным координированным уровнем, а не заменой Защита цепей постоянного тока, рассчитанная на фотоэлектрические системы, плавких предохранителей, устройств защиты от перенапряжения или безопасной изоляции.

Требования стандарта NEC 690.11

Статья NEC 690.11 называется Защита цепей от дугового замыкания (постоянный ток). Согласно формулировкам, используемым в последних циклах NEC, фотоэлектрические системы с цепями постоянного тока, работающие при напряжении 80 В постоянного тока или выше между любыми двумя проводниками требуют наличия сертифицированного устройства защиты от дугового замыкания в фотоэлектрических системах или сертифицированных системных компонентов, обеспечивающих эквивалентную защиту.

Ожидается, что защищенная система будет обнаруживать и прерывать дуговые разряды, вызванные потерей целостности проводника, соединения, модуля или другого компонента фотоэлектрической системы постоянного тока.

NEC 690.11 является правилом монтажа

Его юридическая сила зависит от:

• редакция NEC, принятая штатом, городом, энергоснабжающей организацией или другим уполномоченным органом;
• местные поправки;
• относится ли цепь постоянного тока к зданию, находится ли она внутри него или связана с ним в соответствии с данной редакцией;
• применимо ли указанное исключение к конкретному маршруту и объекту;
• сертификация оборудования и инструкции по монтажу;
• принятие представленного проекта органом, обладающим юрисдикцией (AHJ).

Недавние формулировки норм включают исключения для определенных фотоэлектрических цепей, расположенных снаружи или связанных с конкретными условиями здания, когда проводники проложены с использованием соответствующих металлических систем электропроводки или под землей. Формулировки менялись в разных циклах пересмотра норм. Не копируйте исключение из старого чертежа в новый проект, не проверив редакцию, принятую на местном уровне.

Крупномасштабные фотоэлектрические электростанции также могут регулироваться дополнительными положениями статьи 691 и специфическими для проекта требованиями по пожарной безопасности. Определение "наземная установка" само по себе недостаточно для принятия решения о соответствии нормам.

NEC 690.11 не является правилом быстрого отключения (rapid shutdown)

NEC 690.11 и NEC 690.12 касаются различных видов опасностей:

• Защита от дугового замыкания обнаруживает опасные прерывистые дуги и инициирует отключение.
• Быстрое отключение контролирует напряжение проводников вокруг фотоэлектрических массивов на зданиях для снижения риска поражения электрическим током спасателей.

Одно устройство может выполнять обе функции, но соответствие одному разделу не доказывает автоматически соответствие другому.

Что на самом деле охватывает стандарт IEC 63027:2023

IEC 63027:2023, Фотоэлектрические системы электроснабжения – обнаружение и прерывание дуги постоянного тока, применяется к оборудованию, используемому для обнаружения и, опционально, прерывания дуги постоянного тока в цепях фотоэлектрических систем.

Опубликованная область применения устанавливает три важные границы:

1. Стандарт содержит процедуры испытаний для обнаружения последовательных дугах в фотоэлектрических цепях.
2. Стандарт регламентирует реакцию оборудования, используемого для прерывания таких дуг.
3. Стандарт распространяется на оборудование, подключенное к фотоэлектрическим системам с максимальным напряжением цепи источника фотоэлектрического тока, не превышающим 1500 В постоянного тока.

Это стандарт на продукцию, а не универсальное требование по установке. Национальные правила электромонтажа, строительные нормы, тендерная документация, требования страховых компаний или местные органы власти определяют, нужно ли устанавливать устройства защиты от дугового пробоя и где именно.

AFD, AFI и AFPE

Терминология МЭК разделяет функции обнаружения и размыкания цепи:

Термин	Значение	Функция
AFD	Детектор дугового пробоя	Обнаруживает дугу и формирует соответствующий сигнал или команду
AFI	Устройство защиты от дугового пробоя (прерыватель)	Получает команду и разрывает путь тока дуги
AFPE	Устройство защиты от дугового пробоя	Объединяет обнаружение и прерывание дуги в качестве комплексной защитной функции
AFS	Датчик дугового пробоя	Чувствительный элемент или канал, связанный с архитектурой обнаружения

Это различие позволяет избежать распространенной ошибки при закупке: AFD может обнаруживать дугу, не разрывая цепь самостоятельно. Если устройство предназначено только для обнаружения, проект должен определять совместимый AFI, канал связи, отказоустойчивое поведение и подтвержденную комплектность системы.

Классификация и зона покрытия имеют значение

Классификация по стандарту IEC 63027 предназначена для описания практических характеристик установки, включая:

• зону защиты в пределах фотоэлектрической системы;
• встроенную, автономную или распределенную реализацию;
• функциональность только обнаружения или обнаружения с разрывом цепи;
• максимальное количество контролируемых стрингов и входов;
• количество и распределение каналов обнаружения или датчиков;
• способ повторного включения после срабатывания.

Два инвертора могут оба заявлять о соответствии стандарту "IEC 63027 по обнаружению дуги", при этом охватывая разное количество стрингов, разные сечения проводников или разные функции отключения. Получите классификацию и протоколы испытаний для конкретной модели и версии прошивки, вместо того чтобы одобрять брошюру для всей серии изделий.

NEC 690.11 против IEC 63027 против UL 1699B

Предмет	NEC 690.11	UL 1699B	IEC 63027:2023
Роль документа	Требования правил устройства электроустановок	Североамериканский стандарт безопасности продукции	Международный стандарт эксплуатационных характеристик и испытаний продукции
Основное назначение	Определяет, когда требуется сертифицированная защита от дугового замыкания в цепях постоянного тока фотоэлектрических систем в юрисдикциях, принявших NEC	Поддерживает оценку/сертификацию оборудования для защиты цепей постоянного тока фотоэлектрических систем от дуговых замыканий	Классифицирует и тестирует оборудование для обнаружения и опционального прерывания дуги в цепях постоянного тока фотоэлектрических систем
Юридическая сила	Вступает в силу после принятия, интерпретируется органом, осуществляющим надзор (AHJ)	Актуально посредством сертификации, спецификации и соответствия нормам	Становится договорно или юридически значимым при принятии рынком, правилами монтажа или проектной спецификацией
Граница напряжения	В последних редакциях используется напряжение 80 В постоянного тока или выше между проводниками, в зависимости от редакции и исключений	Используйте указанную область применения и номинальные характеристики изделия	Оборудование, подключенное к цепям фотоэлектрических источников с напряжением до 1500 В постоянного тока
Основной фокус на неисправностях	Последовательное дуговое замыкание, вызванное нарушением целостности цепи	Защита от дуговых замыканий в цепях постоянного тока фотоэлектрических систем в рамках области действия стандарта	Процедуры испытаний для обнаружения последовательной дуги и реакции на ее прерывание
Прерывание	Требуется как часть результата защиты	Оценивается как часть указанной функции защиты	Опционально в рамках оборудования: AFD может только обнаруживать; AFPE включает прерывание
Проектная документация	Принятые нормы, чертежи, сертифицированное оборудование, инструкции, одобрение органом строительного надзора (AHJ)	Запись о сертификации/внесении в перечень и маркировка модели	Классификация, сертификат/протоколы испытаний, номинальные характеристики, ограничения по прошивке и установке

UL Solutions определяет UL 1699B как стандарт для защиты от дугового замыкания в фотоэлектрических системах постоянного тока. Таким образом, заявление о "соответствии NEC 690.11" должно быть подтверждено соответствующей сертификацией или сертифицированными эквивалентными компонентами системы, а не только внутренним алгоритмом обнаружения дуги.

IEC 63027 — это не IEC 62606

Схожая терминология может ввести покупателей в заблуждение:

• IEC 62606 охватывает устройства обнаружения дуговых замыканий (AFDD) для бытовых и аналогичных цепей переменного тока в рамках своей области применения.
• IEC 63027 охватывает оборудование для обнаружения и прерывания дуги постоянного тока в фотоэлектрических системах.

Бытовое устройство AFDD переменного тока, испытанное по стандарту IEC 62606, не является автоматически пригодным для фотоэлектрических цепей напряжением 1000 В или 1500 В. Форма волны, поведение источника, коммутационные помехи, система изоляции, условия окружающей среды и проблемы прерывания тока различаются.

Касательно категории устройств для конечных цепей переменного тока см. отдельное руководство VIOX по защите с помощью AFDD согласно IEC 62606.

Где может быть расположена защита от дугового замыкания в фотоэлектрических системах

Правильное расположение зависит от протестированной зоны защиты, топологии массива, количества стрингов и метода размыкания цепи.

Защита, встроенная в инвертор

Детектор анализирует один или несколько входов постоянного тока, а инвертор или связанное с ним распределительное устройство размыкает цепь после обнаружения дуги.

Преимущества

• меньшее количество внешних компонентов;
• доступ к данным MPPT и току;
• возможность ведения журнала событий и удаленной диагностики;
• часто встречается в конструкциях стринговых инверторов.

Вопросы для решения

• Сколько стрингов можно подключить к каждому контролируемому входу?
• Контролируется ли каждый стринг независимо или несколько стрингов объединяются перед одним датчиком?
• Обесточивает ли размыкание входа инвертора всю защищаемую секцию?
• Зависит ли эта функция от конкретной версии прошивки или настроек?
• Какое сечение кабеля между массивом, сумматором (комбайнером) и инвертором входит в зону тестируемого покрытия?

Защита на уровне сумматора (combiner-box) или на уровне стринга

Обнаружение ближе к массиву позволяет улучшить локализацию неисправностей и сократить количество стрингов, приходящихся на один канал измерения. Устройство AFD или AFPE может быть интегрировано в Объединительная коробка PV или установлены в качестве специализированного оборудования для стрингов.

Данная архитектура должна учитывать:

• количество параллельных стрингов;
• ток, протекающий от исправных стрингов к месту повреждения;
• размещение датчиков и независимость каналов;
• напряжение и полярность при размыкании цепи постоянного тока;
• температуру окружающей среды и степень защиты корпуса;
• сбои в системе связи и вспомогательном электропитании;
• координация с линейными предохранителями, разъединителями и системами управления инвертором.

Стандартная сумматорная коробка не становится устройством защиты от дуговых замыканий (AFPE) только лишь из-за наличия в ней предохранителей, УЗИП и выключателя постоянного тока.

Защита на уровне модуля или распределенная защита

Распределенные датчики или прерыватели позволяют сузить зону защиты и улучшить локализацию неисправностей. Они также увеличивают количество компонентов, объем оборудования на крыше, сложность коммуникаций и затраты на замену.

В рамках проекта необходимо проверить, что произойдет, если:

• одно устройство на модуле потеряет питание или связь;
• разомкнется только часть стринга;
• центральный контроллер станет недоступен;
• версии прошивок различаются на разных устройствах;
• параллельное повреждение остается под напряжением от соседних стрингов.

Координация AFCI с плавкими предохранителями, автоматическими выключателями, УЗИП и разъединителями

Комплексная схема защиты цепей постоянного тока фотоэлектрических систем предполагает выполнение одной функции каждым уровнем защиты.

Уровень защиты	Обнаружение или управление	Вопрос координации
Стринговый предохранитель	Условия обратного тока и заданные условия сверхтока	Согласуется ли его номинал с максимальным номиналом последовательного предохранителя модуля и током параллельных стрингов?
выключатель постоянного тока	Защита от перегрузки/короткого замыкания и коммутация в заявленных пределах	Рассчитан ли он на номинальное напряжение постоянного тока (PV DC), полярность, ток повреждения и время-токовую характеристику?
СПД	Грозовые и коммутационные перенапряжения	Подходит ли УЗИП для архитектуры напряжения фотоэлектрической системы и схемы заземления?
Разъединитель постоянного тока	Ручное или дистанционное переключение/изоляция	Может ли он прерывать заявленную нагрузку постоянного тока и включен ли он в цепь отключения AFPE?
Мониторинг замыкания на землю/сопротивления изоляции	Утечка или ухудшение изоляции	Какие неисправности остаются необнаруженными в незаземленной или функционально заземленной фотоэлектрической системе?
AFD/AFPE (устройство обнаружения дугового замыкания / оборудование защиты от дугового замыкания)	Характеристики последовательной дуги и проверенная реакция на прерывание	Какие секции цепи, количество стрингов, рабочий диапазон и сценарии неисправностей охватываются?

AFPE может подавать команду на инвертор, контактор, полупроводниковый переключатель или Устройство размыкания цепи постоянного тока, предназначенное для фотоэлектрических систем для прерывания пути последовательного тока. Исполнительное устройство должно быть частью оцениваемой архитектуры. Добавление независимого расцепителя к не связанному с ним автоматическому выключателю постоянного тока само по себе не обеспечивает соответствие требованиям IEC 63027 или UL 1699B.

Как фотоэлектрические разъемы и концевые заделки создают последовательные дуги

Фотоэлектрические разъемы часто вызывают беспокойство, поскольку они сочетают в себе малую площадь контактной поверхности с воздействием циклического изменения температуры окружающей среды, влаги, перемещением кабеля и длительным сроком службы.

Соединение разъемов разных брендов

Изделия, описанные как "совместимые с MC4", не обязательно квалифицируются как единая пара разъемов. Геометрия контактов, покрытие, сила пружины, сжатие уплотнения, допуски, размеры кабельного ввода и инструменты для сборки могут различаться. Используйте комбинации разъемов, разрешенные документацией на модуль, разъем и проект.

Неправильное обжатие

Неподходящие матрицы, изношенные инструменты, неверная длина зачистки, неподдерживаемый размер кабеля или не полностью вставленный проводник могут привести к образованию соединения с высоким сопротивлением. Испытание на растяжение само по себе не доказывает низкое электрическое сопротивление, в то время как электрическое испытание само по себе не доказывает механическую прочность. Соблюдайте полный процесс сборки и контроля, установленный производителем разъема.

Ослабленные клеммы и поврежденный кабель

Клеммы сумматоров, держатели предохранителей, выключатели постоянного тока и входы инверторов могут образовывать слабые соединения при неправильной подготовке проводника, неверном моменте затяжки или отсутствии компенсации натяжения. Истирание кабеля под модулями может привести как к последовательным разрывам цепи, так и к повреждению изоляции.

Таким образом, эффективная профилактика дуговых замыканий начинается еще до электроники:

• используйте документированные комбинации разъемов;
• используйте калиброванные и специализированные инструменты для опрессовки;
• соблюдайте значения момента затяжки клемм, указанные для конкретного компонента;
• прокладывайте кабели вдали от острых кромок и мест скопления воды;
• соблюдайте радиус изгиба и обеспечивайте разгрузку от натяжения;
• фиксируйте данные об установке стрингов и разъемов;
• проводите проверку внесенных изменений и замененных разъемов с той же тщательностью, что и при первоначальном монтаже.

Ввод в эксплуатацию системы защиты от дуговых замыканий в фотоэлектрических установках

Пусконаладочные работы должны подтверждать как защитную функцию, так и правильность условий установки, не допуская возникновения неконтролируемой электрической дуги.

Запись:

• номера моделей инвертора, AFD, AFI и AFPE;
• классификация по перечню или стандарту МЭК и номер сертификата;
• версия прошивки и активированные настройки защиты;
• максимальное скорректированное напряжение холостого хода цепи;
• диапазон рабочих токов и количество цепей на вход;
• сопоставление датчиков/каналов;
• сечения защитных проводников;
• устройство прерывания и цепь управления;
• сигнализация, журнал событий, связь и поведение при сбросе;
• семейства разъемов, инструменты для обжима, протоколы моментов затяжки и результаты проверок.

Используйте только одобренный производителем метод функционального тестирования или ввода в эксплуатацию. Не создавайте импровизированную дугу постоянного тока под напряжением для проверки работоспособности. Испытания сопротивления изоляции и целостности цепи также должны проводиться в соответствии с инструкциями к инвертору, оптимизатору, УЗИП и устройству обнаружения дугового пробоя (AFPE), чтобы испытательное напряжение не подавалось на подключенную электронику, которая не рассчитана на такое воздействие.

Устранение неисправностей при срабатывании солнечных устройств защиты от дугового пробоя (AFCI)

Срабатывание защиты от дугового пробоя следует рассматривать как потенциально реальный дефект проводки, пока расследование не докажет обратное. Повторный сброс без осмотра может привести к подаче напряжения на поврежденное соединение.

Начинайте с анализа фактов, а не с отключения настроек.

Квалифицированный персонал должен проверить:

• точный код события и отметку времени;
• затронутый вход MPPT, стринга, канала или датчика;
• напряжение и ток постоянного тока перед эксплуатацией;
• погодные условия и уровень инсоляции;
• события переключения инвертора, сети или связи;
• недавнее техническое обслуживание, замену модулей или работы с кабелями;
• историю возникновения той же неисправности при ее перемещении между каналами или сохранении в одном стринге.

Затем выполните процедуру изоляции и диагностики, предусмотренную производителем оборудования. Осмотрите разъемы, обжимные соединения, клеммы, трассировку кабелей, места возможного проникновения воды, точки истирания, компоненты сумматора и разъединители постоянного тока. Отсутствие видимых следов горения не является доказательством того, что не возникало прерывистой дуги.

Источники нежелательного срабатывания

Алгоритмы обнаружения должны отличать шум дуги от нормального высокочастотного поведения. К сложным условиям могут относиться:

• спектры переключения инвертора;
• переходные процессы при работе MPPT;
• длинные линии кабелей постоянного тока и связь между соседними цепочками;
• преобразователи постоянного тока в постоянный или силовая электроника на уровне модулей;
• внешние электромагнитные помехи;
• нестабильные разъемы, создающие реальные прерывистые помехи до появления видимых повреждений;
• некорректное распределение датчиков или неподдерживаемая конфигурация стрингов;
• устаревшее или несовместимое микропрограммное обеспечение (прошивка).

Корректирующее действие не должно заключаться в автоматическом снижении чувствительности или отключении AFCI. Сначала устраните физические дефекты, проверьте поддерживаемую конфигурацию массива и примените только одобренные производителем прошивки и настройки.

Контрольный список закупок для солнечных AFCI и AFPE

Вопрос покупателя	Запрашиваемые доказательства
Какому рыночному требованию это соответствует?	Принятый пункт NEC и листинг, классификация/протоколы испытаний по IEC 63027 или указанные требования к установке согласно местным нормам
Является ли изделие устройством обнаружения дуги (AFD) или комплектным оборудованием защиты от дуговых замыканий (AFPE)?	Функциональная блок-схема с указанием детектора, прерывателя, канала связи и вспомогательного источника питания
Какой участок цепи защищен?	Схема покрытия от модулей через сумматор до входов инвертора
Каковы электрические пределы?	Максимальное напряжение фотоэлектрической системы, диапазон Voc, диапазон Vmpp, Isc, Impp, полярность и снижение номинальных характеристик в зависимости от условий окружающей среды
Какое количество стрингов и входов поддерживается?	Максимальное количество стрингов на вход, количество входов на датчик и количество независимых каналов
Каким образом происходит гашение дуги?	Тип AFI, номинал отключения постоянного тока, путь прохождения команды и поведение в аварийном состоянии
Какой тип неисправности тестируется?	Область применения испытаний последовательной дуги, а также любая отдельно оцениваемая функциональность параллельной дуги или замыкания на землю
Как осуществляется управление повторным включением?	Правила ручного/автоматического управления, поведение блокировки, требования к осмотру и сохранение событий
Влияет ли прошивка на соответствие требованиям?	Сертифицированная версия прошивки, политика контроля изменений, процедура обновления и ограничения настроек
Как обрабатываются ложные срабатывания?	Испытания на электромагнитную совместимость (ЭМС), поддерживаемая топология, журналы диагностики, процедура обслуживания и техническая поддержка
Какие сертификаты являются действительными?	Номер сертификата, орган по сертификации, точная модель, производственная площадка (если применимо) и текущий статус
Как будет вводиться система в эксплуатацию?	Утвержденная методика испытаний, протоколы, аварийные сигналы, средства связи и инструкции по техническому обслуживанию

Избегайте спецификаций, в которых указано только "инвертор должен включать AFCI". Эта фраза не определяет стандарт, защищенную зону, количество контролируемых стрингов, функцию отключения или доказательства приемки.

Распространенные ошибки спецификации

Рассмотрение NEC 690.11 и IEC 63027 как эквивалентных документов

Один является положением правил монтажа, другой — стандартом эксплуатационных характеристик и испытаний продукции. В проекте могут быть ссылки на оба, но они отвечают на разные вопросы.

Предположение, что обнаружение всегда включает в себя размыкание цепи

IEC 63027 допускает использование оборудования только для обнаружения в рамках своей области применения. Уточните, является ли поставляемая система устройством AFD или полноценным AFPE.

Учет только входов постоянного тока инвертора

Количество физических входов не подтверждает количество независимых датчиков дуги или контролируемых стрингов. Получите классификацию и карту каналов.

Использование стандартного автоматического выключателя постоянного тока в качестве “солнечного AFCI”

Автоматический выключатель постоянного тока может выполнить команду на отключение только в том случае, если он предназначен для этой функции и интегрирован в аттестованную систему. Его обычный элемент защиты от сверхтока не обнаруживает последовательную дугу автоматически.

Отключение защиты после повторных срабатываний

Неисправный разъем или дефект кабеля могут создавать сигналы, похожие на дуговые, еще до появления видимых термических повреждений. Перед изменением настроек защиты необходимо проверить цепь и конфигурацию оборудования.

Путаница между дуговым замыканием (arc fault) и дуговой вспышкой (arc flash)

Защита от дугового замыкания в фотоэлектрических системах (PV) направлена на обнаружение устойчивых непреднамеренных дуг, которые могут привести к пожару. Анализ дуговой вспышки рассматривает тепловую энергию инцидента и воздействие на персонал при высокоэнергетических замыканиях. Они связаны физикой дуги, но представляют собой разные исследования и защитные функции.

ЧАСТО ЗАДАВАЕМЫЕ ВОПРОСЫ

Требует ли стандарт IEC 63027 обязательной установки AFCI на каждой солнечной электростанции?

Нет. IEC 63027 — это стандарт испытаний и эксплуатационных характеристик продукции. Требования к монтажу определяются национальными нормами, местными правилами, проектной документацией, страховыми компаниями или органами надзора (AHJ).

Подходит ли устройство AFDD по стандарту IEC 62606 для цепей постоянного тока (DC) фотоэлектрических систем?

Не на основании одного лишь стандарта IEC 62606. Этот стандарт охватывает применение AFDD в цепях переменного тока. Оборудование для фотоэлектрических систем постоянного тока требует оценки напряжения, характеристик цепи источника, методов обнаружения, размыкания и условий окружающей среды, что подтверждается соответствующими данными стандарта IEC 63027.

Применяется ли стандарт NEC 690.11 к каждой наземной фотоэлектрической системе?

Не обязательно. Применимость зависит от принятой редакции NEC, напряжения цепи, расположения относительно зданий, способа прокладки проводки, любых исключений согласно статьям 690 или 691, местных поправок и интерпретации со стороны органа, обладающего юрисдикцией (AHJ). Анализируйте конкретный проект, а не полагайтесь только на определение "наземная установка"."

Может ли встроенный в инвертор модуль AFCI защищать стринги, подключенные через сумматор (combiner box)?

Только в рамках его аттестованной конфигурации. Уточните максимальное количество параллельных стрингов, распределение датчиков, длину и зону защищаемых проводников, схему сумматора и путь размыкания цепи. Объединение большего количества стрингов, чем предусмотрено пределом испытаний, может изменить как силу сигнала дуги, так и пути тока повреждения.

Заменяет ли фотоэлектрический предохранитель или автоматический выключатель постоянного тока (DC MCB) устройство AFCI для солнечных систем?

Нет. Эти устройства защищают от определенных условий сверхтока. Последовательная дуга может оставаться ниже порога их срабатывания, поэтому может потребоваться специализированное устройство обнаружения дуги.

В чем разница между солнечным AFCI и AFPE?

Solar AFCI — это общепринятая в Северной Америке терминология для обозначения прерывания цепи при дуговом замыкании в фотоэлектрических системах. AFPE — это терминология IEC для оборудования, сочетающего обнаружение и прерывание дугового замыкания. Всегда проверяйте применимый стандарт и функциональность, а не считайте эти аббревиатуры универсально взаимозаменяемыми.

Требуют ли системы с микроинверторами защиты согласно NEC 690.11?

Многие архитектуры микроинверторов поддерживают напряжение цепей постоянного тока отдельных модулей ниже порогового значения NEC, но ответ зависит от фактического напряжения цепи и принятых норм. Уточните архитектуру оборудования и требования местных органов контроля (AHJ).

Можно ли дистанционно сбросить срабатывание AFCI?

Только если это допускается изделием, применимым стандартом/сертификацией, правилами монтажа и эксплуатационной инструкцией. Дистанционный сброс не должен заменять обязательную проверку или приводить к повторной подаче питания на потенциально поврежденное соединение. Проверьте заявленный метод повторного включения и историю событий.

Итоговое инженерное правило

Защита от дугового замыкания в цепях постоянного тока фотоэлектрических систем должна быть определена как системная функция, а не как трехбуквенная характеристика в рекламном буклете инвертора.

Для проектов по стандарту NEC подтвердите принятую версию NEC 690.11, границу цепи 80 В, любые действующие исключения, сертификацию оборудования, маршрут прокладки проводников и одобрение со стороны местного органа власти (AHJ). Для проектов по стандарту IEC подтвердите, является ли оборудование устройством обнаружения дуги (AFD) или устройством защиты от дуги (AFPE), его классификацию по IEC 63027, диапазон напряжения/тока, контролируемые стринги и каналы, зону защиты, метод прерывания, версию прошивки и поведение при повторном подключении.

Затем согласуйте эту функцию с фотоэлектрическими предохранителями, автоматическими выключателями постоянного тока, устройствами защиты от перенапряжения (УЗИП), разъединителями, защитой от замыканий на землю, разъемами, прокладкой кабелей и протоколами ввода в эксплуатацию. Предохранитель, автоматический выключатель постоянного тока (DC MCB), УЗИП или разъединитель остаются полезными компонентами, но ни один из них не должен позиционироваться как специализированное средство защиты от последовательной дуги в фотоэлектрических системах, если вся система не была аттестована на выполнение этой функции.

Технические справочные материалы

• IEC 63027:2023 – Фотоэлектрические системы энергоснабжения: обнаружение и прерывание дуги постоянного тока
• UL Solutions – Сертификация фотоэлектрических инверторов и преобразователей, включая стандарт UL 1699B
• ICC Digital Codes – Положения NEC по солнечной энергетике, включая раздел 690.11
• NREL – Материалы семинара по надежности фотоэлектрических модулей, посвященные последовательным и параллельным дугам в фотоэлектрических системах
• Sandia National Laboratories – Различие между последовательными и параллельными дуговыми замыканиями в фотоэлектрических системах