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太陽(yáng)能專家揭示光伏系統(tǒng)中的接地故障隱患


  來源: 福祿克公司 時(shí)間:2020-04-15 編輯:清風(fēng)
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直流接地故障是光伏系統(tǒng)中最常見的故障類型,其中有一半未被檢測(cè)到。直流接地故障是指電流通過直流電的電路中(逆變器之前)設(shè)備的接地導(dǎo)體的現(xiàn)象,也就是俗稱的泄漏電流。接地故障可能導(dǎo)致嚴(yán)重的安全問題,

例如電弧,并且在高電壓情況下會(huì)發(fā)生電弧閃絡(luò)事故。除安全隱患外,接地故障還有可能造成火災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn),因?yàn)槎搪冯娏鲿?huì)導(dǎo)致裸露的金屬溫度升高。



為了更好地理解直流接地故障,讓我們回顧一些術(shù)語(yǔ)并了解光伏系統(tǒng)內(nèi)部。


根據(jù)NEC的定義,接地是指:


設(shè)備接地導(dǎo)體(EGC)= “提供接地故障電流路徑的導(dǎo)電通路,該通路通常將設(shè)備的非載流金屬部件一起連接到系統(tǒng)接地導(dǎo)體和/或接地電極導(dǎo)體?!保ń饘偻鈿ぃ?

接地電極導(dǎo)體(GEC)=“用于將系統(tǒng)接地導(dǎo)體或設(shè)備連接至接地電極或接地電極系統(tǒng)上某一點(diǎn)的導(dǎo)體?!保ㄖ鹘拥貥O到接地網(wǎng))

接地導(dǎo)體= “特意接地的系統(tǒng)或電路導(dǎo)體”。



圖1:負(fù)極接地光伏系統(tǒng)(直流側(cè))


EGC用于將所有導(dǎo)電部件(模塊、機(jī)架)接合在一起,并提供通向GEC的路徑。GEC將EGC以及整個(gè)系統(tǒng)連接到接地電極。接地電極是一根插入至地下至少8英尺深的大金屬棒,材質(zhì)通常是銅、鋁或銅包鋁。

在直流接地故障中,電流流經(jīng)EGC或由于與接地導(dǎo)體意外接觸而接地的任何金屬。這種接觸通常是由于導(dǎo)體絕緣損壞、安裝不當(dāng)、電線擠壓和進(jìn)水造成的,這會(huì)在導(dǎo)體和EGC之間形成電氣連接。

為何直流接地故障非常危險(xiǎn)?



接地實(shí)際是有隱患的,有些小于1安培的漏電流無法被接地故障保護(hù)設(shè)備(GFP)察覺,而有些大的漏電流會(huì)使得保護(hù)自動(dòng)跳閘;這出現(xiàn)了一種情況,當(dāng)兩個(gè)情況都存在時(shí),大漏電流被跳閘斷開了,原來的漏電流則都會(huì)流到小漏電流的接地線上,巨額的電流瞬間融化絕緣,造成失火。這正是

2009年加利福尼亞州貝克斯菲爾德火災(zāi)中383千瓦光伏陣列導(dǎo)致大火的原因——12 AWG導(dǎo)線上的最初2.5安培的接地故障成為第二個(gè)311安培接地故障的通路,故障原因是500 MCM (7.7 AWG)輸出電纜上的一個(gè)伸縮接頭分離。當(dāng)接地故障保護(hù)設(shè)備清除第二個(gè)接地故障時(shí),大電流通過第一個(gè)未檢測(cè)到的接地故障返回,迅速熔化導(dǎo)線上的絕緣并引發(fā)火災(zāi)。

如何檢測(cè)和診斷直流接地故障?



如上所述,直流接地故障的檢測(cè)非常困難,特別是在大型光伏系統(tǒng)中。這是因?yàn)橹绷鹘拥毓收贤ǔP∮诮拥毓收媳Wo(hù)設(shè)備的最小靈敏度。檢測(cè)直流接地故障的技術(shù)包括絕緣電阻監(jiān)測(cè)和漏電開關(guān)測(cè)試儀(RCD)。建議每天早上使用絕緣電阻測(cè)試儀對(duì)地線和導(dǎo)體之間的絕緣電阻值進(jìn)行測(cè)試。這必須在陣列處于開路狀態(tài)時(shí)執(zhí)行。測(cè)試揭示兩種可能性——絕緣電阻高于最小值,系統(tǒng)可以啟動(dòng);或絕緣電阻低于最小值,表明可能出現(xiàn)絕緣損壞和接地故障。此外,可將RCD置于陣列導(dǎo)體上,以測(cè)量可能指示接地故障的異常電流。

診斷方法



每個(gè)連接點(diǎn)(直流斷路器、匯流箱),直至返回到陣列。一旦發(fā)現(xiàn)故障,請(qǐng)更換線纜,并記錄下測(cè)試和更換情況。





光伏系統(tǒng)中直流接地故障預(yù)防的前景如何?



使用無變壓器(非隔離)型逆變器可以防止直流接地故障,該逆變器具有可檢測(cè)低至300 mA故障的靈敏電子器件,以及無接地導(dǎo)體,從而減少了意外對(duì)地電流的可能性。無變壓器型逆變器不是通過電磁感應(yīng)將直流電轉(zhuǎn)換為交流電,而是通過電子器件進(jìn)行逆變,并且不采用鐵芯進(jìn)行電隔離。與實(shí)際接地的逆變器(帶有變壓器和GFP保險(xiǎn)絲)不同,該逆變器可以感應(yīng)小的接地故障并有效地使電路跳閘。另一項(xiàng)日益普及的策略是使用模塊級(jí)電力電子設(shè)備(MLPE),它可以切斷單個(gè)模塊的電源。

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