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太阳能专家揭示光伏系统中的接地故障隐患

2020-04-15 16:23:12 南京锦顺网络科技有限公司 阅读

太阳能专家揭示光伏系统中的接地故障隐患

直流接地故障是光伏系统中最常见的故障类型,其中有一半未被检测到。直流接地故障是指电流通过直流电的电路中(逆变器之前)设备的接地导体的现象,也就是俗称的泄漏电流。接地故障可能导致严重的安全问题,

例如电弧,并且在高电压情况下会发生电弧闪络事故。除安全隐患外,接地故障还有可能造成火灾的风险,因为短路电流会导致裸露的金属温度升高。


为了更好地理解直流接地故障,让我们回顾一些术语并了解光伏系统内部。

根据NEC的定义,接地是指:

  • 设备接地导体(EGC)= “提供接地故障电流路径的导电通路,该通路通常将设备的非载流金属部件一起连接到系统接地导体和/或接地电极导体。”(金属外壳)

  • 接地电极导体(GEC)=“用于将系统接地导体或设备连接至接地电极或接地电极系统上某一点的导体。”(主接地极到接地网)

  • 接地导体= “特意接地的系统或电路导体”。

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EGC用于将所有导电部件(模块、机架)接合在一起,并提供通向GEC的路径。GEC将EGC以及整个系统连接到接地电极。接地电极是一根插入至地下至少8英尺深的大金属棒,材质通常是铜、铝或铜包铝。

在直流接地故障中,电流流经EGC或由于与接地导体意外接触而接地的任何金属。这种接触通常是由于导体绝缘损坏、安装不当、电线挤压和进水造成的,这会在导体和EGC之间形成电气连接。

为何直流接地故障非常危险?



接地实际是有隐患的,有些小于1安培的漏电流无法被接地故障保护设备(GFP)察觉,而有些大的漏电流会使得保护自动跳闸;这出现了一种情况,当两个情况都存在时,大漏电流被跳闸断开了,原来的漏电流则都会流到小漏电流的接地线上,巨额的电流瞬间融化绝缘,造成失火。这正是

2009年加利福尼亚州贝克斯菲尔德火灾中383千瓦光伏阵列导致大火的原因——12 AWG导线上的最初2.5安培的接地故障成为第二个311安培接地故障的通路,故障原因是500 MCM (7.7 AWG)输出电缆上的一个伸缩接头分离。当接地故障保护设备清除第二个接地故障时,大电流通过第一个未检测到的接地故障返回,迅速熔化导线上的绝缘并引发火灾。

如何检测和诊断直流接地故障?



如上所述,直流接地故障的检测非常困难,特别是在大型光伏系统中。这是因为直流接地故障通常小于接地故障保护设备的最小灵敏度。检测直流接地故障的技术包括绝缘电阻监测和漏电开关测试仪(RCD)。建议每天早上使用绝缘电阻测试仪对地线和导体之间的绝缘电阻值进行测试。这必须在阵列处于开路状态时执行。测试揭示两种可能性——绝缘电阻高于最小值,系统可以启动;或绝缘电阻低于最小值,表明可能出现绝缘损坏和接地故障。此外,可将RCD置于阵列导体上,以测量可能指示接地故障的异常电流。

诊断方法



每个连接点(直流断路器、汇流箱),直至返回到阵列。一旦发现故障,请更换线缆,并记录下测试和更换情况。

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光伏系统中直流接地故障预防的前景如何?



使用无变压器(非隔离)型逆变器可以防止直流接地故障,该逆变器具有可检测低至300 mA故障的灵敏电子器件,以及无接地导体,从而减少了意外对地电流的可能性。无变压器型逆变器不是通过电磁感应将直流电转换为交流电,而是通过电子器件进行逆变,并且不采用铁芯进行电隔离。与实际接地的逆变器(带有变压器和GFP保险丝)不同,该逆变器可以感应小的接地故障并有效地使电路跳闸。另一项日益普及的策略是使用模块级电力电子设备(MLPE),它可以切断单个模块的电源。

成功预防、检测和诊断直流接地故障是光伏系统大规模调试计划的一部分。

专家简介

Michael Ginsberg是太阳能专家、美国国务院培训导师、作家和哥伦比亚大学工程科学博士。他还是

Mastering Green

的首席执行官,培训了全球近千名太阳能光伏安装、维护和操作技术人员。


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