Hvordan en Solar EPC Cut DC Arc Fault koster med 35 % med Soutya AFCI Combiner Box

Kundebakgrunn

Mellomstort solcelle-EPC-selskap med base i Stuttgart, Tyskland, designer og installerer kommersielle solcelleanlegg på taket over hele Europa. Med en portefølje på 80 MW under langsiktige O&M-kontrakter, betjener selskapet produksjonsanlegg, logistikksentre og fryselageroperatører. Hvert prosjekt spenner fra 500 kW til 2 MW, og selskapet er ansvarlig for både bygging og løpende vedlikehold.

Selskapets O&M-team hadde hatt å gjøre med et økende antall vekselretterutkoblinger og termiske hendelser forårsaket av DC-buefeil. Aldrende kontakter, gnaging av ledninger og løse avslutninger i strengkretsene var hovedårsakene. Etter hvert som porteføljen ble utvidet, begynte kostnadene for reaktivt vedlikehold å tære på fortjenestemarginene.

Utfordringen: Uoppdagede DC-buefeil

DC-buefeil er farlige fordi de opprettholdes uten å trekke nok strøm til å utløse en standard sikring eller strømbryter. I selskapets eksisterende kombibokser var det kun montert strengsikringer og overspenningsvern. Disse ga overstrøm- og overspenningsbeskyttelse, men de kunne ikke oppdage seriebuefeil som oppstår i skadede kabler eller løse koblinger.

Konsekvensene var følbare. I løpet av de 12 månedene før prosjektet reagerte teamet på 14 omformerturer som ble sporet tilbake til skadede koblinger. Hver tur krevde et besøk på stedet, termisk bildeskanning og manuell inspeksjon av hver forbindelse i strengen. En enkelt feilsøkingsøkt var i gjennomsnitt åtte timer. I tillegg ble det rapportert om to nestenulykker der en lysbue hadde smeltet isolasjonen til en kontakt, forårsaket røyk og risiko for brann. Den estimerte kostnaden per slik hendelse, hvis den ikke fanges opp, kan overstige $50 000 i skade på eiendeler og nedetid.

Hvorfor Soutya DC AFCI Combiner Box?

Selskapet vurderte tre alternativer. Den første var å legge til AFCI-moduler ved inverterinngangen, men det overvåker bare den kombinerte utgangen til alle strenger og kan ikke identifisere hvilken streng som har en feil. Det andre alternativet var å erstatte alle kabelkontakter med høyere kvalitet, noe som ikke ville adressere fremtidig forringelse. Det tredje alternativet var Soutya DC AFCI-kombinasjonsboksen med en 12-i-1-konfigurasjon.

Avgjørelsen kom ned til tre viktige fordeler. For det første gir Soutya-kombinasjonsboksen per-streng buefeildeteksjon. Hver av de 12 inngangene overvåkes uavhengig, så en feil lokaliseres umiddelbart. For det andre integrerer enheten både AFCI- og overstrømsbeskyttelse i ett kabinett, noe som forenkler installasjonen og reduserer antall komponenter som skal inspiseres. For det tredje er den i samsvar med UL 1699B og støtter designkravene i IEC 62548, noe som gir EPC tillit for både europeiske og eksportmarkeder.

Implementering og søknadsprosess

Prosjektet ble distribuert over tre kommersielle tak-arrayer, hver med 8 til 10 strenger. Det totale prosjektet tok seks uker fra planlegging til igangsetting. De eksisterende kombineringsboksene ble fjernet og erstattet med Soutya DC AFCI-kombinasjonsboksen. Fordi 12-i-1-oppsettet matchet den eksisterende strengrutingen, gjenbrukte teamet de fleste DC-kablene, noe som sparte materialkostnader og installasjonstid.

En typisk vanskelighet var ettermontering i trange rom. Den nye kombineringsboksen har et større fotavtrykk enn en enkel enhet med sikring, så monteringsbrakettene måtte justeres på ett tak. Teamet løste dette ved å bruke en bakplate i rustfritt stål og fleksibel ledning, og fullførte ettermonteringen uten å endre den strukturelle layouten.

Etter installasjonen koblet teamet Modbus RTU-utgangen til det eksisterende SCADA-systemet. Kombinasjonsboksen streamet per-streng strøm, spenning og lysbuefeilstatus til det eksterne overvåkingssenteret. Igangsettingstester inkluderte en simulert lysbuefeil, som enheten ryddet på under 0,5 sekunder mens den identifiserte den eksakte strengen.

Kvantifiserbare resultater

• Redusert feilsøkingstid med 90 %:Gjennomsnittlig responstid for feil falt fra 8 timer til 45 minutter fordi AFCI-boksen umiddelbart identifiserer den defekte strengen.
• Reduserte driftskostnader med 35 %:De tre stedene krever nå færre nødmeldinger. Årlige besparelser beløper seg til $18 000 på tvers av porteføljen.
• Redusert nedetid for omformeren med 60 %:Ved å forhindre vedvarende lysbuedannelse som ville forårsake utkobling av omformeren, opplevde anleggene 60 % færre uplanlagte frakoblinger.
• Oppdaget to lysbuefeil tidlig:I løpet av de første 12 månedene fanget enheten to seriebuefeil i det innledende stadiet, og forhindret potensielle branner og skader.

Den samlede virkningen gikk utover tall. O&M-teamet skiftet fra reaktiv reparasjon til proaktiv inspeksjon. Dataene samlet inn fra kombineringsboksen gjorde dem i stand til å planlegge kabelutskiftninger under planlagte vedlikeholdsvinduer enn på en nødssituasjon.

Kundeanbefaling

"Soutya DC AFCI-kombinasjonsboksen ga vårt mannskap muligheten til å identifisere en sviktende kobling før den ble en brann. Alarmen per streng og dataloggingen har endret måten vi administrerer vår PV-portefølje."

Leksjoner og anbefalinger

1. Plasser lysbuefeildeteksjon på strengnivå. Deteksjon på vekselretternivå kan ikke lokalisere feil og etterlater lange DC-kabelløp ubeskyttet.
2. Kombiner overvåking med beskyttelse. En kombinasjonsboks som rapporterer strøm og status per streng skaper handlingsbare data for prediktivt vedlikehold.
3. Budsjett for trening. Buefeilsymptomer skiller seg fra overstrømhendelser, og teknikere må forstå teknologien for å reagere.

Hvis selskapet skulle kjøre dette prosjektet igjen, ville de installere Soutya AFCI-bokser på alle nye prosjekter fra starten, enn ettermontering. Standardisering på 12-i-1-konfigurasjonen ville forenkle reservedelsbeholdningen deres og gjøre fjerndiagnostikk mer konsistent på tvers av nettsteder.

Referanser

1. UL 1699B:2018 Fotovoltaisk (PV) DC Arc-Fault Circuit Protection.Link
2. IEC 62548:2016 Fotovoltaiske (PV) arrays — Designkrav.Link
3. IEC 60364-7-712:2017 Elektriske lavspenningsinstallasjoner — Del 7-712: Solar PV-strømforsyningssystemer.Link