Hur ett Solar EPC Cut DC Arc Fault kostar med 35 % med Soutya AFCI Combiner Box

Kundens bakgrund

Mellanstort solcells-EPC-företag baserat i Stuttgart, Tyskland, designar och installerar kommersiella solcellssystem på taket över hela Europa. Med en portfölj på 80 MW under långa drift- och underhållskontrakt, betjänar företaget tillverkningsanläggningar, logistikcenter och kyllageroperatörer. Varje projekt sträcker sig från 500 kW till 2 MW och företaget ansvarar för både byggande och löpande underhåll.

Företagets O&M-team hade hanterat ett ökande antal växelriktarutlösningar och termiska händelser orsakade av DC-ljusbågsfel. Åldrande kontakter, skavning av trådar och lösa avslutningar i strängkretsarna var de främsta bovarna. När portföljen utökades började kostnaden för reaktivt underhåll urholka vinstmarginalerna.

Utmaningen: Oupptäckta DC-bågsfel

DC-bågsfel är farliga eftersom de håller utan att dra tillräckligt med ström för att utlösa en standardsäkring eller strömbrytare. I företagets befintliga kombinerarboxar installerades endast strängsäkringar och överspänningsskydd. Dessa gav överströms- och överspänningsskydd, men de kunde inte detektera serieljusbågsfel som uppstår i skadade kablar eller lösa anslutningar.

Konsekvenserna var påtagliga. Under de 12 månaderna före projektet svarade teamet på 14 växelriktarutlösningar som spårades tillbaka till skadade kontakter. Varje resa krävde ett platsbesök, värmeavbildningsskanningar och manuell inspektion av varje anslutning i strängen. En enda felsökningssession var i genomsnitt åtta timmar. Dessutom rapporterades två nästan-olyckor där en ljusbåge hade smält isoleringen av en kontakt, vilket orsakat rök och risk för brand. Den uppskattade kostnaden per sådan händelse, om den inte upptäcks, kan överstiga 50 000 USD i tillgångsskador och stilleståndstid.

Varför Soutya DC AFCI Combiner Box?

Bolaget utvärderade tre alternativ. Den första var att lägga till AFCI-moduler vid växelriktaringången, men det övervakar bara den kombinerade utsignalen från alla strängar och kan inte identifiera vilken sträng som har ett fel. Det andra alternativet var att ersätta alla kabelkontakter med högre kvalitet, vilket inte skulle ta itu med framtida försämring. Det tredje alternativet var Soutya DC AFCI-kombinationsboxen med en 12-i-1-konfiguration.

Beslutet kom ner till tre viktiga fördelar. För det första ger Soutya-kombinationsboxen per-sträng bågfeldetektion. Var och en av de 12 ingångarna övervakas oberoende, så ett fel lokaliseras omedelbart. För det andra integrerar enheten både AFCI- och överströmsskydd i en kapsling, vilket förenklar installationen och minskar antalet komponenter som ska inspekteras. För det tredje uppfyller den UL 1699B och stöder designkraven i IEC 62548, vilket ger EPC förtroende för både europeiska och exportmarknader.

Implementerings- och ansökningsprocess

Projektet distribuerades över tre kommersiella takfält, var och en med 8 till 10 strängar. Det totala projektet tog sex veckor från planering till driftsättning. De befintliga kombinerarlådorna togs bort och ersattes med Soutya DC AFCI-kombinationslådan. Eftersom 12-i-1-layouten matchade den befintliga strängdirigeringen, återanvände teamet de flesta av DC-kablarna, vilket sparade materialkostnader och installationstid.

En typisk svårighet var eftermontering i trånga utrymmen. Den nya kombinationslådan har ett större fotavtryck än en enkel enhet med säkring, så monteringsfästen behövde justeras på ett tak. Teamet löste detta genom att använda en bakplatta i rostfritt stål och flexibel ledning, vilket fullbordade eftermonteringen utan att ändra den strukturella layouten.

Efter installationen kopplade teamet Modbus RTU-utgången till det befintliga SCADA-systemet. Kombinationsboxen strömmade per sträng ström, spänning och ljusbågsfelstatus till fjärrövervakningscentret. Idrifttagningstester inkluderade ett simulerat bågfel, som enheten åtgärdade på under 0,5 sekunder samtidigt som den identifierade den exakta strängen.

Kvantifierbara resultat

• Minskad felsökningstid med 90 %:Den genomsnittliga svarstiden för fel sjönk från 8 timmar till 45 minuter eftersom AFCI-boxen omedelbart identifierar den felaktiga strängen.
• Sänkta driftskostnader med 35 %:De tre platserna kräver nu färre utryckningar. Årliga besparingar uppgår till 18 000 USD över hela portföljen.
• Minskad stilleståndstid för växelriktaren med 60 %:Genom att förhindra ihållande ljusbågsbildning som skulle orsaka växelriktarutlösningar upplevde anläggningarna 60 % färre oplanerade frånkopplingar.
• Detekterade två bågfel tidigt:Under de första 12 månaderna fångade enheten två serier av ljusbågsfel i deras initiala skede, vilket förhindrade potentiella bränder och skador.

Den totala effekten gick utöver siffror. O&M-teamet gick från reaktiv reparation till proaktiv inspektion. Data som samlades in från kombinerarboxen gjorde det möjligt för dem att schemalägga kabelbyten under planerade underhållsfönster än vid nödsituationer.

Kundrekommendation

"Soutya DC AFCI-kombinationsboxen gav vår besättning möjligheten att identifiera en felaktig anslutning innan den blev en brand. Larmet per sträng och dataloggningen har förändrat hur vi hanterar vår PV-portfölj."

Lektioner och rekommendationer

1. Placera bågfelsdetektering på strängnivå. Detektering på växelriktarnivå kan inte lokalisera fel och lämnar långa DC-kabeldragningar oskyddade.
2. Kombinera övervakning med skydd. En kombinerarbox som rapporterar ström och status per sträng skapar handlingsbara data för förutsägande underhåll.
3. Budget för utbildning. Symtom på ljusbågsfel skiljer sig från överströmshändelser, och tekniker måste förstå tekniken för att svara .

Om företaget skulle köra det här projektet igen, skulle de installera Soutya AFCI-boxar på alla nya projekt från början, än eftermontering. En standardisering av 12-i-1-konfigurationen skulle förenkla deras reservdelslager och göra fjärrdiagnostik mer konsekvent på olika platser.

Referenser

1. UL 1699B:2018 Photovoltaic (PV) DC Arc-Fault Circuit Protection.Länk
2. IEC 62548:2016 Fotovoltaiska (PV) arrayer — Designkrav.Länk
3. IEC 60364-7-712:2017 Elektriska lågspänningsinstallationer — Del 7-712: Solar PV strömförsörjningssystem.Länk