Che cos'è un guasto da arco CC?
Un guasto dell'arco è il flusso di energia elettrica attraverso un traferro tramite molecole di gas ionizzate. Sebbene l'aria sia normalmente considerata un mezzo non conduttore, un'elevata differenza di potenziale (voltaggio) tra due conduttori in stretta vicinanza può causare la rottura delle molecole d'aria nei loro costituenti ionizzati (chiamati a‘plasma’), che può quindi trasportare una carica da un elettrodo all'altro.
La temperatura di un arco elettrico dipende da una serie di fattori, come il livello del flusso di corrente, ma in un tipico sistema fotovoltaico è abbastanza calda da fondere vetro, rame e alluminio e da avviare la combustione dei materiali circostanti.
I guasti dell'arco CC si verificano sul cablaggio CC dei sistemi solari fotovoltaici.
Diagramma schematico– Sistema solare con inverter di stringa con cablaggio CC non protetto. I cavi, i giunti e le apparecchiature elettriche esposte a guasti da arco CC sono mostrati in rosso
L'arco è un problema sui sistemi elettrici CA? NO
L'arco non è visto come un pericolo comune nei normali sistemi elettrici CA. Ciò è in parte dovuto al fatto che gli standard, le pratiche e la progettazione dei componenti del settore elettrico si sono evoluti negli ultimi 100 anni o giù di lì, al punto che le moderne installazioni CA sono molto sicure.
L'arco è un problema minore nei sistemi CA perché gli archi CA tendono ad autoestinguersi quando la tensione si alterna, passando attraverso 0 volt cento volte al secondo per le alimentazioni di rete standard. Affinché un arco sia autosufficiente, le condizioni per l'avvio dell'arco devono essere presenti continuamente. La corrente continua rimane a una tensione continua e una volta stabilito un arco, continuerà fino a quando la tensione continua
Si verificano guasti dell'arco CC su tutti i sistemi solari? NO
I guasti dell'arco CC si verificano solo su sistemi con inverter di stringa che hanno circuiti di tensione CC non protetti superiori a circa 80 V CC.
In quale punto del sistema solare si verificano i guasti dell'arco CC?
I guasti possono verificarsi ovunque sul cablaggio CC che va dai moduli solari sul tetto all'inverter di stringa che di solito è installato adiacente al quadro principale. Ci sono circa 26 connessioni nel circuito CC di un piccolo impianto solare domestico (2kW) che vengono effettuate in loco dall'installatore solare e circa 50 connessioni su un sistema da 5kW. Tutti questi collegamenti effettuati dall'installatore solare sono un potenziale punto di guasto.
Sono inoltre presenti collegamenti aggiuntivi all'interno dei moduli solari, isolatori CC e inverter di stringa che sono potenziali punti di guasto.
Quali sono i tipi di guasto dell'arco CC che si verificano sui sistemi solari che utilizzano inverter di stringa?
Esistono tre tipi comuni di guasti da arco CC:
Serie– Un arco in serie si verifica quando una connessione viene interrotta mentre il fotovoltaico produce corrente. Qualsiasi connessione intermittente nel circuito CC ha il potenziale per produrre un guasto da arco CC. Questi collegamenti possono includere giunti saldati all'interno del modulo, collegamenti dei cavi del tipo a compressione, connettori utilizzati sui conduttori dei cavi collegati ai moduli FV, collegamenti negli isolatori DC, collegamenti nell'inverter, qualsiasi circuito DC nell'inverter o qualsiasi cavo DC nel circuito di stringa.
Parallelo– Gli archi paralleli si verificano quando si verifica un guasto nel sistema di isolamento e la corrente scorre tra positivo e negativo. Due conduttori di polarità opposta nello stesso circuito CC vengono spesso fatti passare l'uno vicino all'altro. L'isolamento tra i due fili può diventare inefficace a causa di animali che li masticano, rottura UV, fragilità, screpolature, ingresso di umidità e danni meccanici. I guasti degli archi paralleli possono continuare lungo i conduttori verso i materiali che bruciano array lungo il percorso.
A terra– Questo guasto richiede solo il guasto di un sistema di isolamento a terra. Questo può essere il telaio del modulo solare, il rack del pannello solare, il tetto o qualsiasi altra superficie collegata a terra.
Spesso un guasto può iniziare come un tipo di guasto (ad es. Guasto in serie) ma svilupparsi in un diverso tipo di guasto (ad es. Guasto in parallelo).
Cosa può innescare un guasto da arco CC?
Interruzione della continuità del conduttore dovuta a:
·Giunti allentati a causa di una cattiva installazione
·Giunti allentati a causa di connessioni di scarsa qualità
·Corrosione delle articolazioni nel tempo
Guasto del sistema di isolamento:
·Degradazione dell'isolamento nel tempo dovuta all'esposizione ai raggi UV
·Fessurazioni dell'isolamento nel tempo dovute a sbalzi di temperatura (caldo– freddo)
·Degrado dell'isolamento dovuto all'invecchiamento
·Danni all'isolamento da roditori, insetti, uccelli
·Danni all'isolamento durante l'installazione
·Danni all'isolamento dovuti a futuri lavori edili
·Ingresso di acqua a cavi, canaline.
·Ingresso di acqua agli isolatori CC a causa di una cattiva installazione
·Ingresso di acqua agli isolatori CC a causa del degrado delle guarnizioni nel tempo
·Ingresso di acqua all'inverter
·Ingresso di acqua nel modulo solare o nella scatola di giunzione
I guasti dell'arco DC sono qualcosa di cui preoccuparsi?SÌ
I guasti dell'arco DC sono stati identificati come la causa principale di oltre 400 incendi di edifici domestici e commerciali in Australia– costruire incendi che mettono a rischio la sicurezza degli occupanti e causano danni alla proprietà. I guasti dell'arco CC causano anche danni significativi alle apparecchiature solari.
I componenti di cablaggio CC di altissima qualità possono essere selezionati e installati con la massima cura. Tuttavia, l'isolamento del cavo e il degrado dei conduttori si verificheranno nel tempo, il che può causare un guasto da arco CC.
Se vedi o senti un guasto dell'arco CC, lo spegnimento dell'inverter può arrestare l'arco?NO
I guasti dell'arco CC si verificano sul cablaggio CC sotto l'array solare, ovunque lungo il cablaggio CC dall'array solare sul tetto all'inverter di stringa e persino all'interno dell'inverter di stringa. Lo spegnimento dell'inverter non interrompe il cablaggio CC. Il cablaggio CC dall'array solare all'inverter è attivo ogni volta che il sole splende e non esiste alcun metodo per isolare questo cablaggio. Quindi lo spegnimento dell'inverter non estingue un guasto da arco CC. A seconda della posizione del guasto, l'azionamento dell'isolatore CC sul tetto può isolare il guasto e spegnere l'arco, tuttavia ciò richiederà l'accesso al tetto e l'individuazione dell'isolatore CC appropriato. L'interruzione di un guasto da arco CC con un isolatore non è priva di pericoli e sarebbe considerata solo come ultima risorsa.
Gli inverter di stringa con protezione da arco elettrico incorporata forniscono protezione per tutti i tipi di guasto da arco CC?NO
Sono ora disponibili alcuni inverter di stringa con rilevamento dei guasti da arco incorporato. Tuttavia, NON rilevano e isolano tutti i tipi di guasti da arco CC sopra elencati.
Gli inverter con rilevamento dell'arco integrato identificano un guasto da arco CC utilizzando il rumore sul cablaggio CC prodotto dall'arco. Una volta rilevato un arco, il circuito CC sull'inverter verrà isolato. Questo estinguerà a‘serie’ arco ma NON si estinguerà a‘parallelo’ o‘terra’ arco di guasto. Il cablaggio CC sotto l'array solare e fino all'inverter rimarrà attivo quando il circuito CC è isolato sull'inverter. Un guasto in parallelo o a terra continuerà ad arco sui sistemi solari che utilizzano inverter di stringa con protezione contro i guasti da arco CC.
I guasti dell'arco CC si verificano solo sugli isolatori CC?NO
C'è una convinzione comune tra alcuni installatori solari che i guasti dell'arco CC si verificano solo sugli isolatori CC. Questo non è corretto. I guasti da arco CC si verificano ovunque vi siano giunti nei cavi CC, interruzione della continuità del cavo o interruzione dell'isolamento. Ciò si verifica sui moduli solari, sui connettori CC, sui cavi CC, sui giunti degli isolatori CC o all'interno dell'inverter.
La rimozione degli isolatori CC da tetto è un'opzione per ridurre i guasti da arco CC?NO
La mancata installazione degli isolatori CC sul tetto eliminerà sicuramente la possibilità che si guasti in futuro. Tuttavia, la teoria elettrica di base impone che sia necessario essere in grado di isolare un generatore di elettricità il più vicino possibile alla fonte. Ad esempio, se si verifica un guasto sul cablaggio CC nella cavità del tetto o in qualsiasi punto tra i moduli solari e l'inverter di stringa, il sistema deve essere dotato di un modo per interrompere l'alimentazione per isolare il guasto. Se una persona ha avuto la sfortuna di entrare in contatto con il cablaggio CC, la procedura standard di salvataggio sicuro consiste nell'isolare l'alimentazione prima di tentare un soccorso.
Pertanto, sebbene la rimozione dell'isolatore CC sul tetto possa sembrare un modo semplice per prevenirne il malfunzionamento, non è pratico lasciare il sistema senza mezzi per isolare il pannello solare in caso di guasto o incidente.
La rimozione degli isolatori CC impedirà i guasti dell'arco CC?NO
I guasti da arco CC si verificano ovunque vi siano giunti nei cavi CC, interruzione della continuità del cavo o interruzione dell'isolamento del cavo. Se un isolatore CC è stato sostituito con una scatola di giunzione o una scatola di marshalling del connettore CC, i guasti continueranno a verificarsi in questo punto e in altri punti del circuito CC.
L'approccio più efficace per prevenire i guasti da arco CC è eliminare la presenza di tensioni CC pericolose utilizzando microinverter o l'uso di alcuni sistemi ottimizzati CC con CC sicura.
La probabilità di guasti da arco elettrico CC aumenta con l'invecchiamento dei sistemi solari con inverter di stringa?SÌ
La probabilità di un guasto da arco CC aumenta con l'invecchiamento dei sistemi solari. Questo perché i giunti nel cablaggio CC si corrodono nel tempo aumentando l'impedenza, provocando il calore e la rottura della continuità del giunto con conseguente guasto dell'arco CC. Inoltre, le guarnizioni su isolatori, condotti ecc. Si degradano nel tempo, consentendo l'aumento di acqua che può causare un guasto da arco CC.
Roditori, insetti, uccelli possono danneggiare l'isolamento, lavori futuri possono danneggiare l'isolamento o l'isolamento può semplicemente degradarsi nel tempo.
È vero che finché un sistema solare CC è installato in conformità con gli standard australiani (AS5033) e vengono utilizzate apparecchiature e pratiche di installazione di buona qualità, il sistema è‘sicuro’?NO
Numerosi sono stati i casi di incendi scoppiati a causa delle attrezzature prese in considerazione‘alta qualità’ al momento dell'installazione, solo per essere stato richiamato dal produttore anni dopo per difetti di fabbricazione o di progettazione. Spesso questi difetti non si manifestano fino a quando il sistema non funziona da diversi anni.
Installare sistemi solari sui tetti è un compito difficile ea volte pericoloso, soprattutto in condizioni spesso calde e scomode. Queste condizioni non favoriscono una lavorazione perfetta e ci vuole solo un momentaneo intervallo di concentrazione per non serrare una scatola di giunzione o un isolatore CC alla coppia corretta– che alla fine fallirà a causa di infiltrazioni d'acqua. L'esperienza pratica è che anche il miglior commerciante può commettere errori occasionalmente e con i sistemi DC questi errori possono avere conseguenze catastrofiche.
Gli standard australiani (in particolare AS5033) fanno di tutto per cercare di eliminare tutte le probabili cause di guasti da arco CC all'interno di un sistema solare. Esistono rigorosi regimi di ispezione (molto più di qualsiasi installazione elettrica regolare) e ci sono ancora numerosi esempi di guasti catastrofici da arco CC che si verificano ogni giorno sui sistemi solari CC in Australia. Questo da solo dovrebbe rispondere alla domanda se seguire gli standard australiani esistenti sia sufficiente per eliminare i guasti dell'arco CC.
L'unico modo per eliminare il rischio di guasti da arco CC è eliminare la pericolosa tensione CC stessa dal sistema o utilizzare una tecnologia appositamente progettata per ridurre la tensione del sistema a livelli di sicurezza in caso di guasto.
La manutenzione regolare può prevenire guasti da arco CC su sistemi solari con inverter di stringa e cablaggio CC non protetto?NO
È opinione comune che se un sistema solare CC con cablaggio CC a media tensione non protetto viene installato in conformità con gli standard australiani AS5033 e sottoposto a regolare manutenzione, è perfettamente sicuro. Questo non è vero. Un installatore solare può eseguire regolarmente la manutenzione di un sistema solare. Tuttavia, anche quella notte dopo l'ispezione o qualsiasi notte dopo l'ispezione, un roditore, un opossum ecc. Possono mordere l'isolamento del cablaggio CC. Quando il sole sorge i pannelli solari iniziano a produrre energia, i conduttori nudi diventano sotto tensione causando un guasto da arco CC e un incendio dell'edificio. È praticamente impossibile per un installatore solare controllare che tutte le guarnizioni siano impermeabili impedendo l'ingresso di acqua e controllare anche che tutti i giunti dei cavi non siano corrosi e soggetti ad alta impedenza.
Semplicemente non esiste un programma di manutenzione che possa prevenire un guasto da arco CC su sistemi solari con inverter di stringa e cablaggio CC non protetto.
Questo accade solo in Australia?NO
Gli Stati Uniti stanno guidando l'Australia nell'affrontare questo problema. Nel 2014, hanno introdotto, tramite il National Electric Code (NEC), requisiti di spegnimento rapido per gli array solari. Questo diseccita il cavo CC dal tetto all'inverter quando il sistema è spento. Sebbene ciò abbia aiutato, sono continuati gli episodi di guasti da arco CC con l'array solare. quindi stanno ora pianificando di introdurre misure secondo NEC2017 sullo spegnimento rapido a livello di pannello solare per limitare la tensione CC massima all'interno degli array a 80 V CC o inferiore quando il sistema è spento. Il rapido spegnimento a livello del pannello solare fornirà una maggiore sicurezza per i servizi di emergenza e chiunque possa entrare in contatto con il sistema solare.
Il Regno Unito ha riconosciuto il problema e ha intrapreso un'indagine dettagliata sugli incendi solari causati da guasti dell'arco CC.
(Riferimento da https://www.acsolarwarehouse.com/)
