Ongelmanratkaisu osittaispurkauksissa aurinkokennojen liittimissä: hyödyntämättömien aurinkovoimaloiden eristystä hiljaa tuhoava ilmiö

K: Kuinka aurinkosähköinsinöörit voivat diagnosoida ja estää 'osittaispurkausta' aurinkosähköliittimissä, jota pidetään teollisuuskokoisten voimaloiden eristyksen hiljaisena tappajana?

Kun hyötyverkon mittakaavan aurinkosähkö (PV) -voimalaitokset laajentuvat 1500 V:n tasajännitearkkitehtuuriin, sähköeristysjärjestelmät altistuvat ennennäkemättömän korkealle sähkökentän jännitteelle. Näissä korkeajännitteisissä olosuhteissa pienet fysikaaliset epätäydellisyydet, jotka olivat va harmittomia vanhoissa 1000 V:n järjestelmissä, voivat aiheuttaa tuhoavan sähköilmiön, jota kutsutaan osittaispurkaukseksi (PD). Insinöörit usein viittaavat osittaispurkaukseen hiljaiseksi tappajaksi; se on paikallinen sähköinen purkautuminen, joka ei täysin yhdistä kahta johtajaa toisiinsa. Se tapahtuu eristysmateriaalin sisällä aurinkosähköliittimien tyhjiöissä, halkeamissa tai pinnan rajapinnoissa. Jos osittaispurkaus jätetään huomiotta, se syö hitaasti ja hiljaa polymeerikuoren molekulaarista rakennetta, mikä lopulta johtaa katastrofaaliseen eristysvaurioon, vaihe- ja maadoitustuloksiin sekä tuhoaviin aurinkosähköjärjestelmän kytkentäketjujen tulviin. Tässä teknisessä artikkelissa käsitellään osittaispurkauksen mekanismeja aurinkosähköliittimissä, sen vianmääritystä kentällä sekä sitä, miten SUNNOM-liittimien suunnittelu estää sen esiintymisen.

Osittaispurkauksen fysiikka: Miksi se tapahtuu 1500 V:n liittimissä

Jotta osittaispurkauksia voidaan tehokkaasti vianetsiä, insinöörien on ensin ymmärrettävä sen perustavat fysikaaliset periaatteet. Missä tahansa korkeajännitteisessä sähkökomponentissa sähkökenttä jakautuu sekä johtimien että niitä ympäröivien eristävien materiaalien kesken. Osittaispurkaus tapahtuu, kun paikallinen sähkökentän voimakkuus ylittää eristävän väliaineen pienellä alueella sen dielektrisen läpilyöntilujuden:

• Dielektrisen vakion epäyhteensopivuus tyhjiöissä: Ilmalla on paljon pienempi dielektrinen vakio ja läpilyöntilujuuksia kuin kiinteillä eristävillä polymeereillä, kuten polyfenyleeniodoksidilla (PPO). Jos liittimen muovikoteloissa on mikroskooppinen ilmakupla tai tyhjiö, tai jos kaapelieristeen ja liittimen tiivisteen välisessä rajapinnassa on pieni ilmarao, sähkökenttä keskittyy voimakkaasti kyseiseen tyhjiöön. Koska ilma ei kestä tätä keskitettyä jännitejännitystä, se läpilyö, mikä aiheuttaa pienen kipinän tai sähköisen purkauksen. Tämä purkaus on osittainen, koska ympäröivä korkealaatuinen muovi estää sen muodostumasta välittömästi täydelliseksi oikosulkukaareksi.
• Kosteus- ja kontaminaatiotietä: Kun vähän vesipisaroita tai johtavia pölyhiukkasia (esimerkiksi hiilipitoinen pöly tai metallipöly) pääsee yhdistettyyn liittimen pariin, ne muodostavat paikallisesti johtavia reittejä liittimen sisäisten muovipintojen varrella. Tämä pienentää tehollisia kiertomatkoja ja ilmavälejä, vääntää sähkökenttää ja saa aikaan pintapuolisia osittaispurkauksia.
• Korkeajännitekuormitus: Siirtyminen 1000 V:sta 1500 V:n tasavirtaan lisää liittimen eristeen sähkökenttäkuormitusta 50 prosentilla. Tämä korkeampi jännite tekee mikroskooppisten tyhjiöiden sisällä olevasta ilmasta huomattavasti todennäköisemmin ionisoituvaa, mikä alentaa osittaispurkausten alkamisen kynnystä.

Hiljainen tuho: Kuinka osittaispurkaukset tuhoavat aurinkosähköliittimien eristeen

Osittaispurkaus on erityisen vaarallinen, koska sitä ei voi nähdä tai kuulla sen varhaisessa ja keskivaikeassa vaiheessa. Se on hitaasti etenevä, progressiivinen heikkenemisprosessi:

• Kemiallinen kuluminen: Joka kerta, kun osittainen purkauksen tapahtuma esiintyy, se tuottaa mikroskooppisia määriä otsonia, typpioksideja ja lämpöä. Nämä erittäin reaktiiviset kemikaalit hyökkäävät muovikoteloituksen polymeeriketjuja vastaan, hajottavat sen kemiallisen rakenteen ja vähentävät sen eristysvoimaa.
• Hiilijälki: Mikropurkausten paikallinen lämpö hiiltää muovin. Hiili on erinomaisen johtavaa. Ajan mittaan nämä pienet hiiltäneet radat kasvavat puun oksien kaltaisina muovikotelon paksuuden läpi tai sen pinnan yli; tätä ilmiötä kutsutaan puumaisuudeksi tai hiilijäljitykseksi.
• Katastrofaalinen läpilyönti: Lopulta hiiltänyt rata kasvaa niin pitkäksi, että se yhdistää jäljelle jääneen kiinteän eristeen. Tällöin eriste epäonnistuu täysin, mikä johtaa äkilliseen, korkeatehoiseen tasavirtakaareen, vaihe–maa-vikaan tai liittimen päiden välimiseen oikosulkuun, joka sulattaa liittimen välittömästi ja voi sytyttää kuivaa heinää, katon rakenteita tai kaapelikiskoja.

Paikan päällä suoritettavat diagnostiikka- ja vianmääritysmenetelmät

Koska osittainen purkautuminen on hiljainen, perinteiset sähköiset testausmenetelmät eivät usein havaitse sitä ennen kuin on jo liian myöhäistä. Esimerkiksi standardi eristysvastuun (megger) mittaus mittaa vastusta vain tietyllä hetkellä alhaisessa kuormituksessa ja saattaa näyttää täydellisiä tuloksia, vaikka liitin sisältäisi vakavia sisäisiä osittaisia purkautumia. Osittaisen purkautumisen tunnistamiseksi ennen katastrofaalista vikaantumista aurinkoenergian käyttö- ja huoltotiimit (O&M) pitäisi hyödyntää edistyneitä diagnostisia työkaluja:

• Ulträäniakustinen havainta: Jokainen osittainen purkautuminen tuottaa korkeataajuista akustista aaltoa, yleensä 30–100 kHz:n taajuusalueella. Käsin pidettävillä ulträäniakustisilla detektoreilla tai akustisilla kuvakameroilla teknikot voivat skannata liitinryhmiä huippugenerointituntien aikana. Liittimet, joissa esiintyy sisäistä osittaista purkautumista, lähettävät erityisen korkeataajuista räiskyvää ääntä tai näkyvät akustisina kuumina pisteinä kameran näytöllä.
• Korkeataajuusvirtamuuntajat (HFCT): PD-tapahtumat aiheuttavat nopeita, korkeataajuuisia virtapulsseja, jotka kulkevat aurinkosähkökaapelien pitkin. Kiinnittämällä HFCT-anturi aurinkosähköjärjestelmän kaapelien ympärille lähellä yhdistinlauta , teknikot voivat seurata näitä pulssien muodostumia ja analysoida niiden aaltomuotoja paikantaakseen osittaisten purkausten esiintyminen ja vakavuuden järjestelmässä.
• Lämpökuvauksen rajoitukset: Infrapunakamerat (IR) ovat erinomaisia löytämään liittimiä, joiden kosketusvastus on korkea. IR-kamerat eivät kuitenkaan ole yhtä tehokkaita varhaisen osittaisen purkauksen havaitsemisessa, koska osittainen purkaus tuottaa alussa hyvin vähän lämpöä. Kun liitin näyttää näkyvän lämpöhot spotin osittaisen purkauksen vuoksi, eristys on jo vakavasti vaurioitunut ja lähes tuhoutunut.

Miten SUNNOM-liittimen tekniikka poistaa osittaisten purkausten riskit

Wenzhou Shangnuossa (SUNNOM) tiedämme, että osittaispurkauksen estäminen edellyttää tarkkaa valmistusvalvontaa, huippulaatuisia materiaaleja ja tarkkoja mekaanisia toleransseja. Eliminoimme osittaispurkauksen juurisyynä olevat tekijät seuraavien suunnittelun ja valmistuksen protokollien avulla:

• Ilman tyhjiä korkean tarkkuuden ruiskutusmuovaus: Mikroskooppiset tyhjätilat muovikoteloissa ovat sisäisen osittaispurkauksen pääasiallinen syy. SUNNOM käyttää tilanneherkkiä, automatisoituja ruiskutusmuovauskoneita, joissa on reaaliaikainen paineen ja lämpötilan seuranta. Tämä varmistaa täydellisen kammion täytön ja poistaa sisäiset tyhjätilat sekä tiukkuusvaihtelut muovattuun polymeeriin.
• Premium PPO/PC korkealla eristyslujuudella: SUNNOM-liittimet valmistetaan yksinomaan puhtaasta polyfenyleenipolikarbonaattioxideesta. Tämä korkeasuorituskykyinen materiaali omaa erinomaisen korkean eristyslujuuden (yleensä yli 30 kV/mm) ja erinomaiset vertailulliset jäljitysindeksiluokat (CTI), mikä tekee siitä erinomaisen vastustuskykyisen hiilijäljitystä ja kemiallista kulumaa vastaan.
• Optimaalinen virtaus- ja ilmavälyyden suunnittelu: SUNNOM-liittimien suunnittelussa insinöörimme käyttävät runsaita sisäisiä ilmavälejä (etäisyys ilman läpi) ja virtauspolkuja (etäisyys muovipinnan pitkin). Tämä rakenteellinen erotus pitää paikallisesti syntyvän sähkökentän voimakkuuden hyvin alhaisena ilman ionisaatiokynnystä, vaikka liittimiin kohdistuisi jatkuvasti 1500 V:n jännite.
• Toistuva kaksinkertainen tiivistyskuminauha: Johtavien kosteus- ja pölyhiukkasten tunkeutumisen estämiseksi SUNNOM-liittimet on varustettu kahdella renkaalla muodostuvalla, korkean kimmoisuuden omaavalla silikoni-tiivistyskuminauhalla. Tämä luotettava tiiviste säilyttää liittimen koteloissa kuivaa ja puhdasta ilmaa, mikä poistaa pinnalliselle purkautumiselle mahdollisia reittejä.

EPC-rakennustiimien kenttätoimet osittaispurkauksen ehkäisemiseksi

Jotta hyötyverkkotasoiset aurinkosähköjärjestelmät pysyvät ilman osittaispurkautumia koko 25 vuoden käyttöikänsä ajan, EPC-urakoitsijoiden tulee noudattaa seuraavia ohjeita:

• Älä yhdistä eri valmistajien liittimiä: Eri valmistajien liittimet eroavat toisistaan hieman sisäisessä geometriassaan ja toleransseissaan. Erilaisten liittimien yhdistäminen aiheuttaa fyysisiä välejä ja ilmakuplia, jotka ovat erityisen alttiita osittaispurkautumalle.
• Puhdasuus asennuksen aikana: Ohjaa kenttätekniikoita pitämään liittimen osat puhtaina ja kuivina ennen yhdistämistä. Mikä tahansa lika, hiki tai rasva, joka jää sisäpintojen muovipinnoille, voi aloittaa hiilijäljen muodostumisen.
• Täydellinen lukituksen tarkistus: Varmista, että kaikki liittimet on työnnetty kokonaan yhteen, kunnes lukitusnupit klikkaavat kuuluvasti. Epätäydellinen liittäminen jättää suuren ilmaraon liittimen sisälle, mikä aiheuttaa merkittävän osittaispurkauksen (PD) riskin 1500 V:n jännitteessä.

Valitsemalla SUNNOM Premium -merkin ilman ilmarakoja olevat liittimet ja käyttämällä ennakoivaa diagnostista testausta aurinkoenergian kehittäjät voivat tehokkaasti poistaa osittaispurkauksen hiljaisen uhan ja turvata korkeajännitteiset aurinkosähköjärjestelmänsä turvallisiksi ja tuottaviksi energiantuotantolaitoksiksi vuosikymmeniksi.