Odpravljanje težav z delnim prebojem v fotovoltaičnih priključkih: tihi ubijalec izolacije na elektrarnah za uporabo na veliko skalno

V: Kako lahko inženirji za sončno energijo odpravljajo in preprečujejo »delni razboj« v fotovoltaičnih priključkih, ki je znan kot tiho ubijalca izolacije sončnih elektrarn za uporabo v omrežju?

Ko se fotovoltaične (PV) elektrarne na podlagi uporabe energije v mreži razširijo na arhitekturo enosmerne napetosti 1500 V, so izolacijski sistemi izpostavljeni brezprecedentnim nivojem električnega polja. V teh visokonapetostnih pogojih lahko majhne fizične napake, ki so bile v starejših sistemih 1000 V popolnoma neškodljive, sprožijo destruktivno električno pojavno obliko, znano kot delni preboj (PD). Inženirji ga pogosto imenujejo »tihi ubijalec«. Delni preboj je lokalni električni preboj, ki ne povsem premosti prostor med dvema vodnikoma. Pojavlja se v votlinah, razpokah ali na mejah površin izolacijskega materiala znotraj sončnih priključkov. Če ga ne odkrijemo in ne odpravimo, delni preboj počasi in tiho razgrajuje molekularno strukturo polimernih ohišij, kar na koncu povzroči katastrofalni preboj izolacije, napake med fazo in zemljo ter uničujoče požare v PV nizih. Ta tehnični članek raziskuje mehanizme delnega preboja v sončnih priključkih, kako ga odkriti in odpraviti v praksi ter kako inženiring priključkov SUNNOM preprečuje njegovo pojavljanje.

Fizika delnega preboja: Zakaj se pojavi pri priključkih za 1500 V

Za učinkovito odpravo težav s posameznimi preboji morajo inženirji najprej razumeti osnovne fizične načele, ki jih povzročajo. Pri vsakem visokonapetostnem električnem komponentu se električno polje razporedi tako po vodnikih kot tudi po izolacijskih materialih, ki jih obdajajo. Delni preboj nastane, ko lokalna jakost električnega polja preseže dielektrično trdnost majhnega dela izolacijskega sredstva:

• Dielektrična neskladnost v votlinah: Zrak ima veliko nižjo dielektrično konstanto in nižjo prebojno trdnost kot trdni izolacijski polimeri, na primer polifenilen oksid (PPO). Če v litem plastičnem ohišju priključka obstaja mikroskopska zračna džepa ali votlina ali če je na meji, kjer se izolacija kabla stika z tesnilom priključka, majhna zračna reža, se električno polje močno skoncentrira znotraj te votline. Ker zrak ne more vzdržati te skoncentrirane napetostne obremenitve, pride do preboja, kar povzroči majhen iskrič ali električni razboj. Ta razboj je delni, saj visokokakovostna plastika okoli njega prepreči takojšnjo nastanitev polnega krajkega stika.
• Mostnični vodniki vlage in onesnaževalcev: Ko kapljice vode ali vodni prah (npr. črni ogljik ali kovinski prah) vstopijo v sklopljen par priključkov, tvorijo lokalne vodne poti vzdolž notranjih plastičnih površin. To zmanjša učinkovito razdaljo prehajanja in zračno razdaljo ter izkrivlja električno polje, kar sproži delne razbije na površini.
• Napetostno obremenitev visoke napetosti: Prehod z 1000 V na 1500 V enosmerne napetosti poveča napetostno obremenitev izolacije priključka za 50 odstotkov. Ta višja napetost znatno poveča verjetnost ionizacije zraka znotraj mikroskopskih votlin in zniža prag, pri katerem se začnejo delne razbije.

Tiha destrukcija: Kako delne razbije uničujejo izolacijo fotovoltaičnih priključkov

Delne razbije so posebej nevarne, ker jih v zgodnjih in srednjih fazah ni mogoče videti ali slišati. Gre za počasen, postopen proces razgradnje:

• Kemična erozija: Vsakič, ko pride do delnega razboja, se ustvarijo mikroskopske količine ozona, dušikovih oksidov in toplote. Ti zelo reaktivni kemikaliji napadajo polimerni verigi plastične ohišja, razgrajujejo njegovo kemično strukturo in zmanjšujejo njegovo dielektrično trdnost.
• Ogljikovo sledenje: Lokalna toplota mikrorazbojev ogljiči plastiko. Ogljik je zelo prevodljiv. S časom se ti majhni ogljičeni poti razraščajo kot drevesne veje skozi debelino plastičnega ohišja ali po njegovi površini – pojav, ki se imenuje drevesno razraščanje ali ogljično sledenje.
• Katastrofalni preboj: Končno se ogljičena pot razvije dovolj dolga, da premosti preostalo trdno izolacijo. V tem trenutku izolacija popolnoma odpove, kar povzroči nenaden, močan enosmerni lok, napako med fazo in zemljo ali kratek stik med priključkoma, ki takoj stopi priključek in lahko vžge suho travo, strešne konstrukcije ali kabelske posteljice.

Diagnostične in odpravljalne tehnike na kraju samem

Ker je delni razboj tiho pojav, tradicionalne električne preskusne metode ga pogosto ne zaznajo, dokler ni prepozno. Standardni preskus izolacijske odpornosti (megger), na primer, meri odpornost le v določenem trenutku pri nizkem obremenitvenem stresu in lahko prikaže popolne rezultate, tudi če ima priključek hudo notranji delni razboj. Da bi odkrili delni razboj pred katastrofalnim okvarjem, morajo ekipe za obratovanje in vzdrževanje sončnih elektrarn uporabljati napredne diagnostične orodja:

• Ultrazvočna akustična detekcija: Vsak dogodek delnega razboja ustvari visokofrekvenčni akustični val, običajno v frekvenčnem obsegu od 30 kHz do 100 kHz. S pomočjo ročnih ultrazvočnih detektorjev ali akustičnih slikovnih kamer lahko tehniki pregledujejo nize priključkov med urami največje proizvodnje. Priključki z notranjim delnim razbojem oddajajo značilen visokofrekvenčni prasketajoč zvok ali pa se na zaslonu kamere prikažejo kot akustične tople točke.
• Transformatorji visokofrekvenčnega toka (HFCT): Dogodki delne razbije (PD) povzročajo hitre, visokofrekvenčne tokovne impulze, ki se širijo po fotovoltaičnih kabelskih vodnikih. Z namestitvijo senzorja HFCT okoli kabelskih vodnikov fotovoltaične niza blizu kombinirna škatla , tehničarji lahko spremljajo te impulze in analizirajo njihove valovne oblike, da natančno določijo prisotnost in resnost delne razbije v nizu.
• Omejitve termičnega slikanja: Infrardeča (IR) termografija je zelo učinkovita pri odkrivanju stikov z visoko prehodno upornostjo. IR kamere pa so manj učinkovite pri zaznavanju začetne faze delne razbije, saj ta na začetku sprošča zelo malo toplote. Ko se zaradi delne razbije na stiku že kaže vidna toplotna pika, je izolacija že močno poškodovana in skoraj neuporabna.

Kako inženirstvo priključkov SUNNOM odpravi tveganja delne razbije

V Wenzhou Shangnuo (SUNNOM) razumemo, da za preprečevanje delnega razboja zahteva natančno nadzorovanje proizvodnje, visokokakovostne materiale in natančne mehanske tolerance. Upravljamo z osnovnimi vzroki delnega razboja z naslednjimi protokoli oblikovanja in proizvodnje:

• Izdelava brez votlin z visoko natančnim vstreljevanjem: Mikroskopske votline znotraj plastičnih ohišij so glavni vir notranjega delnega razboja. SUNNOM uporablja najnovejše avtomatizirane stroje za vstreljevanje z spremljanjem tlaka in temperature v realnem času. To zagotavlja popolno izpolnitev steklenice in odpravlja notranje votline ali spremembe gostote v litih polimerih.
• Premium PPO/PC z visoko dielektrično trdnostjo: Priključki SUNNOM so izdelani izključno iz čistega polifenilena/polikarbonatnega oksida. Ta visokozmogljiv material ima izjemno visoko dielektrično trdnost (običajno več kot 30 kV/mm) in odlične ocene indeksa primerjalnega sledenja (CTI), zaradi česar je zelo odporen proti nastanku ogljikovih sledi in kemijskemu razgradanju.
• Optimalna konstrukcija razmaka za preboj in površinskega preboja: Naši inženirji so priključke SUNNOM zasnovali z obsežnimi notranjimi razmaki (razdalja skozi zrak) in razmaki za površinski preboj (razdalja vzdolž plastike). Ta strukturna ločitev ohranja lokalne jakosti električnega polja znatno pod ionizacijsko mejo zraka, tudi pri neprekinjenem napetostnem obremenitvenem napetostnem navoru 1500 V.
• Dvojni tesnilni tesnilci za izbiro: Za preprečevanje prodora vodljive vlage in prahu imajo priključki SUNNOM dvojni tesnilni tesnilcek iz silikona z visoko elastičnostjo. Ta zanesljiv tesnilni sistem ohranja suh, čist zrak znotraj ohišja priključka in odpravlja poti površinskega razbija.

Strategije za preprečevanje na terenu za gradbene ekipa EPC

Za zagotovitev, da se pri napravah za uporabo v omrežju ne pojavijo delni razboji v celotnem življenjskem ciklu 25 let, naj sledijo izvajalci EPC naslednjim smernicam:

• Preprečite mešanje priključkov različnih proizvajalcev: Priključki različnih proizvajalcev imajo rahlo različne notranje geometrije in tolerance. Mešanje priključkov različnih proizvajalcev povzroči fizične reže in zračne mehurčke, ki so zelo nagnjeni k delnim razbojem.
• Čistoča med sestavljanjem: Navodite tehnikov na terenu, naj pred priključitvijo ohranijo komponente priključkov čiste in suhe. Kakršna koli umazanija, znoj ali maščoba, ki ostane na notranjih plastičnih površinah, lahko povzroči tvorbo ogljikovih sledi.
• Popolna preverjava zaklepanja: Zagotovite, da so vsi priključki popolnoma potisnjeni skupaj, dokler se zaklepni jezički ne zaklenejo s slišnim klikom. Nepopolno spojitev pusti velik zračni režo znotraj priključka, kar predstavlja ogromno tveganje za delni razboj (PD) pri napetosti 1500 V.

Z izbiro premium priključkov brez mehurčkov znamke SUNNOM in izvajanjem proaktivnih diagnostičnih testov lahko razvijalci sončne energije učinkovito nevtralizirajo tiho grožnjo delnega razboja ter zagotovijo varnost svojih visokonapetostnih fotonapetostnih sistemov za desetletja varne in visoko donosne proizvodnje energije.