Bir PV Tesisi, DC 1000V Sigorta Tutucuyla Dizi Arıza Süresini %60 Nasıl Azaltır?

Müşteri Geçmişi

Yüksek rakımlı bir çöl bölgesinde bulunan 45 MW'lık bir fotovoltaik (PV) santralin DC birleştirici kutularında tekrarlayan arızalar yaşanıyordu. Bölgesel elektrik şebekesine hizmet veren bağımsız bir enerji üreticisi tarafından işletilen tesis, altı yıldır hizmet veriyordu. Her biri güneş panellerinden merkezi invertörlere kadar 1000 V DC'ye kadar taşıyan 28 birleştirici kutuya beslenen 1.400'den fazla dizi devresi.

Yerel şebeke operatörünün daha sıkı kullanılabilirlik cezaları uygulaması nedeniyle tesisin operasyon ekibi, planlanmamış arıza sürelerini azaltma yönünde artan bir baskıyla karşı karşıya kaldı. Yaz sıcaklıklarının 45°C'yi aşmasıyla DC bileşenleri üzerindeki termal stres ciddi düzeydeydi.

Yükseltmeden Önce PV Santrali Hangi Sorunlarla Karşılaştı?

Orijinal sigorta tutucuları yalnızca 600V DC için derecelendirilmiş genel ünitelerdi. Tesisin 1000V dizi konfigürasyonu için küçük boyutlulardı. Operasyon ekibi, 18 ay boyunca 11 birleştirici kutuda 23 sigorta tutucu arızası kaydetti.

Semptomlar tutarlıydı: Sigorta tutucu klipsler, tekrarlanan termal döngüden sonra yay gerilimini kaybederek yüksek dirençli temaslar oluşturdu. 1000V DC'de zayıf bağlantı, bölgesel ısınmaya ve mikro ark oluşmasına neden oldu. Bazı durumlarda sigorta tutucusu eridi ve birleştirici kutunun acil onarım için devre dışı bırakılması gerekti. Her olay, enerji üretimi, yedek parça ve işçilik kaybı nedeniyle ortalama 4.800 dolara mal oluyor.

Klipsleri yeniden sıkmaya ve iletken gres uygulamaya yönelik önceki girişimler sorunu çözmedi. İkinci bir erimeden sonra tesis müdürü sigorta tutucusu özelliklerinin tam olarak gözden geçirilmesini emretti.

Operatör Neden Soutya DC 1000V Sigorta Tutucuyu Seçti?

Mühendislik ekibi üç alternatifi değerlendirdi. İlki, 1000V DC'ye uygun standart bir DIN rayı sigorta tutucusuydu, ancak klipsleri, tuzlu çöl havasında hala korozyona uğrayabilecek daha düşük dereceli bir bakır alaşımından yapılmıştı. İkinci seçenek, bakım bütçesini aşan birleştirici kutunun tamamının değiştirilmesini gerektiren özel bir çözümdü.

Üçüncü seçenek Soutya DC 1000V sigorta tutucusuydu. Üç faktör belirleyiciydi:

• IEC 60269-1 koşulları altında PV dizisi kısa devre akımıyla eşleşen test edilmiş kesme kapasitesine sahip açık 1000 V DC değeri.
• Daha geniş bir sıcaklık aralığında temas basıncını korumak için tasarlanmış, paslanmaz çelik ve kalay kaplı bakırdan yapılmış helisel yaylı klipsler.
• Yeniden kablolamaya gerek kalmadan mevcut birleştirici kutu düzenine uyan kompakt bir gövde. Bu, kurulum riskini azalttı ve işçilik maliyetlerini düşük tuttu.

Soutya sigorta tutucusu aynı zamanda eski ünitelerde kırılgan çatlaklara neden olan bir sorun olan ultraviyole bozulmasına dirençli mat naylon bir mahfazayla birlikte geldi. Tedarik müdürü, Soutya'nın tesisteki gerçek DC voltajı ve akım verilerine dayanarak üç yıllık bir garanti sağladığını doğruladı.

Yeni Sigorta Tutucu Nasıl Yerleştirildi?

Yükseltme, tesisin kış sonu bakım penceresi sırasında dört hafta boyunca aşamalı olarak gerçekleştirildi. Operasyon ekibi, geniş sistem kapanmalarını önlemek için 520 sigorta tutucusunu her seferinde bir birleştirici kutu olmak üzere aşamalı olarak değiştirdi.

• Adım 1: Tesisin bakım ekibi bir birleştirici kutunun enerjisini kesti ve dizi terminallerinde voltajın sıfır olduğunu doğruladı.
• Adım 2: Mevcut sigorta tutucularının her biri çıkarıldı. Teknisyenler terminal vidalarındaki torku belgelediler ve sigorta klipslerinde ark belirtileri olup olmadığını kontrol ettiler.
• Adım 3: Yeni Soutya DC 1000V sigorta tutucuları mevcut DIN rayı ve terminal blokları kullanılarak monte edildi. Sigorta yerleştirme kuvveti belirgin şekilde daha yüksekti ve bu da yanlış hizalama olasılığını azalttı.
• Adım 4: Her devre, yeniden enerji verilmeden önce bir DC yalıtım direnci test cihazı ve bir sigorta durumu göstergesi ile test edildi.
• Adım 5: Bakım ekibi, her bir birleştirme kutusunun tekrar hizmete alınmasından bir hafta sonra bir termal görüntüleme incelemesi gerçekleştirdi.

Tek önemli zorluk, birleştirici kutuların içindeki dar tel bükme alanıydı. Soutya sigorta tutucusunun terminal yönü, 6 mm² PV kablolarını bükülmeye zorlamadan yönlendirmeyi kolaylaştırdı, böylece sorun birkaç saat içinde çözüldü.

Operatör Hangi Ölçülebilir Sonuçlara Ulaştı?

Yükseltmeden on iki ay sonra operatör, performans verilerini değiştirmeden önceki iki yılla karşılaştırdı.

• Sigorta tutucu arızalarından kaynaklanan dizi kesinti süresi ayda ortalama 14 saatten 5,5 saate %60 oranında düştü.
• Sigorta tutucu değiştirme maliyeti çeyrek başına 2.800 dolardan 1.540 dolara düşerek %45 düştü. Buna parçalar, işçilik ve termal inceleme süresi de dahildir.
• Planlanmayan birleştirici kutu servis olayları yılda 8'den 2'ye düştü. Hiçbir sigorta tutucusu, çalışma sırasında ark veya erime bildirmedi
• Kızılötesi kamerayla ölçülen sigorta tutucu temas noktalarındaki ortalama sıcaklık artışı 18°C ​​düştü.

Tesis müdürü ayrıca, en son üç aylık uzlaşma raporunda şebeke operatörünün kullanılabilirlik cezasının sıfıra indirildiğini belirtti. Stresli bir pazarda, bu gelişme tek başına 11.000 $'lık donanım yatırımını haklı çıkardı.

Müşteri Görüşü: Bakım Direktörü Ne Dedi?

Tesis bakım müdürü, "İkinci erimeden sonra orijinal sigorta tutucularına olan güvenimizi kaybettik. Soutya DC 1000V sigorta tutucusu bize tahmin edebileceğimiz güvenilir bir bağlantı sağladı. Termal görüntüleme sonuçları net ve ekibim acil durum değiştirmeleri yerine temizlik ve tork kontrollerine odaklanabiliyor" dedi.

Diğer DC Güç Sistemi Operatörleri için Dersler ve Öneriler

Proje, güneş enerjisi santrallerinde, depolama sistemlerinde veya endüstriyel DC ağlarında 1000V DC devreleri yöneten operasyon ekipleri için üç pratik sonuç sundu.

1. Sigorta tutucusunu seçmeden önce daima devrenin gerçek DC voltajını ve arıza akımını doğrulayın. 1000V'luk bir sistemde 600V dereceli bir tutucu, mekanik olarak ne kadar iyi oturursa otursun bir tehlikedir.
2. Sigorta klipsinin malzemesini ve yay tasarımını kontrol edin. Yüksek kaliteli temas basıncı, yüksek DC gerilimlerinde aşırı ısınmaya karşı en önemli savunmadır.
3. Mevcut birleştirici kutuları yenilerken, mevcut raya monte edilen ve terminal bloklarının değiştirilmesini gerektirmeyen bir sigorta tutucusu seçin. Soutya sigorta tutucusu tam olarak spesifikasyonlarına uygun performans gösterdi ve proje planlanandan önce tamamlandı.

Tesisin bunu tekrar yapması halinde yapılabilecek tek gelişme, ekipmanın ilk devreye alınması sırasında sigorta tutucularının daha erken değiştirilmesi olacaktır. Önleme maliyeti, ilk iki acil onarım maliyetinin üçte biri kadardı.

Referanslar

[1] IEC 60269-1. Alçak gerilim sigortaları - Bölüm 1: Genel gereksinimler [S]. 2020.https://webstore.iec.ch/publication/62496

[2] Alçak Gerilim DC Anahtarlarının Kontak Elektrotlarının Eskime Karakteristikleri [J]. Enerjiler, 2021, 14(20): 6838.https://doi.org/10.3390/en14206838