ผู้ให้บริการ O&M ด้านโซลาร์ลดต้นทุนความผิดพลาดของวงจร DC ได้ 60% อย่างไรด้วยเบรกเกอร์ DC รุ่น SGB5-40P

ภูมิหลังลูกค้า

ผู้รับเหมา EPC และ O&M ด้านโซลาร์ขนาดกลางแห่งหนึ่งในภาคเหนือของชิลีบริหารระบบ PV บนหลังคาเชิงพาณิชย์และอุตสาหกรรมมากกว่า 40 ระบบ รวมกำลังการผลิตติดตั้งประมาณ 18 MW ทีมปฏิบัติการของบริษัทรับผิดชอบการตรวจสอบ การบำรุงรักษาเชิงป้องกัน และการตอบสนองอย่างรวดเร็วต่อการผิดพร่องฝั่ง DC เนื่องจากการรับประกันของอินเวอร์เตอร์ผูกโยงกับการป้องกันสตริงที่เหมาะสม ทีมงานจึงใช้เวลาจำนวนมากไปกับการเข้าตรวจสอบตามสถานที่และการเปลี่ยนอะไหล่ตามสถานที่ต่าง ๆ ที่กระจายอยู่ตามแนวยาว 300 กม.

ความท้าทายของอุปกรณ์ป้องกันกระแสตรง (DC) ที่มีอยู่ในปัจจุบัน

กล่องรวมสาย (combiner box) เดิมของบริษัทใช้เบรกเกอร์ขนาดเล็กที่กำหนดพิกัดสำหรับ AC มาดัดแปลงใช้กับสตริง DC ในการใช้งานจริง เบรกเกอร์เหล่านี้ไม่สามารถตัดวงจรเมื่อเกิดอาร์ก DC ได้ เมื่อเกิดไฟฟ้าลัดวงจรที่ระดับโมดูลหรือในสาย DC ใต้ดิน หน้าสัมผัสของเบรกเกอร์หลอมติดกัน ทำให้เกิดควัน และในสองกรณีทำให้กล่องรวมสายเสียหายอย่างถาวร มีการทดลองใช้ฟิวส์แทนเป็นการชั่วคราว แต่การหลุดขาดบ่อยครั้งจากกระแสเริ่มต้นของอินเวอร์เตอร์กลับกลายเป็นปัญหาอีกอย่าง การเปลี่ยนฟิวส์แต่ละครั้งต้องส่งช่างเดินทางไป และเวลาหยุดทำงานระหว่างฟิวส์ขาดจนถึงการเข้าซ่อมอาจเกิน 24 ชั่วโมง ในหนึ่งปี ความเสียหายฝั่ง DC คิดเป็นครึ่งหนึ่งของใบแจ้งซ่อมที่ไม่วางแผนไว้ทั้งหมด

ผู้รับเหมายังพบเหตุการณ์ด้านความปลอดภัยอีกด้วย ช่างเทคนิคพบขั้วต่อที่ละลายบนเบรกเกอร์ซึ่งตัดวงจรซ้ำแล้วซ้ำเล่าโดยไม่ถูกเปลี่ยน การขาดความสามารถในการตัดกระแสลัดวงจรที่เชื่อถือได้เพิ่มความเสี่ยงต่อการเกิดอาร์กแฟลชและการลุกไหม้ของสายไฟ

ทำไมต้อง MCB กระแสตรง SGB5-40P?

ทีมวิศวกรรมได้ประเมินทางเลือกหลายแนวทาง เบรกเกอร์ DC ระดับสูงที่ได้รับการรับรอง UL จากแบรนด์สหรัฐฯ มีราคาสูงเกินไปเมื่อเทียบกับปริมาณที่ต้องการ สินค้านำเข้าราคาถูกอีกรุ่นมีโครง 40 A แต่พิกัดการตัดกระแสใช้ได้เฉพาะกับสภาวะ AC เท่านั้น การออกแบบที่ลงตัวที่สุดมาจากซีรีส์ PV ของ SINGI นั่นคือเบรกเกอร์ขนาดเล็ก DC รุ่น SGB5-40P เหตุผลสำคัญที่เลือกใช้คือห้องดับอาร์ก DC เฉพาะทางซึ่งช่วยยืดและระบายความร้อนของอาร์กไฟฟ้า และเส้นโค้งการทำงานที่ทนกระแสเริ่มต้นของอินเวอร์เตอร์ได้โดยไม่ตัดวงจรผิดพลาด โครง 40 A และการติดตั้งบนราง DIN ของเบรกเกอร์ทำให้สามารถปรับเปลี่ยนในกล่องรวมสายเดิมได้โดยไม่ต้องออกแบบใหม่

สิ่งที่สำคัญไม่แพ้กันคือความสอดคล้องของผลิตภัณฑ์กับมาตรฐานการป้องกันโฟโตโวลตาอิกสากล โครงสร้างของ SGB5-40P ได้ออกแบบมารองรับลักษณะความผิดพลาดเฉพาะตัวของแหล่งโฟโตโวลตาอิก ซึ่งระบบจ่ายกระแส DC อย่างต่อเนื่องโดยไม่มีจุดตัดผ่านศูนย์ตามธรรมชาติเพื่อดับอาร์ก

กระบวนการนำไปใช้

โครงการใช้เวลาทั้งหมดแปดสัปดาห์ ทีม O&M แบ่งงานออกเป็นระยะต่าง ๆ:

• ตรวจสอบกล่องรวมสาย (combiner box) ทั้ง 128 กล่อง และบันทึกการตั้งค่าสตริง ความยาวสายไฟ และระดับความผิดพลาดที่มีอยู่
• เลือกพิกัด SGB5-40P ที่เหมาะสมสำหรับแต่ละสตริง หลังจากคำนวณแรงดันสูงสุดของระบบและกระแสลัดวงจรคาดหมาย
• ติดตั้งเบรกเกอร์ด้วยขั้วต่อที่ควบคุมแรงขันตามค่าทอร์ก และตรวจสอบทิศทางขั้วให้ถูกต้อง
• ทำการทดสอบลัดวงจรแบบควบคุมในพื้นที่นำร่องสามแห่ง เพื่อยืนยันว่าเบรกเกอร์ตัดวงจรภายในเวลาตอบสนองที่กำหนด
• อัปเดตฐานข้อมูลการบำรุงรักษา และฝึกอบรมช่างเทคนิคเกี่ยวกับรอบการตรวจสอบ

ความยากลำบากโดยทั่วไปเกิดขึ้นเมื่อกล่องรวมสายรุ่นเก่ามีระยะห่างของบัสบาร์ที่ไม่ตรงกับหน้าสัมผัสของเบรกเกอร์ แทนที่จะเปลี่ยนกล่องหุ้มทั้งชุด ทีมช่างใช้แผ่นอะแดปเตอร์ราง DIN ที่เจาะรูไว้ล่วงหน้าซึ่งจัดตำแหน่งฐานการติดตั้งให้ตรงกัน วิธีนี้ช่วยลดเวลาติดตั้งต่อกล่องจากสามชั่วโมงเหลือไม่ถึงหนึ่งชั่วโมง

ผลลัพธ์ที่วัดผลได้

สิบสองเดือนหลังการเปลี่ยนแปลง บริษัทได้วัดผลลัพธ์ดังต่อไปนี้:

• การตัดวงจรโดยไม่จำเป็นทางฝั่ง DC ลดลง 96% เมื่อเทียบกับเบรกเกอร์ AC และฟิวส์แบบเดิม
• การออกไปหน้างานแบบไม่วางแผนที่เกี่ยวข้องกับความผิดพลาดจากกระแสเกินพิกัดฝั่ง DC ลดลงจาก 3.2 ครั้งต่อเดือนเหลือ 0.4 ครั้งต่อเดือน ช่วยลดต้นทุนบริการภาคสนามได้ประมาณ $18,000 ต่อปี
• เวลาหยุดทำงานเฉลี่ยของสตริงต่อความผิดพลาดหนึ่งครั้งลดลงจาก 28 ชั่วโมงเหลือ 4 ชั่วโมง เนื่องจาก SGB5-40P ตัดวงจรโดยไม่เกิดการเชื่อมติดของหน้าสัมผัส และสามารถรีเซ็ตจากระยะไกลทางฝั่งอินเวอร์เตอร์ได้เมื่อแก้ไขความผิดพลาดแล้ว
• ความถี่ในการเปลี่ยนกล่องรวมสายทั้งกล่องลดลงเหลือศูนย์ในช่วงที่เฝ้าสังเกต ประหยัดต้นทุนการเปลี่ยนอุปกรณ์ได้ประมาณ $12,000

นอกเหนือจากการลดต้นทุนแล้ว การปรับปรุงความน่าเชื่อถือยังทำให้ความพร้อมใช้งานโดยรวมของระบบในพอร์ตทั้งหมดเพิ่มขึ้น 3% ซึ่งคิดเป็นพลังงานเพิ่มเติมที่จ่ายเข้าสู่โครงข่ายมากกว่า 180 MWh

เสียงจากลูกค้า

ผู้จัดการฝ่าย O&M ให้ความเห็นว่า "เราเคยถือว่าเบรกเกอร์ DC เป็นเรื่องรอง หลังจากเปลี่ยนมาใช้ SGB5-40P ช่างเทคนิคของเราไม่พบหน้าสัมผัสที่ละลายอีกต่อไป และการตัดวงจรที่รีเซ็ตได้ช่วยประหยัดการเดินทางไปหน้างานได้มาก นี่คือความน่าเชื่อถือแบบเงียบ ๆ ที่เราต้องการ"

บทเรียนและคำแนะนำ

โครงการนี้ชี้ให้เห็นหลักการที่ทำซ้ำได้บางประการสำหรับเจ้าของและทีมบำรุงรักษาระบบ PV:

• จับคู่อุปกรณ์ป้องกันกระแสเกินพิกัดกับระดับแรงดันและลักษณะความผิดพลาดของระบบ DC เสมอ การนำเบรกเกอร์ AC มาใช้ซ้ำในวงจร DC ก่อให้เกิดอันตรายที่ซ่อนอยู่
• ก่อนติดตั้งอุปกรณ์ป้องกันใหม่ ให้ทดสอบความผิดพลาดจากอาร์กในพื้นที่นำร่องที่เป็นตัวแทน เพื่อยืนยันว่าอุปกรณ์สามารถตัดอาร์ก DC ได้ และวิธีการติดตั้งไม่รบกวนเส้นทางของอาร์ก
• หากต้องทำโครงการนี้ใหม่ ทีมงานจะตรวจสอบระยะห่างของบัสบาร์ในทุกแบรนด์ของตู้อุปกรณ์ให้เร็วขึ้นตั้งแต่ต้น ซึ่งจะช่วยหลีกเลี่ยงความจำเป็นในการใช้แผ่นอะแดปเตอร์ในพื้นที่เก่า ประหยัดแรงงานได้สามวัน

เอกสารอ้างอิงในอุตสาหกรรม

สำหรับวิศวกรที่ประเมินการป้องกันฝั่ง DC ในระบบ PV มีเอกสารอ้างอิงสองฉบับที่ให้บริบททางเทคนิคและด้านกฎระเบียบ การศึกษาแบบจำลองของเบรกเกอร์ขนาดเล็ก DC แสดงให้เห็นว่าห้องดับอาร์กที่ปรับปรุงดีขึ้นและการแยกหน้าสัมผัสที่รวดเร็วขึ้นช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการตัดวงจรเมื่อเกิดความผิดพลาดฝั่ง DC อย่างไรก็ตาม UL 1699B ยังกำหนดวิธีการทดสอบและเกณฑ์ประสิทธิภาพสำหรับการป้องกันวงจรจากอาร์ก DC ในระบบโฟโตโวลตาอิก ซึ่งเป็นแนวทางสำหรับข้อกำหนดการออกแบบอุปกรณ์ป้องกันกระแสเกินที่มีความทนทาน