Què és una falla d'arc de CC?
Una falla d’arc és el flux d’energia elèctrica a través d’un buit d’aire mitjançant molècules de gas ionitzat. Tot i que l’aire normalment es considera un medi no conductor, una gran diferència de potencial (tensió) entre dos conductors a prop pot provocar que les molècules d’aire es trenquin en els seus components ionitzats (anomenats‘plasma’), que pot portar una càrrega d’un elèctrode a l’altre.
La temperatura d’un arc elèctric depèn d’una sèrie de factors, com el nivell de flux de corrent, però d’un sistema fotovoltaic típic, és prou calent per fondre el vidre, el coure i l’alumini i per iniciar la combustió dels materials circumdants.
Es produeixen falles d'arc de CC al cablejat de CC de sistemes solars fotovoltaics.
Diagrama esquemàtic– Sistema solar d’inversors de cadena amb cablejat de CC sense protecció. Els cables, les juntes i els equips elèctrics exposats a falles d'arc de CC es mostren en vermell
Hi ha problemes relacionats amb els sistemes elèctrics de corrent altern? NO
L’arc no es veu com un perill comú en els sistemes elèctrics de corrent altern. Això es deu, en part, a que els estàndards, les pràctiques i els dissenys de components de la indústria elèctrica han evolucionat durant els darrers 100 anys aproximadament fins a un punt en què les modernes instal·lacions de corrent altern són molt segures.
L’arc no té cap problema en els sistemes de corrent altern perquè els arcs de corrent altern tendeixen a extingir-se a mesura que s’altera el voltatge, passant per 0 volts cent vegades per segon per als subministraments de xarxa estàndard. Perquè un arc sigui autosostenible, les condicions per iniciar l’arc han d’estar presents contínuament. La CC es manté a una tensió contínua i, un cop establert un arc, continuarà mentre la tensió de CC sigui
Es produeixen falles d'arc de CC en tots els sistemes solars? NO
Les falles d’arc de CC només es produeixen en sistemes d’inversors de corda que tenen circuits de voltatge de CC no protegits per sobre d’uns 80 volts de CC.
On es produeixen falles a l’arc de CC del sistema solar?
Es poden produir falles en qualsevol lloc del cablejat de CC que va des dels mòduls solars del sostre fins a l’inversor de corda que normalment s’instal·la al costat de la central principal. Hi ha aproximadament 26 connexions en el circuit de corrent continu d’un petit sistema solar domèstic (2 kW) que l’instal·lador realitza en el lloc i aproximadament 50 connexions en un sistema de 5 kW. Totes aquestes connexions realitzades per l’instal·lador solar són un punt potencial de fallada.
També hi ha connexions addicionals a l'interior dels mòduls solars, aïlladors de CC i l'inversor de cordes que són possibles punts de fallada.
Quins són els tipus de falles d'arc de CC que es produeixen en sistemes solars que utilitzen inversors de corda?
Hi ha tres tipus comuns de falles d'arc de CC:
Sèrie– Un arc en sèrie es produeix quan es trenca una connexió mentre el PV produeix corrent. Qualsevol connexió intermitent al circuit de corrent continu té el potencial de produir un error en arc de corrent continu. Aquestes connexions poden incloure juntes soldades dins del mòdul, connexions de cable de compressió, connectors utilitzats en els cables connectats a mòduls fotovoltaics, connexions en aïlladors de CC, connexions a l’inversor, qualsevol circuit de CC a l’inversor o qualsevol dels cables de CC a circuit de corda.
Paral·lel– Els arcs paral·lels es produeixen quan hi ha una avaria en el sistema d’aïllament i el flux de corrent entre positiu i negatiu. Dos conductors de polaritat oposada al mateix circuit de corrent continu solen funcionar molt a prop els uns dels altres. L'aïllament entre els dos cables pot resultar ineficaç a causa dels animals que els masteguen, la ruptura dels raigs ultraviolats, la fragilització, l'esquerdament, la penetració d'humitat i els danys mecànics. Les falles d'arc paral·lel poden continuar al llarg dels conductors cap als materials que cremen matrius al llarg del camí.
A terra– Aquesta falla només requereix la fallada d’un sistema d’aïllament a terra. Pot ser el marc del mòdul solar, el bastidor solar, el sostre o qualsevol altra superfície a terra.
Sovint, una falla pot començar com un tipus de falla (per exemple, una falla de sèrie), però es pot convertir en un tipus diferent de falla (per exemple, una falla paral·lela).
Què pot provocar una falla d'arc de CC?
Avaria de la continuïtat del conductor a causa de:
·Juntes fluixes a causa de la mala instal·lació
·Juntes fluixes a causa de les connexions de mala qualitat
·Corrosió de les articulacions al llarg del temps
Avaria del sistema d'aïllament:
·Degradació de l'aïllament al llarg del temps a causa de l'exposició als UV
·Aïllament amb el pas del temps a causa de canvis de temperatura (calor– refredat)
·Degradació de l'aïllament per envelliment
·Danys a l'aïllament de rosegadors, insectes, aus
·Danys a l'aïllament durant la instal·lació
·Danys a l'aïllament per futures obres
·Entrada d’aigua a cables, conductes.
·Entrada d’aigua als aïlladors de CC per mala instal·lació
·Entrada d’aigua als aïlladors de CC a causa de la degradació dels segells al llarg del temps
·Entrada d’aigua a l’inversor
·Entrada d’aigua al mòdul solar o a la caixa de connexions
Les faltes d'arc de CC són algunes de les preocupacions?SÍ
S'han identificat falles d'arc de corrent continu com la causa fonamental de més de 400 incendis d'edificis domèstics i comercials a Austràlia– incendis de la construcció que posen en risc la seguretat dels ocupants i causen danys a la propietat. Les falles en arc de corrent continu també causen danys importants als equips solars.
Es poden seleccionar i instal·lar els components de cablejat de corrent continu de la més alta qualitat amb la màxima cura. No obstant això, l’aïllament del cable i la degradació del conductor es produiran amb el pas del temps, cosa que pot provocar una falla d’arc de CC.
Si veieu o sentiu una falla d’arc de CC, pot apagar l’inverter l’atur?NO
Les falles d'arc de CC es produeixen al cablejat de CC sota la xarxa solar, en qualsevol lloc del cablejat de CC des de la xarxa solar del sostre fins a l'inversor de corda i fins i tot a l'interior de l'inversor de corda. L’apagada de l’inversor no apaga el cablejat de CC. El cablejat continu de la xarxa solar a l’inversor està actiu sempre que brilla el sol i no hi ha cap mètode per aïllar aquest cablejat. Per tant, en apagar l’inversor no s’apagarà cap falla d’arc de CC. Depenent de la ubicació de la falla, el funcionament de l’aïllador de CC del sostre pot aïllar la falla i extingir l’arc, però caldrà accedir al sostre i localitzar l’aïllador de CC adequat. La interrupció d’una fallada d’arc de CC amb un aïllador no està exempta de perills propis i només es consideraria com a últim recurs.
Els inversors de cadena amb protecció incorporada contra falles d'arc proporcionen protecció per a tot tipus de falles d'arc de CC?NO
Hi ha alguns inversors de cadenes disponibles ara amb detecció d'errors d'arc incorporats. Tot i això, NO detecten i aïllen tot tipus de falles d'arc de CC enumerades anteriorment.
Els inversors amb identitat de detecció d’arc incorporada tenen un defecte d’arc de CC mitjançant el soroll del cablejat de CC produït per l’arc. Un cop detectat un arc, el circuit de CC a l’inversor quedarà aïllat. Això extingirà a‘sèrie’ arc però NO s’extingirà a‘paral·lel’ o bé‘terra’ arc de falla. El cablejat de CC sota la xarxa solar i fins a l’inversor romandrà actiu quan el circuit de CC estigui aïllat a l’inversor. Una fallada paral·lela o de terra continuarà formant-se en sistemes solars mitjançant inversors de corda amb protecció contra falles d'arc de CC.
Els defectes d'arc de CC només es produeixen als aïlladors de CC?NO
Hi ha una creença comuna entre alguns instal·ladors solars que les falles d'arc de CC només es produeixen als aïlladors de CC. Això no és correcte. Les falles per arc de corrent continu es produeixen allà on hi hagi juntes als cables de corrent continu, una avaria de la continuïtat del cable o una avaria de l’aïllament. Això passa als mòduls solars, als connectors de CC, al cablejat de CC, a les juntes dels aïlladors de CC o a l’interior del convertidor.
L'eliminació dels aïlladors de CC del terrat és una opció per reduir les falles d'arc de CC?NO
No instal·lar aïlladors de CC al terrat, sens dubte, eliminarà la possibilitat que fallin en el futur. No obstant això, la teoria elèctrica bàsica dicta que és necessari poder aïllar un generador d’electricitat el més a prop possible de la font. Per exemple, si es produeix una falla al cablejat de CC a la cavitat del sostre o en qualsevol lloc entre els mòduls solars i l’inversor de corda, el sistema ha de tenir una manera d’apagar l’alimentació per aïllar la falla. Si una persona va tenir la mala sort de posar-se en contacte amb el cablejat de corrent continu, el procediment estàndard de rescat segur consisteix a aïllar el subministrament abans d’intentar un rescat.
Per tant, tot i que suprimir l’aïllador de CC del terrat pot semblar una manera fàcil d’evitar que fallin, no és pràctic deixar el sistema sense mitjans per aïllar la xarxa solar en cas d’error o accident.
L'eliminació dels aïlladors de CC evitarà fallades d'arc de CC?NO
Les falles d'arc de CC es produeixen allà on hi hagi juntes als cables de CC, una avaria de la continuïtat del cable o una avaria de l'aïllament del cable. Si es va substituir un aïllador de CC per una caixa de connexions o caixa de control del connector de CC, es continuaran produint falles en aquest punt, així com en altres punts del circuit de CC.
L'enfocament més eficaç per evitar fallades d'arc de CC és eliminar la presència de voltatges CC perillosos mitjançant microinversors o l'ús d'alguns sistemes optimitzats de CC amb CC segur.
Augmenta la probabilitat de falles d'arc de CC a mesura que envelleixen els sistemes solars amb inversors de corda?SÍ
La probabilitat que es produeixi una falla en arc de corrent continu augmenta a mesura que envelleixen els sistemes solars. Això es deu al fet que les juntes del cablejat de CC es corroeixen amb el pas del temps augmentant la impedància, provocant calor i la ruptura de la continuïtat de la junta, cosa que provoca una falla d'arc de CC. A més, els segells dels aïlladors, conductes, etc. es degraden amb el pas del temps, cosa que permet augmentar l'aigua, cosa que pot provocar una falla d'arc de CC.
Rosegadors, insectes, ocells poden danyar l’aïllament, les futures obres poden danyar l’aïllament o l’aïllament simplement es pot degradar amb el pas del temps.
És cert que mentre s’instal·li un sistema solar de CC d’acord amb les normes australianes (AS5033) i s’utilitzin equips i pràctiques d’instal·lació de bona qualitat, el sistema es‘Caixa forta’?NO
Hi ha hagut nombrosos casos d’incendis que han començat a causa d’un equipament que s’ha considerat‘alta qualitat’ en el moment de la seva instal·lació, només el fabricant el va recordar anys després a causa de defectes de fabricació o de disseny. Sovint, aquests defectes no apareixen fins que el sistema funciona des de fa diversos anys.
Instal·lar sistemes solars a les roques és una tasca difícil i de vegades perillosa, sobretot en condicions sovint càlides i incòmodes. Aquestes condicions no són propícies per a una mà d'obra perfecta i només cal un lapse momentani de concentració per no ajustar la caixa de connexions o l'aïllador de CC al parell correcte– que finalment fallarà a causa de l’entrada d’aigua. L’experiència pràctica és que fins i tot el millor comerciant pot cometre errors ocasionalment i amb sistemes de corrent continu aquests errors poden tenir conseqüències catastròfiques.
Els estàndards australians (particularment AS5033) fan grans esforços per intentar eliminar totes les causes possibles de fallades d'arc de CC dins d'un sistema solar. Hi ha règims d’inspecció rigorosos (molt més que qualsevol instal·lació elèctrica habitual) i encara hi ha nombrosos exemples de falles catastròfiques a l’arc de CC que es produeixen cada dia a sistemes solars de corrent continu a Austràlia. Això només hauria de respondre a la pregunta sobre si seguir els estàndards australians existents és suficient per eliminar les falles d'arc de CC.
L’única manera d’eliminar el risc de fallades en arc de CC és eliminar el perillós voltatge CC del sistema o utilitzar una tecnologia dissenyada específicament per reduir la tensió del sistema a nivells segurs en cas d’error.
El manteniment periòdic pot evitar fallades d'arc de CC en sistemes solars amb inversors de corda i cablejat de CC no protegit?NO
Hi ha la creença comuna que si un sistema solar de corrent continu amb cablejat de corrent continu no protegit s’instal·la de conformitat amb les normes australianes AS5033 i es manté regularment, és perfectament segur. Això no és cert. Un instal·lador solar pot mantenir regularment un sistema solar. Tanmateix, fins i tot aquella nit després de la inspecció o qualsevol altra nit després de la inspecció, un rosegador, possum, etc. pot mossegar a través de l'aïllament del cablejat de corrent continu. Quan surt el sol, els panells solars comencen a produir energia, els conductors nus es tornen actius provocant una falla d'arc de CC i un incendi. És pràcticament impossible que un instal·lador solar comprovi que totes les juntes estan impermeables per evitar l’entrada d’aigua i també que totes les juntes dels cables no estiguin corroïdes i estiguin sotmeses a alta impedància.
Simplement, no hi ha cap programa de manteniment que pugui prevenir una falla d’arc de CC en sistemes solars amb inversors de corda i cablejat de CC sense protecció.
Això només es produeix a Austràlia?NO
Els Estats Units lideren Austràlia a l’hora d’abordar aquest problema. El 2014, van introduir mitjançant el National Electric Code (NEC) els requisits d’aturada ràpida de les matrius solars. D’aquesta manera es desactivarà el cable de corrent continu des del sostre fins a l’inversor quan el sistema estigui apagat. Tot i que això ha ajudat, han continuat els incidents de fallades d'arc de corrent continu amb la xarxa solar. per tant, ara tenen previst introduir mesures d’acord amb NEC2017 sobre l’aturada ràpida del nivell del panell solar per limitar la tensió màxima de corrent continu dins de les matrius a 80 V CC o inferior quan s’apaga el sistema. L’aturada ràpida del nivell del panell solar proporcionarà una seguretat millorada als serveis d’emergència i a tothom que pugui entrar en contacte amb el sistema solar.
El Regne Unit ha reconegut el problema i ha dut a terme una investigació detallada dels incendis solars causats per falles d'arc de CC.
(Referència de https://www.acsolarwarehouse.com/)
