태양광 DC 아크 문제 소개 및 솔루션

태양광 기술의 급속한 발전으로 태양광 발전은 전 세계적으로 중요한 녹색 에너지 솔루션 중 하나가 되었습니다. 태양광 발전 시스템은 주거용 옥상, 산업 단지, 대규모 태양열 발전소 등에서 중요한 역할을 합니다.- 동시에 태양광 발전 시스템의 안전 문제도 점차 주목을 받고 있습니다. 태양광 발전 시스템의 안정성에 영향을 미칠 수 있는 전기 현상인 DC 아크는 모든 실무자와 사용자가 주의 깊게 이해할 가치가 있습니다.

1.DC 아크스트라이킹의 의미

직류 아크는 이름에서 알 수 있듯이 직류 회로의 전류 경로가 갑자기 중단될 때 접점 사이에 아크가 형성되는 현상을 말합니다.

전기 아크는 가스 방전 현상의 일종입니다. 가스가 이온화되면 전도성 채널이 형성되어 전기 아크가 발생합니다. 광전지 DC 회로에서는 회로에 작은 간격이 발생하면 간격을 가로지르는 DC 전압이 그 내부에 전기장을 생성합니다. 전기장의 세기가 특정 수준에 도달하면 공기 분자가 이온화됩니다. 공기 분자는 양전하를 띤 핵과 음전하를 띤 전자로 구성된 원자로 구성됩니다. 강한 전기장에서 전자는 핵에서 벗어나 자유 전자가 될 만큼 충분한 에너지를 얻습니다. 이러한 자유 전자는 전기장에서 가속되고 다른 공기 분자와 충돌하여 더 많은 분자를 이온화하여 많은 수의 자유 전자와 양이온을 생성합니다. 이 과정을 가스 분해라고 합니다. 가스가 분해되면 전기 아크가 형성됩니다.

DC 아크 타격 과정:

직류의 경우 영교점이 없고 전류의 방향이 변하지 않기 때문에 아크는 지속적으로 에너지를 받을 수 있어 스스로 소멸하기 어렵다.

아크는 회로 접속 방식과 아크 위치에 따라 직렬 아크와 병렬 아크로 나눌 수 있습니다(접지 아크는 평행 아크의 특수한 유형으로 간주할 수 있음). 직렬 아크는 일반적으로 단일 활성 도체 내에서 발생합니다. 도체 사이의 간격이 작고 도체가 많기 때문에 발생 빈도가 더 높습니다. 또한, 직렬 아크 신호는 약하고 노이즈에 의해 쉽게 가려지기 때문에 감지가 어렵고 제때 처리하지 않으면 화재가 발생하기 쉽습니다. 평행 호는 일반적으로 서로 다른 활성 도체 사이에서 발생합니다. 도체 사이의 간격이 넓고 경로가 복잡하므로 발생빈도가 낮다. 현재 퓨즈 및 회로 차단기와 같은 보호 조치를 통해 병렬 아크의 영향을 효과적으로 제어할 수 있습니다.

2. 원인DC 아크 스트라이킹

2.1연결 구성 요소 문제

연결 구성 요소는 광전지 시스템에서 가장 일반적인 문제 지점 중 하나이며 DC 아크의 주요 원인이기도 합니다.

• 헐거워지거나 산화되거나 마모된 커넥터(예: MC4 플러그)는 일반적인 문제입니다. 장기간 사용하는 동안 -커넥터는 진동, 온도 변화 등의 요인으로 인해 헐거워질 수 있습니다. 커넥터가 느슨하면 접촉 저항이 증가하여 전류가 흐를 때 많은 양의 열이 발생하여 커넥터의 온도가 상승할 수 있습니다. 높은 온도는 커넥터의 산화 및 마모를 가속화하여 결국 간격이 발생하고 아크가 발생할 수 있는 악순환을 만듭니다.

• 케이블 조인트 압착은 표준에 맞지 않습니다. 압착력이 부족하거나 누출이 발생하면 케이블 조인트의 접촉 불량이 발생하여 마찬가지로 접촉 저항이 증가하고 고온이 발생하여 결과적으로 아크가 발생할 수 있습니다.

2.2도체 문제

전선은 전류 전송을 위한 태양광 발전 시스템의 중요한 구성 요소이며, 전선의 품질과 상태는 시스템의 안전한 작동에 직접적인 영향을 미칩니다.

• 케이블 절연층이 손상되면 도체와 접지체 또는 금속 지지대 사이에 틈이 생겨 아크가 발생할 수 있습니다. 설치 또는 사용 중에 기계적 손상이나 화학적 부식 등의 요인으로 인해 케이블 절연체가 손상될 수 있습니다.

• 외력(설치류가 갉아먹거나 기계적 마찰 등)에 의해 와이어가 손상되어 국부적인 노출이 발생할 수 있으며, 이는 아크 스트레칭의 원인 중 하나이기도 합니다. 일부 실외 태양광발전소에서는 설치류가 케이블을 갉아먹는 일이 간헐적으로 발생합니다.

2.3환경 및 노후화 요인

환경적 요인과 장비 노후화 역시 광전지 시스템에서 DC 아크 발생의 중요한 원인입니다.

• 고온 다습에 장기간 노출되면 부품 노후화가 가속화되어 절연 성능이 저하될 수 있습니다.-온도가 높은 환경에서는 부품 재료가 열 노화되어 성능이 점차 저하됩니다. 습도가 높은 환경에서는-구성 요소가 젖어 절연 특성에 영향을 줄 수 있습니다.

• 연결 지점에 먼지와 부식이 쌓여 전기 연속성을 방해하고 방전 방전을 일으킬 수 있습니다. 부식성이 강한 먼지가 많은 환경에서는 연결 지점에 먼지와 부식성 물질이 많이 쌓이는 경향이 있습니다. 이러한 물질은 전류 전달을 방해하고 연결 지점의 저항을 증가시키며 고온을 발생시키고 잠재적으로 아크를 일으킬 수 있습니다.

3.태양전지에서 DC 아크 검출 기술 및 응용

3.1아크 사고 차단기(AFCI)/AFDD)

AFCI의 기능은 아크 발생 시 즉시 '전원을 감지하고 차단'해 화재 확산을 방지하는 것입니다.

일반적으로 DC 결합기 박스, 인버터 또는 회로 차단기에 통합되어 전류 신호를 실시간으로 모니터링합니다. 아크가 발생하면 전류 파형에 특정한 고주파수 노이즈와 왜곡이-나타납니다. AFCI는 알고리즘을 사용하여 이러한 비정상적인 신호를 감지하고 신속하게 회로 연결을 끊습니다.

주요 구조

AFCI 아크 결함 회로 차단기는 주로 차단기 모듈, 누설 모듈, 전원 모듈, 신호 조절 모듈, 트립 장치 모듈 및 통신 인터페이스 모듈로 구성됩니다.

• 전원 모듈: AFCI/AFDD 내부의 관련 장치에 전원을 공급합니다.

• 신호 조절 모듈: 주 회로의 전류 신호는 라인 전류 변환기를 통해 신호 조절 모듈로 전달됩니다. 모듈은 처리를 위해 신호를 마이크로컨트롤러로 보내기 전에 신호를 증폭, 정류 및 필터링합니다.

• 트리핑 모듈: AFCI 아크 결함 회로 차단기에서 트리핑 모듈의 전자기 구조는 새로운 에너지 절약 기술을 채택하여 스위치 전자기 시스템의 코어 손실과 단락-회로 손실을 최소화하여 에너지 절약을 극대화합니다. 전자기 시스템에 대한 에너지 영향을 줄이기 위해 버퍼링 장치가 추가되어 스위치의 폐쇄 성능이 향상되고 서비스 수명이 연장됩니다. 트리핑 모듈의 작동 메커니즘은 주 제어 칩 MCU가 감지한 오류 신호를 수신하고 제어 접점을 통해 코일 회로를 차단할 수 있으며 전자기 메커니즘은 주 회로를 차단합니다. 오류가 해결된 후 작동 버튼을 누르면 모듈이 재설정됩니다.

통신 인터페이스 모듈: 이 모듈을 사용하면 전류, 전압, 전류 위상, 아크 신호 등의 데이터를-실시간으로 단말 컴퓨터에 전송하여 원격 모니터링이 가능합니다.

작동 원리

AFCI 아크 결함 회로 차단기의 주 제어 칩 MCU는 주 회로의 전류 신호를 실시간으로 모니터링합니다. 주 회로에서 아크 결함이 감지되면 마이크로 컨트롤러는 트립 신호를 보내고 트립 회로는 트립 동작을 실행합니다.

3.2적외선 열화상 기술

적외선 열화상 기술은 적외선 카메라를 통해 연결 지점의 비정상적인 발열을 감지하여 잠재적인 아크 위험을 사전에 식별할 수 있습니다. 접촉 불량은 국지적인 고온을 동반하는 경우가 많으며, 적외선 열화상은 이러한 고온 영역을 명확하게 표시하여 유지 관리 담당자에게 직관적인 참조 정보를 제공합니다.

4. 태양광 발전의 DC 아크 결함에 대한 보호 조치 및 구현

4.1표준 설치

올바른 설치는 태양광 발전 시스템에서 DC 아크를 방지하기 위한 기초입니다. 설치 과정에서 연결이 느슨해지지 않도록 커넥터와 케이블 조인트가 단단히 압착되어 있는지 확인하십시오. 압착 작업에는 전문 도구를 사용해야 하며, 연결 지점의 접촉 저항을 최소화하기 위해 지정된 힘으로 작동해야 합니다.

동시에 기계적 손상 위험을 줄이기 위해 표준을 충족하는 단열재를 선택하십시오. 케이블 설치 시 절연층 손상을 방지하기 위해 과도하게 구부리거나 잡아당기지 마십시오.

4.2구성요소 선택

노후화 및 고온, 특히 열악한 환경에 견딜 수 있는 커넥터와 케이블을 선택하여 구성 요소의 보호 수준(예: IP65/IP67)을 강화하십시오. 부품을 선택할 때 온도, 습도, 부식성 등 태양광 발전소의 환경 조건을 충분히 고려하십시오.

예를 들어 고온 지역의 태양광 발전소에서는{0}}더 높은 온도에서도 안정적인 성능을 유지할 수 있는 커넥터와 케이블을 선택해야 합니다. 해안 지역과 같이 부식성이 높은 환경에서는 내식성을 갖춘 구성 요소를 선택해야 합니다.

4.3시스템 설계 최적화

태양광 시스템에서 DC 아크를 방지하려면 시스템 설계 최적화가 중요합니다. 설계 과정에서는 지나치게 높은 DC 전압(안전 표준을 준수해야 함)을 피하고, 긴 케이블 길이를 줄이고, 갭 방전 가능성을 최소화하는 것이 중요합니다.

케이블 길이를 최소화하고 케이블의 굴곡 및 연결 부위 수를 줄이는 것을 목표로 태양광 모듈 배열과 케이블 라우팅을 합리적으로 계획합니다. 동시에 퓨즈, 회로 차단기, 아크 결함 보호 장치 등 적절한 보호 장치를 설치하여 회로에 이상이 발생한 경우 즉시 전원을 차단해야 합니다.