ข้อผิดพลาดของกราวด์ถือเป็นความล้มเหลวทางไฟฟ้าที่อันตรายที่สุดในระบบไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ อาร์เรย์ PV ที่ได้รับพลังงานจากแสงอาทิตย์จะทำหน้าที่เป็นแหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้า ซึ่งแตกต่างจากวงจรไฟฟ้าทั่วไป การเปิดเบรกเกอร์ไม่ได้ตัดพลังงานด้าน DC เมื่อเกิดข้อผิดพลาดของกราวด์ กระแสไฟฟ้าลัดสามารถไหลอย่างต่อเนื่อง ทำให้เกิดเพลิงไหม้ที่ทำลายหลังคา อาคาร และอาร์เรย์ระดับสาธารณูปโภค การออกแบบและการทดสอบอุปกรณ์การหยุดชะงักในการตรวจจับความผิดปกติของกราวด์ (GFDI) และอุปกรณ์การหยุดชะงักของวงจรอาร์กฟอลต์ (AFCI) ที่ถูกต้องไม่ใช่ทางเลือก
ข้อผิดพลาดกราวด์ของ PV คืออะไร?
ความผิดปกติของกราวด์ในระบบ PV เกิดขึ้นเมื่อตัวนำกระแสไฟไหล (โดยทั่วไปคือตัวนำไฟฟ้ากระแสตรง) สัมผัสกับเปลือก ท่อ หรือโครงสร้างโลหะที่มีการลงกราวด์ ทำให้เกิดเส้นทางกระแสไฟที่ไม่ได้ตั้งใจมายังโลก ข้อผิดพลาดของกราวด์เกิดขึ้นเนื่องจาก:
- ฉนวนสายเคเบิลเสียหาย (การเสื่อมสภาพของรังสียูวี, ความเสียหายจากสัตว์ฟันแทะ, การเสียดสีทางกลในท่อ)
- น้ำไหลเข้าไปในกล่องรวมสัญญาณหรือท่อร้อยสาย
- การต่อสายหลวมหรือทำไม่ถูกต้องซึ่งทำให้ตัวนำถึงตัวปิดสัมผัสกัน
- ความเสียหายทางกายภาพต่อโมดูล — แผ่นหลังที่แตกร้าวเผยให้เห็นตัวนำ
ความผิดปกติของกราวด์บนตัวนำเชิงลบของระบบ PV ที่มีกราวด์เป็นลบ (การออกแบบแบบดั้งเดิม) จะสร้าง พื้นดินที่สอง - เรียกว่า "ความผิดแบบสลัก" ลักษณะที่เป็นอันตรายของข้อผิดพลาดกราวด์ของ PV คือ ขนาดกระแสไฟฟ้าขัดข้องขึ้นอยู่กับจำนวนสายที่ขนานกัน: อาเรย์ขนาดใหญ่สามารถรักษากระแสไฟฟ้าขัดข้องได้ 100+ แอมแปร์อย่างไม่มีกำหนดตราบเท่าที่มีแสงแดดอยู่
NEC 690.5: ข้อกำหนดการป้องกันข้อผิดพลาดของกราวด์
มาตรา 690.5 ของประมวลกฎหมายไฟฟ้าแห่งชาติ (US) กำหนดให้มีการป้องกันข้อผิดพลาดของกราวด์สำหรับระบบ PV ที่ติดตั้งบนหรือใกล้อาคาร ข้อกำหนดจะแตกต่างกันไปตามประเภทของระบบ:
| ประเภทของระบบ | ข้อกำหนดของ NEC 690.5 |
|---|---|
| ระบบ PV แบบต่อสายดินบนอาคาร | ต้องใช้อุปกรณ์ GFDI ต้องตรวจจับกระแสไฟผิดปกติ ≥1 A |
| ระบบ PV แบบไม่มีกราวด์ (ลอยตัว) | จำเป็นต้องมีการตรวจจับความผิดปกติของกราวด์และการแยก (ทั้งสองขั้ว) |
| PV แบบติดตั้งภาคพื้นดิน (ไม่ใช่บนอาคาร) | จำเป็นต้องมี GFDI หากผู้ควบคุมวงสามารถเข้าถึงได้โดยบุคคลที่ไม่มีคุณสมบัติเหมาะสม |
| PV แบบรวมอาคาร (BIPV) | จำเป็นต้องมี GFDI; มีข้อกำหนดการแยกกันไฟเพิ่มเติม |
อุปกรณ์ GFDI จะตรวจสอบความไม่สมดุลของกระแสไฟฟ้าระหว่างตัวนำที่มีกระแสไฟฟ้าและตัวนำที่ต่อลงดินของอุปกรณ์ เมื่อตรวจพบความผิดปกติของกราวด์ อุปกรณ์จะต้อง: (1) ระบุสภาวะความผิดปกติ; และ (2) ปิดการใช้งานอาเรย์ (เปิดวงจรที่มีข้อบกพร่องหรือลดแรงดันไฟฟ้าให้ต่ำกว่าเกณฑ์ที่จะคงไว้ซึ่งความโค้ง)
“สะดุดสะดุด” และความขัดแย้งเรื่องความเสี่ยงจากไฟไหม้
ระบบ PV ในยุคแรกๆ (ก่อนปี 2010) ใช้ฟิวส์ GFDI ที่พิกัด 1 A การวิเคราะห์ของห้องปฏิบัติการแห่งชาติของ Sandia ในปี 2012 พบว่ามีโหมดความล้มเหลวที่น่ากังวล: ภายใต้สภาวะความผิดปกติของกราวด์บางอย่างในอาเรย์ขนาดใหญ่ ฟิวส์ GFDI อาจระเบิดได้โดยไม่รบกวนกระแสฟอลต์ — และสัญญาณฟิวส์ขาดถูกตีความว่า "ตรวจไม่พบข้อผิดพลาด" ปล่อยให้ระบบทำงานโดยมีข้อบกพร่องที่มีความเสี่ยงจากไฟไหม้ที่ทำงานอยู่ สิ่งนี้นำไปสู่การแก้ไข NEC ในปี 2014 โดยกำหนดให้อุปกรณ์ GFDI ไม่เพียงตรวจจับแต่ยังขัดจังหวะข้อผิดพลาดในเชิงบวกอีกด้วย
อินเวอร์เตอร์สตริงที่ทันสมัยและอินเวอร์เตอร์ส่วนกลางรวมการตรวจจับ GFDI ภายในอินเวอร์เตอร์ อินเวอร์เตอร์จะปิดตัวลงเมื่อตรวจพบข้อผิดพลาด มีความน่าเชื่อถือมากกว่าฟิวส์ GFDI ภายนอกสำหรับระบบที่อยู่อาศัยและเชิงพาณิชย์ขนาดเล็ก สำหรับระบบสาธารณูปโภคขนาดใหญ่ที่มีกล่องรวมหลายกล่อง การตรวจสอบข้อผิดพลาดกราวด์เพิ่มเติมที่ระดับตัวรวมจะช่วยให้ระบุตำแหน่งข้อผิดพลาดได้เร็วขึ้น
NEC 690.11: ข้อกำหนดของผู้ขัดขวางวงจรอาร์คฟอลต์
ข้อผิดพลาดของส่วนโค้ง — การอาร์คโดยไม่ได้ตั้งใจระหว่างตัวนำหรือระหว่างตัวนำกับพื้นดิน — ทำให้เกิดอุณหภูมิเกิน 5,000°C และเป็นสาเหตุหลักของการเกิดเพลิงไหม้ระบบ PV NEC 690.11 ต้องการการป้องกัน AFCI สำหรับระบบ PV ที่มีแหล่งกำเนิด DC หรือตัวนำวงจรเอาต์พุตที่ทำงานที่ 80 V ขึ้นไป และภายในหรือบนอาคาร:
- อุปกรณ์ AFCI จะต้องตรวจจับความอาร์คต่ำที่สุดที่ 500 mA
- ต้องขัดจังหวะภายใน 30 รอบหลังจากเริ่มต้นส่วนโค้ง
- ต้องอยู่ในรายการ UL 1699B (มาตรฐาน PV AFCI)
- สตริงอินเวอร์เตอร์สมัยใหม่หลายรุ่น (ซีรีส์ Sungrow SG, SMA Sunny Boy) รวม AFCI ไว้เป็นมาตรฐาน อุปกรณ์ AFCI แบบสแตนด์อโลนยังมีให้สำหรับการปรับปรุงเพิ่มเติมอีกด้วย
การทดสอบการป้องกันข้อผิดพลาดของกราวด์
การป้องกันข้อผิดพลาดของกราวด์จะต้องได้รับการทดสอบในขณะเดินเครื่องและเป็นระยะๆ ระหว่าง O&M:
- การทดสอบการว่าจ้าง: ด้วยระบบที่มีการฉายรังสีต่ำ (หรือใช้อุปกรณ์แรเงา) ให้แนะนำความผิดปกติที่มีความต้านทานต่ำที่ทราบโดยใช้ตัวต้านทานทดสอบระหว่างตัวนำสายและตัวนำสายดินของอุปกรณ์ ตรวจสอบการเดินทางของอุปกรณ์ GFDI และระบุถึงข้อผิดพลาด
- การทดสอบการทำงานประจำปี: เรียกใช้ฟังก์ชันการทดสอบ GFDI (ในอินเวอร์เตอร์สมัยใหม่) และตรวจสอบสัญญาณเตือนและการปิดเครื่อง
- การทดสอบความต้านทานของฉนวน (IR): การทดสอบ Megger ประจำปี (500 V DC, ขั้นต่ำ 1 MΩ ระหว่างตัวนำและกราวด์) เพื่อตรวจจับการเสื่อมสภาพของฉนวนก่อนที่จะทำให้เกิดความผิดปกติของกราวด์
- การถ่ายภาพความร้อน: การสแกน IR ประจำปีของกล่องรวมสัญญาณ อินเวอร์เตอร์ และกล่องรวมสัญญาณ - ฮอตสปอตบ่งชี้การเชื่อมต่อที่มีความต้านทานสูงซึ่งสามารถก้าวหน้าไปจนถึงส่วนโค้งได้