AFCI – remedium na łuki elektryczne DC w instalacji fotowoltaicznej

AFCI – z języka angielskiego Arc-Fault Circuit Interrupter – to funkcja wykrywania łuków elektrycznych w obwodach prądu stałego. Czym w praktyce jest funkcja AFCI? Poznaj remedium na łuki elektryczne DC w instalacji fotowoltaicznej.

Zdjęcie autora: Huawei

Huawei

Czołowy dostawca rozwiązań w zakresie infrastruktury informatycznej i komunikacyjnej oraz urządzeń inteligentnych

Spośród różnych form produkcji energii, fotowoltaika dobrze nadaje się do budowy sieci generacji rozproszonej. Widać to bardzo dobrze na liczbach. Pomimo pandemii COVID-19, moc fotowoltaiczna w 2020 roku osiągnęła prawie 714 GW na całym świecie, co stanowi wzrost o 20% w stosunku do roku poprzedniego.

Fotowoltaika stawia wysokie wymagania pod względem bezpieczeństwa, a instalacje tego typu często realizowane są u odbiorcy końcowego, np. w gospodarstwach domowych. Kwestie bezpieczeństwa systemów fotowoltaicznych powinny być priorytetem nie tylko dla inwestora, jak również dla instalatora.Choć pożary systemów fotowoltaicznych są niezwykle rzadkie, to temat bezpieczeństwa należy regularnie poruszać i podejmować wszelkie dostępne środki, żeby zwiększać świadomość inwestorów i instalatorów.

Łuk elektryczny DC - najczęstsza przyczyna pożarów instalacji PV

Pożary instalacji elektrycznej należą do najczęstszych na świecie wypadków z udziałem
instalacji fotowoltaicznych – skutkują także największymi stratami. Ich przyczyną są najczęściej łuki elektryczne w obwodach DC.

Z technicznego punktu widzenia, łuk elektryczny jest zjawiskiem jarzenia się zjonizowanego powietrza. Jonizowane powietrze powstaje w wyniku przeskoku napięcia między dwoma przewodami elektrycznymi znajdującymi się blisko siebie lub między przewodem a masą uziemienia. Towarzysząca temu procesowi wysoka temperatura może doprowadzić do zapłonu materiałów znajdujących się w najbliższym sąsiedztwie. Istnieją trzy rodzaje łuków elektrycznych w obwodach DC: szeregowe, równoległe oraz doziemne. Prawdopodobieństwo występowania łuków szeregowych jest najwyższe (ok. 80%), wiąże się to ze strukturą instalacji elektrycznej oraz charakterystyką generacji energii. Łuki szeregowe są również najtrudniejsze do wykrycia. Pozostale dwa rodzaje łuków elektrycznych tj. równoległe i doziemne występują rzadziej, ale są bardziej niebezpieczne.

Rodzaje łuków elektrycznych w obrębie generatora PV, źródło: Przerywacz łuku elektrycznego w obwodach DC instalacji fotowoltaicznych (AFCI) - Biała Księga Techniczna

Przyczyn pojawienia się łuków elektrycznych w instalacjach fotowoltaicznych można wymienić kilka. Są to między innymi: luźne zaciski elektryczne, przebicia przewodów, uszkodzone powłoki izolacyjne, czy też zawilgocone lub korodujące przewody. Podtrzymywane łuki elektryczne w obwodach DC stanowią ryzyko pożarowe – z oczywistych powodów należy im zapobiegać. Aby to zrobić, konieczne jest wprowadzenie kompleksowych środków ochrony – w szczególności technik inteligentnego wykrywania łuków elektrycznych i bezzwłocznego ich wygaszania. Rozwiązaniem problemu jest funkcja AFCI.

AFCI – funkcja umożliwiająca inteligentne wykrywanie łuków elektrycznych

Obecne metody wykrywania łuków elektrycznych opierają się na analizie pomiarów natężenia prądu lub częstotliwości napięcia. W analizie obejmowane są również charakterystyczne informacje takie jak punkt częstotliwości, energia i zmienność na podstawie których wnioskuje się o zaistnieniu łuku elektrycznego. Niektórzy producenci wprowadzając funkcje wykrywania łuków elektrycznych DC musieli się zmierzyć z licznymi problemami i wyzwaniami technicznymi, takimi jak: zdolność przystosowania się do szumu i zróżnicowanych warunków. W przypadku wykrywania łuków elektrycznych równoległych i doziemnych poziom szumów zależy od właściwości środowiska, a obecne techniki nie są w stanie ich skutecznie rozpoznawać. W przypadku łuków szeregowych gdy widmo łuku elektrycznego zbliża się do widma zakłóceń otoczenia, nie można tych właściwości skutecznie odróżnić od siebie, co może prowadzić do zaistnienia fałszywych alarmów.

Firma Huawei w tym aspekcie zrobiła krok dalej. Dzięki zastosowaniu sztucznej inteligencji (AI), AFCI w falownikach Huawei nieustannie „uczy się” i identyfikuje nowe łuki DC w swojej bazie danych. Rozwiązanie AFCI AI BOOST stosowane w falownikach Huawei wyróżnia się spośród innych istniejących na rynku. W przeciwieństwie do projektów z zadaną wartością progową, rozwiązanie AI BOOST opiera się na modelu wysoce nieliniowym: jednocześnie oblicza i iteruje po bardzo dużej ilości danych. W efekcie funkcja AFCI w falownikach Huawei:

  • Skutecznie odróżnia szumy od łuków elektrycznych
  • Pozwala całkowicie uniknąć fałszywych alarmów
  • Sygnalizuje 100% awarii
  • Uwzględnia maksymalną długość kabla dopływowego 200 m
  • Uwzględnia maksymalny prąd dopływowy 26 A
  • Uwzględnia wyszukiwanie położenia łuku elektrycznego na poziomie modułów w przypadku w pełni zoptymalizowanych systemów

Wyniki badań to potwierdzają!

Wyniki badań pokazały, że funkcja AFCI zastosowana w falownikach Huawei spełnia wymagania stawiane przez normy (UL 1699B-2018, oraz osiąga poziom L4 określony w normie CGC/GF 175:2020) w zakresie stosowania i konfiguracji systemu z odpowiednią precyzją i dokładnością. W przypadku wykrycia łuku elektrycznego szeregowego następuję niezwłoczne wyłączenie napięcia, co skutecznie chroni przed niebezpieczeństwem. Co więcej, w falownikach Huawei dzięki AFCI AI BOOST realizowane są wysoce precyzyjne funkcje wykrywania łuków elektrycznych w szerokim zakresie, na przykład przy długości kabla do 200 m lub gdy natężenie prądu osiąga wartość maksymalną. Dodatkowo, algorytmy precyzyjnie określają miejsce łuku elektrycznego na poziomie modułów, pod warunkiem zastosowania pełnej optymalizacji Huawei.

Autorskie rozwiązanie Huawei umożliwiające inteligentne wykrywanie łuków elektrycznych AFCI AI BOOST jest skutecznym rozwiązaniem, które zyskało uznanie w wielu krajach i regionach świata m.in. w Ameryce Płn., Europie, Azji i Bliskim Wschodzie.

Materiał sponsorowany