Три основных опасности при работе с солнечными электроустановками и как их избежать
Специалисты по солнечной энергетике знают, что превращение солнечного излучения в электричество – отнюдь не магия. Безопасность в области солнечной энергетики требует специального опыта, строгих стандартов и тяжелого труда.
Мы проанализировали ряд наиболее распространенных производственных инцидентов и выделили три самых распространенных вида опасности, с которыми вы можете столкнуться при работе с фотоэлектрическими системами. Рассмотрим их поочередно, выясним причины их возникновения и – самое главное – подробно остановимся на специальных мерах безопасности, которые можно принять для минимизации рисков.
Поражение током от проводников под напряжением
Как и в случае других систем производства электроэнергии, выполнение работ на фотоэлектрических системах сопряжено с риском поражения электрическим током в случаях, когда ток проходит через тело человека опасным путем. Прохождение тока силой до 75 миллиампер (мА) через сердце смертельно для жизни. Сопротивление человеческого тела составляет около 600 Ом. Согласно закону Ома, напряжение (V) равно току (I), умноженному на сопротивление (R), поэтому V = IR.
Чтобы вычислить величину тока, проходящего через тело человека под действием напряжения 120 В, достаточно разделить 120 В на 600 Ом (I = V/R), что дает нам 0,2 А или 200 мА. Это более чем в 2,5 раза превышает смертельный для человека предел в 75 мА, поэтому защита себя и своих работников от такой опасности является критически важной.
Поражение электрическим током обычно вызвано коротким замыканием из-за коррозии кабелей и соединений, повреждением электропроводки и неправильным заземлением. Ключевые места в фотоэлектрической системе, где следует остерегаться этих опасностей, включают распределительную коробку, проводники фотоэлектрического источника и выходной цепи, а также проводник заземления оборудования. Заземляющий проводник соединяет все металлические компоненты между собой и, наконец, с землей через проводник заземляющего электрода и сам заземляющий электрод.
Меры контроля: системы быстрого отключения
Объем электроэнергии, производимой фотоэлектрическими системами, зависит от уровня солнечного излучения. Чтобы снизить опасность поражения электрическим током для технических работников и служб быстрого реагирования, необходим способ отключить соответствующие струны при возникновении короткого замыкания или при отключении электроэнергии. Нормативные документы требуют «оперативного отключения» фотоэлектрических систем как внутри, так и за пределами «фотоэлектрического массива». Фотоэлектрический массив определяется как механически интегрированная сборка модулей или панелей с опорной конструкцией и фундаментом, трекером и другими компонентами, образующими блок генерации постоянного или переменного тока. Это включает в себя контролируемые проводники, расположенные в пределах массива или на расстоянии до 1 м от точки их подключения к периметру здания.
Устройства быстрого отключения должны быть расположены либо в точке сервисного выключателя, либо для этой цели должен быть предусмотрен специальный выключатель быстрого отключения. Предусмотрено исключение для систем, управляемых силовой электроникой модульного уровня, например, микроинверторами и оптимизаторами мощности, снижающими напряжение. Эти требования не распространяются на массивы без открытых проводниковых деталей, расположенных на расстоянии более 2,5 м от открытых заземленных проводниковых деталей.
Кроме того, в ряде стран действует требование, согласно которому фотоэлектрические массивы на крышах сооружений должны устанавливаться на определенном расстоянии от кровли, чтобы обеспечить пожарным доступ к системе. Например, Кодекс пожарной безопасности штата Калифорния (США) требует, чтобы фотоэлектрические модули располагались на расстоянии не менее 1 м от конька крыши.
Дуговые замыкания, приводящие к возникновению пожаров
Как и в любой электрической системе, в фотоэлектрических системах всегда присутствует потенциальная опасность возникновения пожара. Возможно, одной из наиболее распространенных причин их возникновения являются дуговые разряды, представляющие собой мощные электрические разряды между двумя или более проводниками. Тепло, создаваемое этими разрядами, может привести к повреждению изоляции проводов и впоследствии вызвать возникновение искры или «дуги», что приводит к возникновению пожара.
Фотоэлектрические системы подвержены как последовательным дуговым замыканиям, вызванным нарушением проводимости проводника, так и параллельным дуговым замыканиям, вызванным случайным током между двумя проводниками, часто из-за замыкания на землю.
Меры контроля: прерыватели цепи дугового замыкания
Дуговое замыкание может привести к короткому замыканию или замыканию на землю, но оно может быть недостаточным для срабатывания автоматического выключателя или прерывателя цепи замыкания на землю (GFCI). Для защиты от дуговых замыканий необходимо установить розетку прерывателя цепи дугового замыкания (AFCI) или автоматический выключатель AFCI. AFCI выявляют опасные низкоуровневые дуговые токи и выключают цепь или розетку, чтобы снизить вероятность возникновения пожара вследствие дугового замыкания.
В частности, в США действуют требования к защите фотоэлектрических систем, работающих под напряжением 80 В постоянного тока или выше между любыми двумя проводниками, фотоэлектрическим AFCI или эквивалентным компонентом системы. Система защиты должна быть в состоянии выявлять дуговые замыкания, возникающие в результате сбоя в предполагаемой проводимости проводника, соединительном модуле или другом компоненте в цепях постоянного тока фотоэлектрической системы.
Дуговые вспышки, приводящие к взрывам
Эксплуатация крупных фотоэлектрических массивов со средним и высоким уровнем напряжения связана с повышенным риском возникновения дуговых вспышек. Это особенно актуально, когда техник проверяет на наличие неисправностей распределительные коробки под напряжением, схемы фотоэлектрических источников в которых объединены параллельно для увеличения тока, а также при проверке распределительных устройств среднего и высокого напряжения и трансформаторов. Дуговая вспышка высвобождает горячие газы и концентрированную лучистую энергию, которая почти в 3,5 раза превышает температуру поверхности Солнца — до ~19500°C. Это происходит, когда на проводниках постоянного и переменного тока высвобождается большой объем энергии, приводящий к дуговому замыканию.
Дуговые вспышки являются проблемой для систем мощностью более 400 В, поэтому под угрозой оказываются как бытовые инверторы, обычно имеющие максимальное входное напряжение 500 В, так и крупные инверторы, имеющие максимум 1500 В. До появления промышленных солнечных энергетических систем дуговые вспышки считались проблемой, связанной исключительно с переменным током, поскольку напряжение постоянного тока ограничивалось использованием вне сети, где использовались батареи мощностью менее 100 В. Ряд международных стандартов предусматривает проведение анализа риска дуговых вспышек и использование средств индивидуальной защиты (СИЗ) для систем постоянного тока свыше 100 В.
Меры контроля: Снижение рисков, связанных с переменным и постоянным током
Защита от дуговых вспышек в фотоэлектрических системах подраспределяется на защиту от постоянного тока (до инвертора) и переменного тока (после инвертора). Для крупных массивов солнечных панелей (более 100 кВт) особенно важна защита от постоянного тока на распределительных коробках, в которых несколько струн солнечных панелей подключены параллельно для увеличения тока. Чтобы уменьшить вероятность возникновения дуговой вспышки, в масштабных системах можно использовать многострунные инверторы, которые сами могут соединять несколько струн параллельно, вместо использования одного или двух больших центральных инверторов, для которых необходимы распределительные коробки. Снижение рисков, связанных с переменным током, включает в себя дугостойкое распределительное устройство, которое перенаправляет энергию дуговой вспышки через верхнюю часть шкафа, подальше от персонала и оборудования.
В зависимости от задач, базовые СИЗ для технического персонала солнечных электростанций могут включать перчатки, защитную каску и средства защиты ушей, предохранительные пояса и дугостойкую одежду. Среди оборудования Fluke отличную защиту обеспечивают промышленный мультиметр Fluke 87V MAX и токоизмерительные клещи Fluke 393 FC.
Выводы и рекомендации: выбор соответствующего тестового оборудования
Защита ваших работников и фотоэлектрической системы от опасности поражения электрическим током требует соблюдения безопасных методов работы и обеспечения того, чтобы ваше оборудование было рассчитано на противостояние потенциальным опасностям. Это означает, что мультиметры, измерительные провода и предохранители должны быть рассчитаны на использование в конкретных обстоятельствах, в которых вы работаете.
Вот несколько основных рекомендаций в данной связи:
- Оборудование, соответствующее требованиям CAT: Выбирайте измерительный прибор, рассчитанный на категорию измерений (рейтинг CAT) и напряжение, которое соответствует предусмотренному применению. Ваш мультиметр должен выдерживать средние уровни напряжения, а также высокие скачки напряжения и переходные процессы, которые могут привести к поражению электрическим током или дуговой вспышке. В области солнечной энергетики новой нормой становится категория защиты от перенапряжения III 1500 В. Токоизмерительные клещи Fluke 393 FC – это единственные токоизмерительные клещи класса True RMS с категорией защиты CAT III 1500 В / CAT IV 600 В, которые отвечают требованиям к изоляции для сред CAT III, таких как солнечные электроустановки. Они также имеют беспроводную функцию Fluke Connect™, что позволяет контролировать измерения с безопасного расстояния на собственном смартфоне.
- Аспекты, связанные с высотностью над уровнем моря: Для фотоэлектрических систем на больших высотах следует использовать оборудование CAT III и IV, поскольку с ростом высотности воздух становится менее изолирующим и менее плотным, что снижает его охлаждающую способность. Это означает, что пробивное напряжение, то есть, минимальное напряжение, при котором изолятор становится электропроводным, уменьшается с ростом высотности. Например, для зазора в 1 сантиметр между проводниками пробивное напряжение будет составлять 30 кВ на уровне моря, 1,2 кВ на высоте 15 200 м и 300 В на высоте 45 720 м.
- Высококачественные измерительные провода: Выбирайте измерительные провода с рейтингом CAT, соответствующим или превышающим рейтинг CAT цифрового мультиметра.
- Замена высоковольтных предохранителей: Всегда заменяйте высоковольтные предохранители аналогичными по качеству и номинальному току. Эти предохранители предназначены для удержания энергии, генерируемой при коротком замыкании, в корпусе предохранителя. Они спасают жизнь и их ни в коем случае нельзя заменять более дешевыми базовыми образцами.
- Щупы и аксессуары к ним: Используйте выдвижные щупы, колпачки для наконечников или щупы с укороченными наконечниками, чтобы избежать случайного прикосновения металла к металлу и короткого замыкания.
- Средства индивидуальной защиты: Используйте соответствующие СИЗ, включая одежду с защитой от электрической дуги, перчатки, защитные очки или защитные щитки, средства защиты органов слуха и кожаную обувь соответственно напряжению, с которым вы работаете. Как правило, национальные стандарты безопасности содержат полный перечень категорий СИЗ и соответствующей одежды для каждого класса дугостойкости.
Это только основные советы по безопасной работе с фотоэлектрическими системами. Обязательно соблюдайте все применимые требования законодательства, отраслевые стандарты и правила безопасности, инструкции производителей и процедуры безопасности вашей компании во время тестирования или обслуживания любого электрического оборудования.
