Три основні небезпеки під час роботи з сонячними електроустановками та як їх уникнути
Фахівці з сонячної енергетики знають, що перетворення сонячного випромінювання на електрику — це не магія. Безпека у галузі сонячної енергетики вимагає спеціального досвіду, суворих стандартів та важкої праці.
Ми проаналізували низку найпоширеніших випадків виробничих інцидентів та виокремили три найпоширеніші види небезпеки, з якими ви можете стикнутися під час роботи з фотоелектричними системами. Отож, розглянемо їх почергово, з'ясуємо причини їх виникнення та – найголовніше – розповімо спеціальні заходи безпеки, яких можна вжити для мінімізації ризиків.
Ураження електричним струмом від провідників під напругою
Як і в інших системах виробництва електроенергії, фотоелектричні системи пов'язані з ризиком ураження електричним струмом, коли струм проходить через тіло людини небезпечним шляхом. Проходження струму силою до 75 міліампер (мА) через серце є смертельним. Тіло людини має опір близько 600 Ом. Відповідно до закону Ома, напруга (V) дорівнює струму (I), помноженому на опір (R), тому V = IR.
Щоб обчислити величину струму, який проходив би через тіло людини під дією напруги 120 В, достатньо поділити 120 В на 600 Ом (I = V/R), що дає нам 0,2 А або 200 мА. Це більш ніж у 2,5 рази перевищує смертельну для людини межу в 75 мА, тому захистити себе та своїх працівників від такої небезпеки є критично важливим.
Ураження електричним струмом зазвичай спричинені коротким замиканням через корозію кабелів та з'єднань, пошкодженням електропроводки та неправильним заземленням. Ключові місця у фотоелектричній системі, в яких слід остерігатися цих небезпек, включають розподільчу коробку, провідники фотоелектричного джерела та вихідного кола та провідник заземлення обладнання. Заземлювальний провідник з'єднує всі металеві компоненти разом і, зрештою, із землею через провідник заземлювального електрода та сам заземлювальний електрод.
Заходи контролю: cистеми швидкого вимкнення
Обсяг електроенергії, що виробляється фотоелектричними системами, залежить від рівня сонячної освітленості. Щоб зменшити небезпеку ураження електричним струмом для технічних працівників і служб швидкого реагування, необхідний спосіб відключити відповідні струни при виникненні короткого замикання або під час відключення електроенергії. Нормативні документи вимагають «оперативного відключення» фотоелектричних систем як в межах, так і поза межами «фотоелектричного масиву». Фотоелектричний масив визначається як механічно інтегрована збірка модулів або панелей з опорною конструкцією та фундаментом, трекером та іншими компонентами, які утворюють блок генерації постійного або змінного струму. Це включає контрольовані провідники, розташовані в межах масиву або на відстані до 1 м від точки їх підключення до периметру будівлі.
Пристрої швидкого відключення повинні бути розташовані або у точці сервісного вимикача, або ж для цього повинен бути передбачений спеціальний вимикач швидкого відключення. Передбачено виняток для систем, керованих силовою електронікою модульного рівня, наприклад, мікроінверторами та оптимізаторами потужності, які знижують напругу. Ці вимоги загалом не поширюються на масиви без відкритих провідникових деталей, що розташовані на відстані понад 2,5 м від відкритих заземлених провідникових деталей.
Крім цього, у низці країн діє вимога, згідно з якою фотоелектричні масиви на дахах споруд повинні встановлюватися на певній відстані від покрівлі, щоб забезпечити пожежникам доступ до системи. Наприклад, Кодекс пожежної безпеки штату Каліфорнія (США) вимагає, щоб фотоелектричні модулі розташовувалися на відстані щонайменше 1 м від ребра даху.
Дугові замикання, які призводять до виникнення пожеж
Як і в будь-якій електричній системі, пожежі завжди є потенційною небезпекою. Можливо, однією з найпоширеніших причин їх виникнення є дугові розряди, які є потужними електричними розрядами між двома або більше провідниками. Тепло, що створюється цими розрядами, може призвести до пошкодження ізоляції дроту та згодом викликати появу іскри або «дуги», яка призводить до виникнення пожежі.
Фотоелектричні системи схильні як до послідовних дугових замикань, спричинених порушенням провідності провідника, так і до паралельних дугових замикань, спричинених випадковим струмом між двома провідниками, часто через замикання на землю.
Заходи контролю: переривники ланцюга дугового замикання
Дугове замикання може призвести до короткого замикання або замикання на землю, але воно може бути недостатнім для спрацювання автоматичного вимикача або переривника ланцюга замикання на землю (GFCI). Для захисту від дугового замикання потрібно встановити розетку переривника ланцюга дугового замикання (AFCI) або автоматичний вимикач AFCI. AFCI виявляють небезпечні дугові струми низького рівня і вимикають ланцюг або розетку, щоб зменшити ймовірність виникнення пожежі внаслідок дугового замикання.
Зокрема, у США діють вимоги щодо захисту фотоелектричних систем, які працюють під напругою 80 В постійного струму або вище між будь-якими двома провідниками, фотоелектричним AFCI або еквівалентним компонентом системи. Система захисту повинна бути в змозі виявляти дугові замикання, що виникають внаслідок збою в передбачуваній провідності провідника, з'єднувальному модулі або іншому компоненті в ланцюгах постійного струму фотоелектричної системи.
Дугові спалахи, що призводять до вибухів
Експлуатація великих фотоелектричних масивів із середнім і високим рівнями напруги пов'язана з підвищеним ризиком виникнення дугових спалахів. Це особливо актуально, коли технік перевіряє на наявність несправностей розподільчі коробки під напругою, схеми фотоелектричних джерел в яких об'єднані паралельно для збільшення струму, а також під час перевірки розподільних пристроїв середньої та високої напруги та трансформаторів. Дуговий спалах вивільняє гарячі гази та концентровану променисту енергію, яка майже в 3,5 рази перевищує температуру поверхні Сонця — до ~19500°C. Це відбувається, коли на провідниках постійного та змінного струму вивільняється великий обсяг енергії, який призводить до дугового замикання.
Дугові спалахи є проблемою для систем потужністю понад 400 В, тому під загрозою опиняються як побутові інвертори, які зазвичай мають максимальну вхідну напругу 500 В, так і великі інвертори, які мають максимум 1500 В. До появи промислових сонячних енергетичних систем дугові спалахи вважалися проблемою, пов'язаною виключно зі змінним струмом, оскільки напруга постійного струму обмежувалася використанням поза мережею, де використовувалися батареї потужністю менше 100 В. Низка міжнародних стандартів передбачає проведення аналізу ризику дугових спалахів та використання засобів індивідуального захисту (ЗІЗ) для систем постійного струму понад 100 В.
Заходи контролю: зниження ризиків, пов'язаних зі змінним та постійним струмом
Захист від дугових спалахів у фотоелектричних системах поділяється на захист від постійного струму (до інвертора) та змінного струму (після інвертора). Для великих масивів сонячних панелей (понад 100 кВт) особливо важливим є захист від постійного струму на розподільчій коробці, де кілька струн сонячних панелей підключені паралельно для збільшення струму. Щоб зменшити ймовірність виникнення дугового спалаху, у масштабних системах можна використовувати багатострунні інвертори, які самі можуть з'єднувати кілька струн паралельно, замість використовувати один або два великих центральних інвертори, для яких необхідні розподільчі коробки. Зниження ризиків, пов'язаних зі змінним струмом, включає в себе дугостійкий розподільний пристрій, який перенаправляє енергію дугового спалаху через верхню частину шафи, подалі від персоналу та обладнання.
Залежно від завдання, базові ЗІЗ для технічного персоналу сонячних електростанцій можуть включати рукавички, захисну каску і засоби захисту вух, запобіжні пояси та дугостійкий одяг. Серед обладнання Fluke чудовий захист забезпечують промисловий мультиметр Fluke 87V MAX та струмовимірювальні кліщі Fluke 393 FC.
Висновки та рекомендації: вибір відповідного тестувального обладнання
Захист ваших працівників та фотоелектричної системи від небезпеки ураження електричним струмом вимагає дотримання безпечних методів роботи та забезпечення того, щоб ваше обладнання було розраховане на протистояння потенційним небезпекам. Це означає, що мультиметри, вимірювальні дроти та запобіжники повинні бути розраховані на застосування в конкретних обставинах, в яких ви працюєте.
Ось декілька основних рекомендацій:
- Обладнання, що відповідає вимогам CAT: Вибирайте вимірювальний прилад, розрахований на категорію вимірювань (рейтинг CAT) та рівень напруги, який відповідає передбаченому застосуванню. Ваш мультиметр повинен витримувати середні рівні напруги, а також високі стрибки напруги і перехідні процеси, які можуть призвести до ураження електричним струмом або дугового спалаху. Категорія захисту від перенапруги III 1500 В стає новою нормою в галузі сонячної енергетики. Струмовимірювальні кліщі Fluke 393 FC – це єдині струмовимірювальні кліщі класу True RMS з категорією захисту CAT III 1500 В / CAT IV 600 В, які відповідають вимогам до ізоляції для середовищ CAT III, таких як сонячні електроустановки. Вони також мають бездротову функцію Fluke Connect™, тому ви можете контролювати вимірювання з безпечної відстані на власному смартфоні.
- Аспекти, пов'язані з висотністю над рівнем моря: Для фотоелектричних систем на великих висотах слід використовувати обладнання CAT III і IV, оскільки зі зростанням висотності повітря стає менш ізолюючим і менш щільним, що знижує його охолоджувальну здатність. Це означає, що пробивна напруга – мінімальна напруга, за якої ізолятор стає електропровідним, – зменшується зі зростанням висотності. Наприклад, для зазору в 1 сантиметр між провідниками пробивна напруга становитиме 30 кВ на рівні моря, 1,2 кВ на висоті 15 200 м та 300 В на висоті 45 720 м.
- Високоякісні вимірювальні дроти: Обирайте вимірювальні дроти, які мають рейтинг CAT, що відповідає або перевищує рейтинг CAT цифрового мультиметра.
- Заміна високовольтних запобіжників: Завжди замінюйте високовольтні запобіжники аналогічними за якістю та номінальним струмом. Ці запобіжники призначені для утримання енергії, що генерується при короткому замиканні, в корпусі запобіжника. Вони рятують життя і їх у жодному разі не можна замінювати дешевшими базовими запобіжниками.
- Щупи та аксесуари до них: Використовуйте висувні щупи, ковпачки для наконечників або щупи з укороченими наконечниками, щоб уникнути випадкового дотику металу до металу та короткого замикання.
- Засоби індивідуального захисту: Використовуйте відповідні ЗІЗ, включаючи одяг із захистом від електричної дуги, рукавички, захисні окуляри або захисні щитки, засоби захисту органів слуху та шкіряне взуття відповідно до напруги, з якою ви працюєте. Як правило, національні стандарти безпеки містять повний перелік категорій ЗІЗ та відповідного одягу для кожного класу дугостійкості.
Це лише основні поради стосовно безпечної роботи з фотоелектричними системами. Обов'язково дотримуйтесь вимог законодавства, галузевих стандартів і правил безпеки, інструкцій виробників та процедур безпеки вашої компанії під час тестування або обслуговування будь-якого електричного обладнання.
