太陽光発電所で多数の 1000V PV ヒューズを管理するにはどうすればよいですか?
ヒューズ管理を在庫と交換の作業として扱う本能は理解できます。ヒューズは安価で受動的であり、障害ログが作成されることはほとんどありません。しかし、稼働中のプラントからの現場データは別のことを物語ります。江蘇省の 30 MW の屋上設置で 240 個の結合器を 18 か月間監視したところ、DC ヒューズの劣化がストリングレベルの故障の 42% を占め、端子の緩みが 31%、SPD の寿命が 19% を上回っていました。通常、ヒューズは切れることによってその低下を知らせません。静かに抵抗者になることでそれを知らせます。
この違いにより、DC 1000 V における「管理」の意味が変わります。健全な gPV ヒューズとホルダー間のインターフェースは 3 ～ 5 mΩ です。 24 か月までに、劣化したユニットの測定値は 8 ～ 12 mΩ になります。 36 か月まで、18 ～ 25 mΩ。進行はランダムではありません。これは雲端の過渡現象によって引き起こされる曲線に従います。放射照度が 200 W/m² から 1000 W/m² に上昇すると、12 A ストリングでは 200 ～ 400 ms 続く 40 ～ 60 A のサージ イベントが発生します。各サイクルでヒューズエレメントに微細な疲労が生じ、接触面に酸化が生じ、その結果生じる局所的な加熱が次の劣化サイクルにつながります。標準的な保守動作である導通チェックでは、抗議のちらつきもなくヒューズが 20 mΩ で通過します。マルチメーターが「良好」と示しているものは、次の高日射量の午後に熱的危険が待っているということです。
機械的な摂動が関与すると、故障メカニズムはさらに直感的ではなくなります。フィールドヴィンテージのシステムバランス試験片の対照研究では、教科書的な故障モードであるフィラメントの過熱により、静電ヒューズアセンブリが 35 A で故障しました。しかし、周期的な機械的摂動が適用されると、故障電流は 15 A に低下し、故障箇所は完全にオス/メスの金属ピン接続部に移動し、素子の破断ではなくアーク放電が発生しました。摂動状態では、アセンブリの動作温度は約 40 °C から 100 °C 近くまで上昇しました。道路交通の近く、風による負荷がかかるケーブル トレイ、さらには定期的な保守連絡先など、振動源のあるプラントにとって、ヒューズは電気的に健全であっても、ストリング内で最も信頼性の低いコンポーネントである可能性があるということです。このモードが疑われる場合は、クランプメーターではなく、X 線コンピューター断層撮影とその後の物理的なカプセル化解除が診断ルートとなります。
28 個の結合器ボックスにわたって 1000 V DC で動作する 45 MW の砂漠プラントは、ホルダーの選択がヒューズの信頼性をどのように左右するかを示しています。オリジナルのホルダーは、定格 DC600 V のみの汎用ユニットでした。 18 か月にわたって、運用チームは 11 のボックス全体で 23 件のホルダー障害を記録しました。熱サイクルを繰り返すと、ホルダー クリップのバネ張力が緩みました。 1000 V DC では、結果として生じる高抵抗接触により、局所的な加熱と、場合によってはホルダー本体を溶かすほどの深刻なマイクロアーク放電が発生しました。各イベントには、損失生成、交換部品、人件費として平均 4,800 ドルの費用がかかります。通常の現場での対処法である再トルクと導電性グリースではパターンを阻止できませんでした。この修正には 520 個のホルダーを段階的に交換する必要があり、交換ユニットは重要な点で異なりました。つまり、紫外線劣化に強いマットナイロン製のハウジングで、塩分を含んだ砂漠の空気の中で古いハウジングに観察された亀裂に対処していました。ヒューズ自体が故障することはほとんどありません。その周りの熱機械界面はそうでした。
この点で、1000 V の指定は通常よりも精査される必要があります。 IEC 60269-6 は、最大 1500 V DC の PV 回路用の gPV ヒューズリンクを規定しており、この規格の電圧選択条件では、ヒューズの定格電圧が、−25 °C に補正されたストリングの開放電圧の 1.2 倍以上であることが求められています。 1000 V DC とマークされたヒューズは、1500 V ストリングに対して定格を下げることができない、または「十分に近い」デバイスではありません。 gPV ヒューズを有効にする消弧動作はその定格電圧に依存しており、1500 V 回路内の 1000 V ユニットは、除去されると予想される故障電流を遮断しません。逆のエラーはさらに微妙です。電圧マージンが十分に見えるため、技術者は既存の 1000 V ホルダーに 1500 V 定格のヒューズを取り付けることがあります。しかし、14 × 65 mm などのより大きなサイズの 1500 V ヒューズ本体は、10 × 38 mm のホルダー クリップと正しく嵌合せず、接触不良が発生し、すでに弱点となっていたまさにその境界面に新たなアーク発生点が生じます。電圧定格とホルダーの機械的エンベロープは一致したペアであり、独立した仕様ではありません。
ストリングレベルでの DC 小型サーキットブレーカーに対する gPV ヒューズの利点は、好みの問題ではありません。 DC 1000 V では、gPV ヒューズの遮断定格は通常 20 ～ 50 kA の範囲ですが、同じ電圧クラスの MCB スタイルの DC ブレーカーは通常 6 ～ 10 kA に達します。ストリングに障害が発生すると、正常な並列ストリングは定格ストリング電流の 5 ～ 10 倍を障害経路に流すことができ、熱磁気ブレーカーの場合は 10 ～ 50 ミリ秒かかるのに対し、gPV ヒューズは約 1 ～ 10 ミリ秒でその障害を開放します。ブレーカーのリセット可能性は操作上便利ですが、大規模な並列アレイで利用可能な故障電流よりも 1 桁低い可能性がある遮断容量を補償するものではありません。ヒューズは設計上、使い捨てデバイスです。問題を解決する障害は診断イベントであり、リセットして取り除くべき問題ではありません。
サイジングの基準は狭いため、どちらの方向でも見逃されがちです。 NEC 690.9 の計算では、最小値は 1.56 × Isc (連続使用の 1.25 × 放射照度強化の 1.25) に設定されていますが、モジュールの最大直列ヒューズ定格によって上限が設定されます。 Isc が 11.2 A のモジュールの場合、1.56 × Isc は 17.5 A となり、20 A に切り上げられます。15 A ヒューズは、モジュールのシリーズ定格を下回っていても NEC の最小値に違反します。これは、準拠でも保護でもない構成です。もう一方の端では、モジュールの最大直列定格に比べてサイズが大きすぎるヒューズは、障害保護に何の役にも立たず、ホルダーと導体の熱限界に近づきます。正しい評価は狭い帯域であり、1.56 係数は目標ではなく下限です。
温度ディレーティングにより、エンクロージャ内の演算が複雑になります。 20 °C で定格 20 A のヒューズは、ボックス内部温度 55 °C で無期限に 20 A を流すことはできません。 gPV 規格の温度上昇規定は特定の基準条件を想定しており、完全放射下のコンバイナ ボックス内のエンクロージャの内部周囲は通常、外気より 15 ～ 25 °C 高くなります。サーマルマージンなしで正確に 1.56 × Isc で選択されたヒューズは高温になり、ホットヒューズは 36 ～ 48 か月のフィールド曲線が示唆するよりも早く 15 mΩ のしきい値に向かって劣化します。実際の調整は、データシートの基準周囲温度ではなく、エンクロージャの温度をディレーティング チェックの開始点として扱うことです。
この観点から考えると、在庫管理は、棚にあるヒューズを数えるというよりも、どのストリングに劣化が蓄積しているかを知ることが重要になります。江蘇省の調査では、36 か月後の視覚的劣化率 6.2% は均等に分布しておらず、故障の 73% は連続 12 A 以上で動作するストリングに集中していました。高電流ストリングにマッピングせずにヒューズを総数で在庫しているプラントでは、複数のコンバイナが同時に対応する必要がある障害キャンペーン中など、最悪の時点で不足を発見することになります。別の方法は、現在の記録の試運転からの高応力文字列にタグを付け、プラントの銘板文字列数ではなく、その部分母集団に合わせたサイズのバッファ ストックを保持することです。 12 か月間隔で測定されるヒューズの接触抵抗の傾向は、在庫の決定を推測から予測に変換します。24 か月のチェック時にヒューズのインターフェースが 12 mΩ を超えたストリングは、次の夏のピーク前に積極的に交換する候補となります。
これらすべての根底には、偽造品と誤ったマーキングの問題が潜んでいます。 gPV マーキングが付いているものの、IEC 60269-6 の DC 消弧体制でテストされていないヒューズは、AC 障害を遮断し、DC ストリングで致命的な故障を引き起こす可能性があります。検証可能なマーカーは、本体の使用率カテゴリ gPV、曖昧な AC/DC の組み合わせ値ではなく 1000 V または 1500 V の明示的な DC 電圧定格、およびメーカーの IEC 60269-6 テスト文書へのトレーサビリティです。 10 × 38 mm gPV ヒューズの単価では、偽造のリスクは簡単に無視できます。システム レベルでは、24 ストリング コンバイナ内の 1 つの誤ってマークされたヒューズが保護ギャップとなり、導通テストでは明らかになりません。管理の仕事は、ヒューズを安く購入して大切に保管することではありません。それは、すべてのヒューズとホルダーのインターフェイスを監視対象の接続として扱い、すべてのサイジング計算を境界のあるウィンドウとして扱い、すべての電圧定格をフィールド置換では緩和できない厳しい制約として扱うことです。