Okładka magazynu budujemy dom
Najnowszy numer Logo BudujemyDom.pl
Zobacz
Zobacz oferty produktowe firm
Instalacje grzewcze

Dlaczego warto stosować przerywacz łuku elektrycznego?

Print image
Copy link image
time image Artykuł na: 6-9 minut

Standardowa kontrola jakości instalacji elektrycznej może nie wystarczyć, aby zapobiec potencjalnym awariom czy usterkom. Rozwiązaniem problemów jest AFCI, czyli przerywacz łuku elektrycznego. Zdaniem ekspertów, to właśnie łuki powstające na obwodach prądu stałego są najczęstszą przyczyną pożarów. AFCI dodatkowo zapewnia pełne bezpieczeństwo instalacji fotowoltaicznej.

Dlaczego warto stosować przerywacz łuku elektrycznego? (AFCI)

Jak już wspomnieliśmy, AFCI służy do wykrywania łuków elektrycznych, a one najczęściej wynikają ze starzenia się instalacji i przewodów, uszkodzenia izolacji, luźnych połączeń i w końcu awarii powstałych np. pod wpływem czynników pogodowych.

Parametry dotyczące ochrony przed uszkodzeniami spowodowanymi przez łuk elektryczny opisuje norma UL1699B (ujęta w amerykańskim standardzie NEC).

Zgodnie z nią, instalowane w budynkach urządzenia fotowoltaiczne posiadające napięcie większe niż 80 V i mniejsze niż 1 kV, muszą zostać wyposażone w taki przerywacz łuku (lub inne urządzenie spełniające podobne zadanie), który potrafi wykryć i przerwać łuk w ciągu 2,5 sekundy oraz ograniczyć energię do 750 J.

Znacznie lepsze parametry, poniżej tej normy, osiągają AFCI produkowane przez firmę Growatt. Jak pokazuje praktyka, najszybszy czas reakcji w przypadku urządzeń tej firmy wynosi 0,209 sekundy, a średni czas – tylko 0,7535 sekundy (przypomnijmy, międzynarodowa norma bezpieczeństwa akceptuje ten parametr na poziomie 2,5 sekundy!).

Dodajmy do tego, że działanie AFCI firmy Growatt, w różnych, często trudnych warunkach, na podstawie licznych testów, potwierdziły stosownymi dokumentami niezależne jednostki certyfikujące.

W jaki sposób działa AFCI?

W obwodach prądu stałego systemów fotowoltaicznych powstają trzy rodzaje łuków:

  • Łuki równoległe
  • Szeregowe łuki zwarciowe
  • Równoległe łuki zwarciowe

Łuki równoległe powstają w wyniku awarii systemu izolacji, gdy przepływ prądu przebiega pomiędzy znajdującymi się blisko siebie dodatnim i ujemnym przewodem.

Ich izolacja może zostać uszkodzona np. poprzez przegryzienie przez zwierzę, korozję czy inne uszkodzenia mechaniczne.

Działanie AFCI na materiale filmowym

Szeregowe łuki zwarciowe zazwyczaj powstają z powodu przerwania przewodu fazowego lub utraty połączenia szeregowego z obciążeniem, co powoduje, że prąd jest mniejszy niż prąd roboczy.

Równoległe łuki zwarciowe nazywane też łukami zwarciowymi międzyfazowymi potrafią samoistnie wygasnąć, choć mają również tendencję do powodowania zwarć międzyfazowych.

Trzeba przy tym pamiętać, że na systemy PV zwykle składają się panele wysokiego napięcia prądu stałego z setkami styków, co powoduje, że pożary powodowane są najczęściej przez szeregowe łuki zwarciowe.

Miejsce powstania łuku elektrycznego generuje zmiany w przebiegu prądu i napięcia, które zobaczyć można przykładając do niego detektor. Za jego pośrednictwem zauważalne są zmiany kształtu fali prądowej i napięciowej.

Analiza pasma pomiaru prądu oparta na zmianach częstotliwości w czasie
Analiza pasma pomiaru prądu oparta na zmianach częstotliwości w czasie fot.Growatt New Energy

Ten obraz potwierdza, że w instalacji powstał łuk elektryczny. Jeśli mamy do czynienia z szeregowymi łukami zwarciowymi, AFCI firmy Growatt wykryje zmiany w fali prądowej w miejscu wejścia falownika i na tej podstawie rozpozna, czy w obwodzie pojawił się łuk.

Jest to możliwe, ponieważ w obwodzie szeregowym występuje jednolita charakterystyka prądowa.

Poradnik
Cenisz nasze porady? Możesz otrzymywać najnowsze w każdy czwartek!

W tym zakresie wykonanych zostało tysiące porównawczych eksperymentów, po przeanalizowaniu których zostały wyciągnięte następujące wnioski: gdy powstaje łuk elektryczny, rosną wahanie (odchylenie) napięcia i poziom rozproszenia zbieranych danych prądowych.

Inaczej sytuacja wygląda podczas normalnej pracy - w tym przypadku jedynie średnia wartość napięcia ulegała w prowadzonych badaniach nagłym zmianom i to bardzo sporadycznie.

Stąd właśnie konkluzja, że odchylenia napięcia są wiarygodnym wskaźnikiem występowania łuku elektrycznego wynikającego z uszkodzenia.

Wykrycie powstania łuku może być jednak utrudnione lub fałszywe, gdy instalacja PV podłączona jest do sieci lokalnej, bowiem w tym przypadku odchylenia są częste i powodowane innymi problemami.

Dlatego istotna okazała się dalsza część badania, na podstawie której wysunięty został wniosek, zgodnie z którym po wystąpieniu łuku następują zmiany także w składowych harmonicznych (obrazuje to poniższa ilustracja).

Oznacza to, że również analiza pasma pomiaru prądu oparta na zmianach częstotliwości umożliwia wykrycie łuku elektrycznego.

Falownik z przerywaczem AFCI
Falownik z przerywaczem AFCI fot. Growatt New Energy

Przekaźnik prądowy CT o wysokiej czułości w pierwszej kolejności wykrywa wejściowy prąd stały.

Jego sygnał przechodzi przez filtr środkowoprzepustowy, który go przetwarza, a następnie przesyła do próbkowania w 16-bitowym przetworniku analogowo-cyfrowym.

Później trafia do przetwarzania w mikrokontrolerze (MCU). Polega to na wykonaniu szybkiej transformacji Fouriera (FFT) danych i porównaniu danych zebranych podczas normalnej pracy z danymi zebranymi w sytuacji wystąpienia łuku.

Na tej podstawie wyznacza się kryterium wykrycia łuku zwarciowego, które pozwala na ocenę, czy łuk wystąpił, a jeśli tak, to w którym miejscu.

Jeżeli łuk zwarciowy wystąpił, informacja ta trafia do systemu DSP, a falownik w sposób automatyczny odcina ścieżkę generowania łuku.

Oczywiście, powiadomienie o błędzie jest natychmiastowo zgłaszane.

Metoda wykrywania łuku

Na ilustracji znajdującej się poniżej można prześledzić metodę wykrywania łuku. Test polega na podłączeniu reaktora łukowego do fotowoltaiki, a następnie porównaniu wyników podczas wystąpienia łuku pochodzących z falownika z AFCI i bez AFCI.

Metoda wykrywania łuku
Metoda wykrywania łuku fot. Growatt New Energy
Falownik bez przerywacza AFCI
Falownik bez przerywacza AFCI fot. Growatt New Energy

Falownik z przerywaczem AFCI fot. Growatt New Energy

Przerywacz łuku elektrycznego AFCI wykrywa w czasie rzeczywistym wahania prądu wejściowego DC. Pomaga mu w tym wysokoczuły przekładnik prądowy.

Z chwilą wykrycia łuku prądu stałego, do układu DSP wysyłany jest sygnał, co powoduje odcięcie łuku. Ważny jest czas, potrzebny na przeprowadzenie tej operacji.

W przypadku AFCI firmy Growatt jest on krótszy niż 2,5 sek. Dzięki temu zapewnione jest pełne bezpieczeństwo systemu

Odcięty łuk elektryczny
Odcięty łuk elektryczny fot. Growatt New Energy

Przerywacz AFCI do falowników Growatt-X

Aby zapewnić maksymalną efektywność systemu PV, a także optymalną ochronę pożarową, warto w parze z przerywaczami AFCI zastosować dedykowane im, nowe falowniki z serii Growatt-X.

Taka kombinacja w pełni kompatybilnych ze sobą urządzeń sprawdzi się zarówno w warunkach mieszkalnych, jak i użytkowych, zapewniając efektywny system detekcji, a także możliwość natychmiastowego wyłączenia i korzystania z funkcji inteligentnego alarmu. 

Więcej informacji na temat urządzenia znajdziesz TUTAJ.

Growatt MIN 2500TL-XE
Falownik z serii Growatt-X fot. Growatt New Energy

Zalety przerywacza Growatt AFCI

AFCI firmy Growatt wyposażone zostały w szereg rozwiązań, dzięki którym spełniają podstawowe zalecenia najnowszych międzynarodowych przepisów bezpieczeństwa.

Włączanie i wyłączanie urządzenia następuje za pomocą jednego kliknięcia, dzięki szybkiemu i intuicyjnemu przełącznikowi.

Trzydzieści sekund wystarczy na dokonanie testu modułu i ustawienie autodiagnostyki AFCI.

Najszybsza reakcja urządzenia nastąpiła po zaledwie 209 ms. W standardzie ten czas również wynosi znacznie poniżej międzynarodowych zaleceń bezpieczeństwa (przypomnijmy, wynoszących 2,5 sekundy).

Łuk jest wykrywany co 93 ms, a średni czas to jedynie 753 ms.

Warta zauważenia jest także funkcja resetowania jedynym kliknięciem (AFCI Reset), która pozwala uniknąć utraty mocy, a także funkcja skanowania AFCI w czasie rzeczywistym, która umożliwia klientom analizę działania ich systemów PV.

Sposoby kontroli AFCI

Funkcje AFCI mogą zostać skonfigurowane dowolnie, niezależnie od tego, czy urządzenie pracuje z systemem ShinePhone, ShineBus czy OSS.

Za pośrednictwem oprogramowania można kontrolować przełączniki AFCI oraz funkcje auto diagnostyki, resetowania i skanowania.

Panel ustawień AFCI w systemie ShinePhone
Panel ustawień AFCI w aplikacji ShinePhone fot. Growatt New Energy

 

Funkcje AFCI w magistrali ShineBus
Funkcje AFCI w magistrali ShineBus fot. Growatt New Energy

źródło i zdjęcia: Growatt New Energy

Budujemy Dom maj 2021

Budujemy Dom

Czasopismo budowlane dla budujących dom i wykonawców

Czas na Wnętrze maj 2021

Czas na Wnętrze

Magazyn wnętrzarski pełen inspiracji

Wnętrza 2021

Wnętrza

Nowoczesne, stylowe, piękne wnętrza - zasady, porady, inspiracje

Twój Dom Twój Styl 2019

Twój Dom Twój Styl

Poradnik shoppingowy

Dom Polski 2021

Dom Polski

Jak zbudować dom tańszy niż mieszkanie

Gardeners' World Edycja Polska maj - czerwiec 2021

Gardeners' World Edycja Polska

Czasopismo ogrodnicze - najlepsze inspiracje i porady ogrodnicze

ABC Budowania 2020

ABC Budowania

Jak budować bez błędów

Nowoczesne Instalacje 2021

Nowoczesne Instalacje

Dom Energooszczędny Vademecum 2020

Dom Energooszczędny Vademecum