رفع اشکال قطع‌شدگی‌های غیرضروری ناشی از «جریان نشتی» (RCMU) در سیستم‌های اینورتر ترکیبی بدون ترانسفورماتور

مهندسی سیستم‌های اینورتر بدون ترانسفورماتور و RCMU

اینورترهای هیبریدی بدون ترانسفورماتور امروزه گزینه‌ی غالب برای نصب‌های حرفه‌ای خورشیدی و ذخیره‌سازی انرژی شده‌اند. با حذف ترانسفورماتور عایق‌کننده‌ی مسی، سنگین و حجیم، سازندگان می‌توانند اینورترهایی با راندمان بسیار بالا، وزن کمتر و مقرون‌به‌صرفه‌تر ارائه دهند. با این حال، حذف مانع عایق‌سازی گالوانیک چالش فنی قابل‌توجهی ایجاد می‌کند: آرایه‌ی جریان مستقیم (DC) فتوولتائیک (PV) به شبکه‌ی برق شهری جریان متناوب (AC) متصل می‌شود. این اتصال مسیری برای جریان نشتی از پنل‌های خورشیدی، از طریق هوا و سازه‌ی نگهدارنده‌ی فیزیکی، به زمین فراهم می‌کند. برای اطمینان از ایمنی، استانداردهای بین‌المللی (مانند IEC 62109-2) الزام می‌کنند که اینورترهای بدون ترانسفورماتور مجهز به واحد نظارتی دقیق جریان باقی‌مانده (RCMU) باشند. این دستگاه به‌طور مداوم جریان‌های نشتی سیستم را نظارت می‌کند و در صورت تشخیص جریان خطرناک، باید اینورتر را در عرض چند میلی‌ثانیه قطع کند. برای مهندسان سیستم، مدیریت و عیب‌یابی قطع‌شدگی‌های غیرضروری RCMU برای حفظ هم ایمنی سیستم و هم عملکرد پیوسته‌ی آن ضروری است.

درک قطع‌شدن نامناسب: ظرفیت خازنی مزاحم و جریان‌های نشتی

برای عیب‌یابی خطاهای جریان نشتی، مهندسان باید دلیل ایجاد این جریان‌ها در یک سیستم سالم را درک کنند. در یک آرایه فتوولتائیک بدون ترانسفورماتور، خازنی بزرگ بین سلول‌های سیلیکونی خورشیدی (که هادی هستند)، پوشش شیشه‌ای محافظ، قاب فلزی ماژول و سیستم نگهدارنده زمین‌شده تشکیل می‌شود. این ساختار فیزیکی به عنوان ظرفیت خازنی مزاحم یا نشتی شناخته می‌شود.

در حین کار عادی، مدارهای سوئیچینگ با فرکانس بالا در اینورتر، ولتاژهای متناوب تولید می‌کنند. این ولتاژهای متغیر بر روی ظرفیت خازنی نشتی اثر می‌گذارند و باعث ایجاد جریان نشتی متناوب با فرکانس بالا (جریان باقی‌مانده) به سمت زمین می‌شوند. این جریان نشتی در شرایط محیطی خاصی به‌طور طبیعی بیشتر است:

• باران و شبنم صبحگاهی: سطوح مرطوب ماژول‌های خورشیدی و کابل‌کشی به‌طور قابل‌توجهی ظرفیت خازنی نشتی را افزایش می‌دهند و منجر به افزایش ناگهانی جریان نشتی می‌شوند. به همین دلیل بسیاری از قطع‌شدن‌های RCMU در ساعات اولیه صبح رخ می‌دهد، زیرا شبنم روی پنل‌ها تشکیل می‌شود.
• اندازه بزرگ آرایه: هرچه سطح فیزیکی آرایه خورشیدی بزرگ‌تر باشد، ظرفیت خازنی نشتی کلی بالاتر و جریان نشتی پایه نیز بیشتر خواهد بود.

قطع‌شدن‌های غیرضروری زمانی رخ می‌دهند که این جریان‌های بی‌خطر و ناشی از عوامل محیطی، آستانه‌های ایمنی RCMU را تجاوز کنند و باعث خاموش‌شدن غیرضروری اینورتر شوند.

تشخیص‌سیستماتیک رویدادهای قطع‌شدن ناشی از جریان نشتی

هنگامی که اینورتر ترکیبی JYINS خطای RCMU را ثبت می‌کند، مهندسان سیستم باید پروتکل تشخیص ساختاریافته‌ای را دنبال کنند تا بین خطای زمین خطرناک و قطع‌شدن غیرضروری بی‌خطر تمایز قائل شوند:

• مرحله ۱: بررسی سوابق خطا و داده‌های محیطی. زمان دقیق رخ‌دادن خطا را بررسی کنید. اگر قطعی به‌طور مداوم در طلوع آفتاب یا در طول طوفان‌های بارانی رخ دهد و اینورتر پس از خشک‌شدن آرایه توسط نور خورشید به‌صورت خودکار فعالیت خود را از سر بگیرد، احتمالاً علت آن ظرفیت پراکنده بالا است. اگر قطعی در شرایط خشک و به‌صورت تصادفی رخ دهد، نشان‌دهنده‌ی یک خرابی فیزیکی در عایق‌بندی است.
• مرحله ۲: اندازه‌گیری مقاومت عایقی جریان مستقیم (Riso). رشته‌های جریان مستقیم را از اینورتر جدا کنید و از یک مگااهم‌متر با ولتاژ بالا (مگر) برای اندازه‌گیری مقاومت عایقی بین هر هادی جریان مستقیم و زمین فیزیکی استفاده کنید. یک رشته سالم باید مقاومتی بسیار بالاتر از حداقل آستانه (معمولاً ۱ مگااهم) داشته باشد. خواندن مقادیر پایین‌تر نشان‌دهنده‌ی آسیب‌دیدن عایق کابل، فشرده‌شدن سیم در مقابل سازه‌ی نگهدارنده یا وجود آب در جعبه اتصال است.
• مرحلهٔ ۳: تحلیل جریان باقی‌ماندهٔ پایه. از نمایشگر اینورتر JYINS یا صفحهٔ کنترل ابری برای خواندن مقدار لحظه‌ای جریان باقی‌مانده استفاده کنید. این مقدار را با آستانهٔ قطع نامی اینورتر مقایسه کنید (معمولاً ۳۰ میلی‌آمپر برای تغییرات ناگهانی و حداکثر ۳۰۰ میلی‌آمپر برای تغییرات تدریجی). اگر جریان باقی‌ماندهٔ پایه حتی در شرایط آب‌وهوای خشک به‌طور مداوم بالا باشد (مثلاً ۲۰۰ میلی‌آمپر)، سیستم دارای ظرفیت خازنی ناخواستهٔ بیش‌ازحد است یا یک نقص جزئی زمین‌شدن وجود دارد.

راه‌حل‌های مهندسی: فیلتراسیون غیرفعال و تنظیم پارامترهای اینورتر

اگر تشخیص‌ها نشان دهد که قطع‌شدن‌های RCMU ناشی از ظرفیت خازنی ناخواستهٔ بالا و نه نقص فیزیکی زمین‌شدن است، مهندسان می‌توانند چندین تنظیم سخت‌افزاری و نرم‌افزاری انجام دهند:

• تنظیم آستانه نرم‌افزار: اینورترهای مدرن JYINS به مهندسان مورد تأیید اجازه می‌دهند تا ویژگی‌های پاسخ RCMU را در محدوده‌های مجاز توسط قوانین برق محلی تنظیم کنند. برای مثال، تأخیر راه‌اندازی یا آستانه قطع نشتی کند را می‌توان به‌صورت جزئی برای سازگاری با آرایه‌های فتوولتائیک بزرگ‌تر با ظرفیت پایه بالا اصلاح کرد تا از قطع‌شدن غیرمجاز در ساعات اولیه صبح جلوگیری شود.
• سرنگ‌های حالت مشترک DC: نصب سرنگ‌های حالت مشترک خارجی (هسته‌های فریت) روی رشته‌های ورودی DC می‌تواند جریان‌های سوئیچینگ فرکانس بالا را که از طریق ظرفیت پراکنده عبور می‌کنند، به‌طور قابل توجهی کاهش دهد. این فیلترها نویز فرکانس بالا را جذب می‌کنند در حالی که اجازه می‌دهند توان DC بدون مانع به اینورتر برسد.
• ترانسفورماتورهای جداسازی AC: اگر ظرفیت خازنی نشتی محیطی بسیار بزرگ باشد و تنها با فیلتر کردن قابل مدیریت نباشد (که در نصب‌های پشت‌بامی عظیم با توان چند مگاوات رایج است)، نصب یک ترانسفورماتور جداسازی در سمت خروجی AC اینورتر، ارتباط الکتریکی با شبکه را قطع کرده و مسیر جریان نشتی AC را حذف می‌کند و به‌طور دائم مشکل قطع‌شدن RCMU را برطرف می‌نماید.

بهترین روش‌های زمین‌کردن و کابل‌کشی برای حذف جریان‌های نشتی ناخواسته

نصب و طراحی صحیح آرایه‌ی فتوولتائیک مؤثرترین راه برای پیشگیری از مشکلات جریان نشتی از ابتدا است. مهندسان سیستم باید اصول دقیق نصب فیزیکی را رعایت کنند:

• مدیریت کابل‌های باکیفیت: هرگز اجازه ندهید کابل‌های DC مستقیماً روی سقف فلزی یا سازه‌ی نگهدارنده قرار بگیرند. از کلیپ‌ها یا جعبه‌های کابل‌کشی مقاوم در برابر UV برای نگه‌داری کابل‌ها در حالت معلق و خشک استفاده کنید تا جفت‌شدن خازنی با سازه‌ی زمین‌شده کاهش یابد.
• تأمین اتصال به زمین با پتانسیل یکسان و قوی: اطمینان حاصل کنید که تمام قاب‌های ماژول‌های خورشیدی، سیستم نگهدارنده (رکینگ)، جعبه‌های ترکیبی (کامباینر باکس‌ها) و شاسی اینورتر به‌صورت محکم به یک سیستم اتصال به زمین منفرد و با مقاومت کم متصل شده‌اند. اتصال ضعیف به زمین می‌تواند منجر به ناپایداری پتانسیل‌های الکتریکی شود و حسگرهای بسیار حساس جریان RCMU را گمراه کند.
• انتخاب ماژول‌های فتوولتائیک با ظرفیت خازنی پایین: هنگام طراحی آرایه‌های جدید، خریداران B2B باید مشخصات ظرفیت خازنی نشتی ماژول‌های فتوولتائیک را ارزیابی کنند. انتخاب ماژول‌های مدرن با ظرفیت خازنی داخلی نشتی (پارازیتی) پایین‌تر، ادغام اینورتر را ساده‌تر کرده و از بروز مشکلات آینده در RCMU جلوگیری می‌کند.

رویکرد JYINS: حسگر RCMU با دقت بالا و طراحی مقاوم

JYINS متعهد به تولید فناوری‌های تبدیل انرژی با عملکرد بالا است که ایمنی و بهره‌وری را به‌طور هماهنگ تأمین می‌کند. اینورترهای هیبریدی بدون ترانسفورماتور ما مجهز به حسگرهای RCMU با طراحی سفارشی و دقت بالا هستند که قادر به تشخیص بین جریان‌های نشتی خازنی با فرکانس بالا و اتصال به زمین خطرناک جریان مستقیم (DC) با فرکانس پایین می‌باشند.

نرم‌افزار کنترل پیشرفته ما از فیلتر کردن هوشمندانه سیگنال‌ها استفاده می‌کند تا نوسانات لحظه‌ای و بی‌خطر جریان باقی‌مانده را که در اثر تغییرات جزئی محیطی ایجاد می‌شوند، نادیده بگیرد. این امر تضمین می‌کند که سیستم به‌طور مداوم و با بازدهی بالا انرژی تولید کند و در عین حال آماده قطع مدار در عرض چند میلی‌ثانیه در صورت وقوع خطر الکتریکی واقعی باشد. با انتخاب JYINS، ادغام‌کنندگان سیستم‌های B2B شریکی را به دست می‌آورند که متعهد به ارائه راه‌حل‌های انرژی ایمن، پایدار و بسیار کارآمد است.