Door Will White, senior specialist op het gebied van zonne-energietoepassingen bij Fluke

Er zijn verschillende soorten aardfouten en sommige zijn gemakkelijker te diagnosticeren en te lokaliseren dan andere. Er kunnen verschillende testtechnieken worden gebruikt om fouten te identificeren en op te sporen. Het kan vaak lastig zijn om te bepalen welke test de snelste en meest nauwkeurige resultaten oplevert. Aardfouten zijn een van de meest voorkomende problemen in fotovoltaïsche installaties, ongeacht het type of de grootte van het systeem.

Wanneer een stroomvoerende geleider contact maakt met geaarde metalen onderdelen, kunnen er verschillende problemen optreden.

• Niet-stroomvoerende metalen onderdelen, zoals een moduleframe, kunnen onder stroom komen te staan, wat een aanzienlijk veiligheidsrisico kan vormen.
• Aardfouten kunnen een vlamboog veroorzaken, die leidt tot hitte en vonken die brand kunnen veroorzaken.
• Stroom die door de aardfout naar de aarde stroomt, gaat niet naar de omvormer, waardoor de systeemprestaties en het financiële rendement afnemen.

In dit artikel bespreken we kort de typen aardfouten, bekijken we de verschillende tests die kunnen worden gebruikt om aardfouten te identificeren en op te sporen en bespreken we wanneer de verschillende tests moeten worden gebruikt om het snelst resultaten te verkrijgen.

De twee typen DC-aardfouten

Er zijn twee typen aardfouten: harde aardfouten en intermitterende aardfouten.

1. Harde aardfouten zijn verbindingen met lage weerstand tussen een stroomvoerende geleider en een geaard metalen onderdeel.
   • Ze zijn altijd aanwezig en zullen het aardfoutdetectiesysteem in de omvormer aanspreken.
   • Er zijn veel oorzaken van harde aardfouten, maar de meeste zijn te wijten aan slechte uitvoering van werkzaamheden.
   • Veelvoorkomende installatiefouten zijn onder andere het afknellen van een draad, beschadiging tijdens de installatie of slechte technieken voor draadbeheer.
   • Omdat deze aardfouten altijd aanwezig zijn, zijn ze relatief eenvoudig te vinden met een van de hieronder beschreven testmethoden. Sommige testmethoden kunnen echter dagen duren vanwege de procesvereisten of andere beperkingen.
2. Intermitterende aardfouten zijn fouten met een hogere weerstand die kunnen optreden en verdwijnen, afhankelijk van omgevingsomstandigheden of mechanische omstandigheden.
   • Ze worden vaak veroorzaakt door draden die worden afgeklemd door tracking-arrays.
   • Ze kunnen ook optreden wanneer het systeem wordt blootgesteld aan vocht, zoals bij regen of 's ochtends wanneer er dauw aanwezig is.
   • Doordat intermitterende aardfouten een hoge weerstand en een transiënte aard kunnen hebben, kan het zeer complex zijn om ze te identificeren en nog moeilijker zijn om ze te lokaliseren.
   • Door dit soort fouten wordt de bescherming tegen aardfouten van de omvormers mogelijk alleen onder specifieke omstandigheden aangesproken.

Op zoek naar aanvullende diepgaande informatie over deze verschillen? Lees hierna het artikel Het verschil tussen harde en intermitterende aardfouten.

Testmethoden voor het lokaliseren van aardfouten

Testen van de isolatieweerstand

Instrumenten van Fluke: Fluke 1507 isolatieweerstandstester, Fluke 1587 FC isolatiemultimeter, Fluke 1537 isolatieweerstandstester en megohmmeter, Fluke SMFT-1000 multifunctionele PV-tester en Performance Analyzer, I-V-curvetracer

Wat het is/hoe het werkt:

• Definitie: Isolatieweerstandstests (IRT) worden gebruikt om geleiders met een lage weerstand naar aarde te detecteren.
• Mechanisme: Er wordt een hoogspannings- en laagstroomsignaal door een geleider gestuurd en de lekstroom naar de aarde wordt gemeten in ohm.
• Interpretatie: Lage weerstand duidt op een mogelijke aardfout.

Gebruiksscenario's:

• Onbekende foutlocatie: Gebruik deze optie wanneer het niet duidelijk is welk circuit een aardfout bevat.
• Systematische isolatie:
  • Test de gehele combiner om het betreffende gebied te beperken.
  • Test vervolgens afzonderlijke reeksen binnen de betrokken combiner.
• Intermitterende fouten:
  • Kan helpen bij het detecteren van enkele intermitterende aardfouten.
  • Kan het beste worden gebruikt door vergelijkbare reeksen te vergelijken onder identieke omgevingsomstandigheden.

Best geschikt voor:

• Harde aardfouten (duidelijke paden met lage weerstand naar aarde).
• Initiële foutisolatie in grote PV-systemen.
• Vergelijkende tests bij vergelijkbare PV-reeksen om subtiele problemen op te sporen.

Beperkingen:

• Nauwkeurigheid foutlocatie: IRT kan de exacte locatie van een aardfout niet bepalen.
• Fysieke ontkoppeling vereist: Draden moeten vaak worden geïsoleerd (bijv. door de negatieve zijde van de rail los te koppelen). Dit:
  • Is tijdrovend
  • Kan slijtage of schade veroorzaken als dit herhaaldelijk wordt uitgevoerd
• Detectie van intermitterende fouten:
  • Kan fouten missen die alleen onder bepaalde omstandigheden optreden.
  • Vereist een zorgvuldige vergelijking tussen vergelijkbare circuits om problemen op te sporen.
• Op zichzelf niet doorslaggevend: Kan samen met de Fluke GFL-1500 worden gebruikt om de exacte locatie van de fout te bepalen.

Wilt u leren hoe u door middel van isolatieweerstandstests intermitterende aardfouten kunt opsporen? Lees het volgende artikel: PV-reeksen testen op intermitterende aardfouten

Testen van spanning naar aarde

Instrumenten van Fluke: Fluke 283 FC/PV 1500 V digitale multimeter, Fluke 393 FC 1500 V stroomtang

Wat het is/hoe het werkt:

• Definitie: Een diagnosemethode waarbij spanning wordt gemeten tussen de positieve of negatieve DC-geleiders en aarde.
• Normale omstandigheden: In de meeste gevallen, wanneer de omvormer is uitgeschakeld, mag er geen spanning zijn tussen de DC-geleider en aarde (d.w.z. meetwaarden dicht bij nul).
• Fouttoestand: Een aardfout veroorzaakt een verbinding tussen een geleider (positief of negatief) en aarde, wat resulteert in een meetbaar spanningspotentieel tussen die geleider en aarde.

Toepassing:

• Helpt bij het identificeren van de PV-reeks met de fout.
• Met eenvoudige berekeningen kunt u de grove locatie van de fout in de reeks schatten.

Gebruiksscenario's:

• Reeksen met fouten vinden: Detecteert welke reeks een aardfout bevat.
• Schatting van de foutlocatie: Maakt een geschatte foutlocatie mogelijk met behulp van spanningswaarden en eenvoudige berekeningen.
• Onderzoek naar intermitterende fouten: Kan intermitterende fouten detecteren als de omstandigheden die de fout veroorzaken opnieuw worden gecreëerd, zoals:
  • Een tracker verplaatsen
  • Testen onder natte omstandigheden

Best geschikt voor:

• Harde aardfouten (directe fouten met lage weerstand).
• Situaties waarin u een ruwe schatting van de foutpositie nodig hebt.
• Arrays met variabele toestanden die reproductie van de fout mogelijk maken.

Beperkingen:

• Isolatie vereist:
  • De negatieve zijde van de PV-reeks moet worden losgekoppeld van andere reeksen of de omvormer.
  • Dit is tijdrovend, vormt een veiligheidsrisico en kan de aansluitklemmen beschadigen als u dit regelmatig uitvoert.
• Niet altijd effectief voor intermitterende fouten:
  • Vereist de mogelijkheid om foutcondities op betrouwbare wijze te reproduceren.
• Ruwe schatting:
  • Biedt een geschatte, niet-nauwkeurige foutlocatie.

Voor meer informatie over deze procedure, zie: Spanningswaarden gebruiken om aardfouten in PV-arrays voor zonne-energie op te sporen

Geavanceerde aardfoutlocatietest

Instrument van Fluke: Fluke GFL-1500 aardfoutzoeker voor zonne-installaties

Wat het is/hoe het werkt:

• Definitie: Een speciaal instrument voor het snel identificeren en lokaliseren van aardfouten in PV-systemen voor zonne-energie.
• Analysefunctie:
  • Meet spanning bij open circuit, positief naar aarde en negatief naar aarde.
  • Maakt een schatting van de foutweerstand (in ohm) en geeft een van de vier resultaten:

1. Ernstige fout (lage weerstand, spanning naar aarde)
2. Geen fout gedetecteerd
3. Fout hoge weerstand (spanning aanwezig, maar weerstand is hoog)
4. Hoge capaciteit en weerstand (niet-doorslaggevende resultaten vanwege de systeemkenmerken)

• Foutfunctie:
  • Injecteert een traceerbaar signaal dat kan worden gevolgd met behulp van een ontvanger (met akoestisch alarm) of klem om de exacte locatie van de fout te bepalen.
• Functie voor openen:
  • Injecteert een traceerbaar signaal dat met de ontvanger kan worden gevolgd om de exacte locatie van een onderbreking in een circuit te vinden.
• Functie voor in kaart brengen:
  • Verzendt een traceerbaar signaal via een circuit dat kan worden gevolgd met behulp van de ontvanger of klem om circuits in een array in kaart te brengen. Deze functie is handig als de installatiedocumentatie en reekskaarten onduidelijk of niet beschikbaar zijn.

Gebruiksscenario's:

• Detectie en locatie van harde aardfouten
  • Detecteert snel of er sprake is van een aardfout.
  • Bepaalt de exacte locatie van de fout.
• Onderzoek naar intermitterende fouten
  • Kan intermitterende fouten detecteren als de omstandigheden die de fout veroorzaken opnieuw worden gecreëerd, zoals:
    • Een tracker verplaatsen
    • Testen onder natte omstandigheden
• Identificatie van onderbreking:
  • Kan open onderbrekingen in het circuit opsporen, zoals een defecte verbinding tussen modules.
• Circuit in kaart brengen:
  • Helpt circuits in systemen in kaart te brengen zonder nauwkeurige bedradingsdocumentatie.

Best geschikt voor:

• Technici voor wie snelheid en precisie vereist is bij het opsporen en verhelpen van fouten.
• Harde aardfouten en veel fouten met hogere weerstand.
• Situaties waarin handmatig testen te langzaam of niet doorslaggevend is.
• Complexe of niet-gedocumenteerde arrays, waarbij het nuttig is om ze in kaart te brengen.

Beperkingen:

• Training vereist:
  • Initiële leercurve; gebruikers moeten bekend zijn met de werking van het apparaat om het effectief te kunnen gebruiken.
• Niet waterdicht bij alle fouten:
  • Kan leiden tot niet-doorslaggevende resultaten bij systemen met hoge capaciteit en weerstand.
• Afhankelijkheid van apparaat:
  • Vertrouwt op de juiste invoer (bijv. het aantal modules) voor de nauwkeurigheid van de foutlocatie met behulp van het moduleschema in de analysefunctie.
• Vereist de juiste workflow in sommige toepassingen
  • U moet circuits in sommige workflows en functies isoleren om nauwkeurige resultaten te verkrijgen.

Download de stapsgewijze handleiding: PV-reeksen testen op ernstige aardfouten

Welke methode voor aardfouttests moet u gebruiken - en wanneer

Aardfouten doen zich niet altijd op dezelfde manier voor en daarom is geen enkele testmethode op zichzelf voldoende. Harde fouten en intermitterende fouten kunnen onafhankelijk - of tegelijkertijd - optreden in elk PV-systeem, ongeacht het ontwerp of de kwaliteit. Voor efficiënt en veilig storingzoeken moeten technici altijd voorbereid zijn met meerdere diagnoseapparaten, zodat ze snel kunnen bevestigen dat er een aardfout aanwezig is, de locatie ervan kunnen bepalen en het systeem zo snel mogelijk weer online kunnen krijgen.

Gebruik de volgende tabel om de sterke punten en beperkingen van elke testmethode te vergelijken en kies de juiste methode op basis van het fouttype en de omstandigheden op de locatie:

Ongeacht de methode waarmee u begint, biedt het gebruik van alle drie de diagnostische benaderingen u de beste kans om een aardfout snel te identificeren en op te lossen, zonder veelvuldig proberen en onnodige uitval.

Conclusie: Veiligheid, snelheid en precisie beginnen met de juiste instrumenten

Zonne-energietechnici staan vaak onder druk om systemen veilig en snel te herstellen. Aardfouten, of ze nu aanhoudend of intermitterend zijn, kunnen zowel personen als stroomuitvoer in gevaar brengen. Daarom is de kerndoelstelling eenvoudig:

1. Identificeer de fout
2. Vind de nauwkeurige locatie
3. Repareer de fout efficiënt en veilig

Om dit te doen, moeten technici de juiste methode kiezen voor de specifieke fout waarmee ze te maken hebben. Een harde fout kan snel worden gevonden met spanningstests of isolatieweerstand, maar het lokaliseren ervan vergt meer precisie. Een intermitterende aardfout kan onopgemerkt blijven, tenzij de juiste omstandigheden en instrumenten aanwezig zijn. En in complexere of belangrijke systemen kunnen geavanceerde diagnose-instrumenten zoals de Fluke GFL-1500 aardfoutzoeker de tijd en moeite voor storingzoeken drastisch verlagen.

Kortom, als u PV-systemen veilig, productief en winstgevend wilt houden, zorg er dan voor dat u over de volledige toolkit én over de juiste kennis beschikt om deze verstandig te gebruiken. Zo stemt u de methode af op de fout en verhelpt u deze meteen de eerste keer goed.

Over de auteur

Will White begon in 2005 in de zonne-energiesector te werken voor een klein installatiebedrijf. Hij begon als installateur, groeide door naar de verkoop, was werkzaam op de ontwerpafdeling en later in het projectmanagement. Uiteindelijk is hij operationeel directeur geworden. In 2016 trad hij in dienst bij het curriculumteam van Solar Energy International (SEI), waar hij zich richtte op het ontwikkelen van cursusinhoud en het geven van lessen over zonnesystemen. In 2022 kreeg Will een gespecialiseerde functie voor zonne-energietoepassingen bij Fluke, waar hij de testapparatuur van Fluke voor hernieuwbare energie ondersteunt, zoals IV-curvetracers, elektrische meters en warmtebeeldcamera's.

Will is deskundig op het gebied van windenergie, zonnewarmte, energieopslag en PV's op elke schaal. Hij heeft een passie voor het implementeren van hoogwaardige installatietechnieken die aan de richtlijnen voldoen. Will is sinds 2006 een door NABCEP gecertificeerde PV-installatieprofessional en was voorheen een door NABCEP gecertificeerde installateur van verwarming op zonne-energie. Hij heeft een BA in bedrijfskunde aan Columbia College Chicago en een MBA aan de University of Nebraska Lincoln gehaald. In zijn vrije tijd werkt hij met zijn vrouw en dochter aan hun thuisbasis in centraal Vermont, waar hij off-grid leeft in een huis dat is opgebouwd uit strobalen.

Maak connectie met Will op LinkedIn.