Jak lokalizować zwarcia doziemne w instalacji fotowoltaicznej

Autor: Will White, starszy specjalista ds. zastosowań w firmie Fluke, DER

Zwarcie doziemne w instalacji fotowoltaicznej może znacząco wpłynąć na produkcję energii, powodować wyłączenia falowników i stanowi zagrożenie dla bezpieczeństwa. Często pierwszą oznaką jest wyzwolenie zabezpieczenia ziemnozwarciowego (GFDI) lub powiadomienie o awarii falownika. W każdym przypadku czas ma kluczowe znaczenie — przywrócenie pełnej wydajności instalacji wymaga weryfikacji usterki, określenia jej lokalizacji i szybkiego rozwiązania problemu.

Odpowiednie narzędzie do zadania: Fluke GFL-1500 lokalizator zwarć doziemnych

Najszybszym i najbezpieczniejszym sposobem na zlokalizowanie usterki jest użycie lokalizatora zwarć doziemnych, takiego jak Lokalizator zwarć doziemnych Fluke GFL-1500. Przyrząd ten umożliwia precyzyjne odszukanie usterki bez konieczności zgadywania, korzystania ze szczegółowej dokumentacji projektowej obiektu ani wykonywania czasochłonnych testów ręcznych. Jeśli nie znasz tego przyrządu, więcej informacji na temat lokalizatora zwarć doziemnych Fluke GFL-1500 znajdziesz tutaj. Kiedy już znajdziesz przyczynę usterki lub zwarcia, za pomocą tych kroków wykonasz naprawę w bezpieczny sposób.

Przewodnik krok po kroku omawiający lokalizowanie zwarć doziemnych w instalacjach fotowoltaicznych

Przed przystąpieniem do wyszukiwania i usuwania awarii zawsze zadbaj o zastosowanie procedur lockout/tagout (LOTO) obowiązujących w danym obiekcie i załóż odpowiednie środki ochrony indywidualnej (ŚOI). Identyfikacja zwarcia to tylko pierwszy krok — ostatecznym celem jest bezpieczne przywrócenie działania instalacji.

Krok 1: Analiza instalacji w celu wykrycia zwarć doziemnych

Pierwszym krokiem jest upewnienie się, że obwód prądu stałego nie jest zwarty do ziemi i nie ma połączenia pomiędzy funkcjonalnie uziemionym przewodem a ziemią. W przypadku podejrzenia zwarcia doziemnego potwierdź jego obecność i określ, w której części instalacji występuje usterka. Użyj funkcji analizy przyrządu GFL-1500, aby ocenić stan instalacji i określić, czy występuje usterka.

Aby uruchomić funkcję analizy:

1. Wejdź do sekcji Setup (Ustawienia) i wprowadź liczbę modułów w szeregu.
   • Ten krok możesz również wykonać po zakończeniu testu, naciskając przycisk INFO i wprowadzając liczbę modułów.
2. Podłącz przewody pomiarowe.
   • Czerwony do dodatniego zacisku DC
   • Czarny do ujemnego zacisku DC
   • Zielony do masy (uziemienia lub uziemionego elementu metalowego)
3. Naciśnij przycisk Test, aby uruchomić funkcję analizy.

Przyrząd zmierzy:

• Napięcie jałowe między zaciskiem dodatnim a ujemnym
• Napięcie między zaciskiem dodatnim a ziemią i ujemnym a ziemią
• Szacowany zakres rezystancji pętli zwarcia (w przypadku wykrycia zwarcia doziemnego)

Jeśli liczba modułów została wprowadzona prawidłowo, lokalizator oszacuje, w którym miejscu w łańcuchu może występować usterka.

Możliwe wyniki:

• Zwarcie doziemne: Występuje zwarcie doziemne o niskiej rezystancji.
• Nie wykryto usterki: Podczas testu nie wykryto napięcia względem ziemi.
• Zwarcie o wysokiej rezystancji: Może występować zwarcie, ale natężenie prądu nie jest wystarczające do wyzwolenia GFDI.
• Wysoka pojemność i rezystancja: Uwarunkowania w instalacji (np. długie przewody) uniemożliwiają uzyskanie jednoznacznego wyniku.

Krok 2: Określenie najlepszej strony do wyszukania usterki

Następnie skorzystaj z wyników analizy, aby określić najlepszy sposób wprowadzenia sygnału śledzenia (detekcji). Musisz wybrać pomiędzy wprowadzeniem sygnału z dodatniej lub ujemnej strony układu.

Oto, jak to zrobić:

• W zależności od toku pracy często najlepiej jest wybrać stronę o najwyższym napięciu względem ziemi. Na przykład, jeśli napięcie między zaciskiem dodatnim a ziemią wynosi 200 V DC, a między ujemnym a ziemią 800 V DC, wprowadź sygnał po stronie ujemnej.
• Wyjątek: Jeśli po jednej stronie występuje napięcie 0 V DC względem ziemi, może to oznaczać usterkę w przewodzie przyłączającym. W takim przypadku najłatwiej jest wprowadzić sygnał po stronie 0 VDC, aby prześledzić drogę sygnału od tego punktu.

Krok 3: Określenie trybu sygnału

Sygnał śledzenia może być wprowadzony w dwóch trybach: Array (Układ) i Unit (Jednostka). Tryb „Array” powinien być używany, gdy napięcie po stronie wybranej do wykrywania (zacisk dodatni - ziemia lub ujemny -ziemi) przekracza 30 V DC. Ikona wysokiego napięcia na ekranie nadajnika wskazuje, że napięcie jest wyższe niż 30 V DC. Jest to domyślny i zalecany tryb śledzenia. Tryb „Unit” powinien być wykorzystywany, gdy napięcie po stronie wybranej do śledzenia jest mniejsze niż 30 V DC. Tak jest na przykład przy usterce kabla przyłączającego i wprowadzaniu sygnału po stronie 0 V DC. Upewnij się, że na ekranie nadajnika nie jest wyświetlana ikona wysokiego napięcia. Naciśnij przycisk MODE na nadajniku, aby przełączać między trybami.

Krok 4: Wyszukanie punktu zwarcia za pomocą funkcji Fault (Zwarcie)

Po potwierdzeniu zwarcia, wybraniu kierunku śledzenia i trybu sygnału użyj funkcji „Fault”, aby wprowadzić sygnał niskoprądowy. Prześledź ścieżkę do zwarcia za pomocą odbiornika lub cęgów, aby znaleźć dokładną lokalizację usterki.

Proces śledzenia:

1. Wprowadź sygnał śledzenia zwarcia z wybranej strony.
2. Określ łańcuch, w którym występuje zwarcie.
   • Odbiornik może być używany z rozłączeniami po jednej stronie obwodu ("wykręcone" bezpieczniki na jednym zestawie połączeń równoległych, na przykład po stronie dodatniej).
   • Cęgi można wykorzystywać wokół par łańcucha (pomiar po stronie dodatniej i ujemnej wykonywane razem) bez rozłączeń.
3. Określ dokładną lokalizację usterki.
   • Odbiornik może być używany z rozłączeniami po jednej stronie obwodu. Możesz też przenieść nadajnik do łańcucha z usterką.
4. Użyj odbiornika, aby śledzić sygnał w łańcuchu. W środowiskach o wysokim poziomie zakłóceń i wysokiej pojemności, w których nie można łatwo śledzić ścieżki sygnału, możesz też skorzystać z cęgów.
   • Aby oczyścić sygnał podczas korzystania z cęgów, włącz filtr BP, naciskając przycisk BP. Funkcja ta działa wyłącznie przy ustawionym trybie „Array” w nadajniku.
   • Odbiornik Fluke GFL-1500 emituje sygnały dźwiękowe i wizualne (migający wskaźnik LED) podczas śledzenia zwarcia. Częstotliwość sygnału dźwiękowego/migania wzrasta wraz ze zbliżaniem się do miejsca wystąpienia usterki.

Wskazówki dotyczące dokładnego śledzenia zwarć

• Przed otwarciem obudów lub przystąpieniem do prac przy przewodach upewnij się, że układ jest odłączony od zasilania.
• Zawsze sprawdź, czy przewody pomiarowe są prawidłowo podłączone.
• Upewnij się, że obwód prądu stałego nie jest uziemiony i nie ma połączenia pomiędzy żadnym przewodem a ziemią.
• Jeśli śledzenie sygnału jest niejasne, a sygnał jest wykrywany na wielu łańcuchach:
  • Sprawdź jeszcze raz, z której strony został wprowadzony sygnał
  • Sprawdź, czy testowany łańcuch jest odizolowany od równoległych łańcuchów
  • Spróbuj skorzystać z cęgów z aktywnym filtrem BP. Sygnał nadajnika musi być w trybie Array.

Co dalej? Zlokalizowanie usterki to dopiero pierwszy krok. Gdy już wiesz, gdzie występuje problem, nadszedł czas na bezpieczne wykonanie naprawy. Dowiedz się, jak naprawić usterki zwarcia doziemnego w instalacji fotowoltaicznej tutaj.

Zakończenie: Znalezienie usterki to tylko połowa pracy

Znalezienie zwarcia w instalacji fotowoltaicznej jest kluczowym pierwszym krokiem w przywracaniu sprawnej pracy i ochrony sprzętu. Systematyczna analiza napięcia względem ziemi i śledzenie ścieżki do zwarcia pozwalają odszukać problem bez nadmiaru pracy metodą prób i błędów.

Pamiętaj jednak, że zlokalizowanie zwarcia nie rozwiązuje problemu. Po odnalezieniu uszkodzonego przewodu lub elementu bezpiecznie odłącz zasilanie, sprawdź uszkodzony przewód lub element, a następnie napraw lub wymień uszkodzony element zgodnie z procedurami bezpieczeństwa obowiązującymi w obiekcie i przepisami elektrycznymi.

Zwarcia doziemne nie tylko ograniczają produkcję energii, ale także stwarzają ryzyko dla sprzętu i bezpieczeństwa. Dlatego szybka i dokładna identyfikacja, a następnie odpowiednia naprawa mają kluczowe znaczenie dla minimalizacji przestojów i przywrócenia oczekiwanej sprawności instalacji.

Informacje o autorze

Will White rozpoczął pracę w branży energii słonecznej w 2005 dla małego dostawcy instalacji. Rozpoczął jako instalator, potem pracował w działach sprzedaży, projektowania i zarządzania projektami, a w końcu został dyrektorem ds. operacyjnych. W 2016 roku dołączył do zespołu programowego Solar Energy International (SEI), gdzie skupił się na opracowywaniu treści kursów i prowadzeniu zajęć na temat energii słonecznej. W 2022 roku Will objął stanowisko specjalisty ds. rozwiązań fotowoltaicznych w firmie Fluke. Wspiera w niej prace nad przyrządami do testów instalacji energii odnawialnej, takimi jak rejestratory krzywej I-U, mierniki elektryczne i kamery termowizyjne.

Dysponuje doświadczeniem w energetyce wiatrowej, słonecznej cieplnej, magazynowaniu energii i instalacjach fotowoltaicznych wszystkich rozmiarów. Głęboko wierzy w znaczenie stosowania wysokiej jakości technik instalacyjnych zgodnych z właściwymi przepisami. Od 2006 roku jest autoryzowanym wykonawcą systemów fotowoltaicznych NABCEP, a wcześniej systemów słonecznych cieplnych NABCEP. Uzyskał również dyplom licencjata w zarządzaniu z Columbia College Chicago i MBA z University of Nebraska-Lincoln. W wolnym czasie pracuje z żoną i córką w gospodarstwie w centrum stanu Vermont, gdzie ma niepodłączony do sieci elektroenergetycznej dom z balotu słomianego.

Znajdź Willa w serwisie LinkedIn.