太陽光発電設置業者が DC MCB を使用して DC 回路障害を 62% 削減する方法

アリゾナ州とネバダ州全域で 60 MW の商用屋上および小型地上設置型アレイを運用している太陽光 EPC および O&M 請負業者は、210 個のコンバイナ エンクロージャでヒューズベースの DC ストリング保護を Soutya DC 小型サーキット ブレーカーに置き換えました。障害に関連したダウンタイムは 62% 減少し、改修工事は 7 か月未満で元が取れました。

お客様の背景: DC 保護のアップグレードを担当したのは誰ですか?

クライアントは、社内に運営およびメンテナンス部門を備えた太陽光発電エンジニアリング、調達、建設会社です。従業員数は 120 人です。このフリートは、アリゾナ、ネバダ、ユタ州南部にある 340 の商用屋上システムと 6 つの地上設置型アレイで 60 MW をカバーしています。資産所有者には、小売チェーン、冷蔵倉庫運営会社、地方公共団体 2 社が含まれます。

車両規模は 18 か月で 40% 増加しましたが、O&M の人員配置は横ばいでした。サービス契約には、運用に影響を与える障害に対して 48 時間の対応期間が設けられており、対応期間を守らなかった場合にはペナルティが課せられます。

既存の DC 保護はどのような問題を引き起こしましたか?

各結合ボックスは、15 A および 20 A DC ヒューズで 12 ～ 16 個のストリングを保護しました。この取り決めにより、3 つの繰り返し問題が発生しました。

• 診断は修理よりも時間がかかりました。ヒューズが切れても、どの弦が原因かはわかりません。乗組員はコンバイナー全体を隔離し、クランプメーターを使って弦を一度に1本ずつテストした。障害が発生したストリングを切り分けるのにかかる平均時間は 74 分で、通話ごとに 2 人の技術者が必要でした。
• スペアが増えました。電圧定格、電流定格、ホルダーの種類をカバーするために 12 個のヒューズ SKU がトラックに搭載され、年間支出額は 26,400 ドルでした。
• ダウンタイムが積み重なった。ストリングの停止により、年間で全車両で 1,480 MWh (契約料金で約 77,000 ドル相当) の発電量がなくなり、1 台あたり 310 ドルで 620 台の予定外のトラックが運行されました。

ある春にフェニックス都市圏に降った雹により、1週間で90件のヒューズ故障が発生しました。乗組員は週末を通じて作業を行い、資産所有者 2 名が対応期間に対してサービスクレジットを提出しました。

Soutya DC ミニチュアサーキットブレーカーを選ぶ理由

エンジニアリング チームは 4 つのパスを比較しました。既存のヒューズを使用したスト​​リングレベルのモニタリングには、コンバイナあたり 900 ドルを超える資本コストがかかりました。ヒューズ ホルダーを示すことで診断は解決されましたが、ヒューズの在庫とダウンタイムは維持されました。モールドケース DC ブレーカーは既存のエンクロージャの深さを超えていたため、地上設置場所に新しいボックスと新しいコンクリート パッドが必要でした。

Soutya DC ミニチュア サーキット ブレーカーは、次の 4 つの点でエンクロージャとワークフローに適合しました。

• 目に見えるトリップインジケーターによるリセット可能な操作により、技術者は障害が発生したストリングを一目で特定します。
• エンクロージャを変更することなく、既存の 35 mm レールに収まる 2 極 DIN レールの設置面積。
• スプリッタープレートを備えた DC 固有のアークチャンバー。直流には自然電流ゼロがないため、アークの消滅はゼロ交差よりもチャンバーの形状とトリップ速度に依存します。
• 6 A ～ 63 A アンペア範囲で、12 個ではなく 3 個の SKU でフリート全体をカバーしました。

定格は、DC 電圧定格、遮断容量、極性マークなどを含め、IEC 60947-2 およびコンバイナのリストと照合してチェックされました。

DC MCB ロールアウトはどのように実装されましたか?

このプロジェクトは 2 つの州にわたって 14 週間にわたって実施されました。

1. フリート監査 (1 ～ 3 週目)。乗組員は、各結合器の弦の数、開放電圧、動作電流、筐体の寸法、内部の周囲温度を記録しました。
2. 仕様とベンチ検証 (4 ～ 6 週目)。20 台のユニットを 1.2 MW アレイで、ピーク放射照度時の熱画像処理とインバータの DC 制限でのトリップ検証を使用してテストしました。
3. 3 つのサイトでパイロットを実施します (7 ～ 9 週目)。現場作業員はリセット手順の時間を計測し、すべてのトリップ イベントを記録しました。
4. 2 波フリートのロールアウト (第 10 ～ 13 週)。作業は計画されたメンテナンス期間内で実行されたため、改修によって世代が失われることはありませんでした。
5. 書類と予備品（第 14 週）。単線図、トルク仕様、ラベルが更新され、各トラックには標準化されたスペアキットが付属しました。

困難な瞬間。パイロットの 2 台のコンバイナーが晴れた日の 13:00 から 15:00 の間にトリップしました。ストリング電流は、内部周囲温度 68°C のエンクロージャ内の 10 A ブレーカーに対して 8.6 A を測定しました。ボックス内の熱ディレーティングにより、実効容量がストリング出力を下回りました。この修正により、これらの位置を 16 A ブレーカーに大型化し、エンクロージャのドアの内側に 20 mm の換気ギャップを追加しました。その後、サイトは 8 週間、迷惑な移動をすることなく稼働しました。

DC MCB への切り替えは数値的に何をもたらしましたか?

• 計画外のトラックの運行: 年間 620 から 260 件、58% 削減され、人件費と車両コストが 111,600 ドル節約されます。
• ストリング停止による発電損失: 年間 1,480 MWh から 562 MWh まで、62% 減少し、契約収益から約 47,800 ドルを回収します。
• 障害が発生したストリングを分離するまでの平均時間: 74 分から 22 分、70% 減少。
• 保護コンポーネントの年間支出: 26,400 ドルから 17,400 ドル、34% 減少。
• 判明した総節約額: 96,000 ドル近くの改修費用に対して年間 187,000 ドル、7 か月以内に回収可能。

乗組員の安全プロファイルも変更されました。負荷がかかった状態でのヒューズの交換は標準手順から削除され、ストリング故障に対する DC 定格の作業指示はロックアウト、目視チェック、およびリセットになりました。

クライアントはプロジェクトについて何と言っていますか?

「以前は、弦の故障が発生すると、技術者 2 名とヒューズ キットが必要になり、午後のほとんどが必要でした」と O&M ディレクターは述べました。 「今では、1 人の技術者が筐体を開け、落ちたブレーカーを読み取り、文字列を修復してリセットしています。最初の 1 か月間で、午後のコールは半分に減りました。」

エンジニアリング責任者は、「監査が重要な部分でした。銘板の電流を流すのではなく、筐体の周囲環境に合わせてブレーカーのサイズを決定することで、迷惑なトリップを防ぐことができました。」と付け加えました。

他の EPC や資産所有者はこのプロジェクトから何を学ぶことができますか?

• データシートではなく、ボックスのサイズ。屋上エンクロージャの内部周囲温度は外気より 25°C 高く、ブレーカーの定格は銘板定格よりも大幅に低くなります。
• 最も暑く、放射照度が最も高いサイトでパイロットを行います。涼しい天候での 1 回の試験では、7 月の迷惑な旅行を引き起こす熱の挙動が隠蔽されます。
• 診断時間を主な節約として扱います。交換部品により 3 分の 1 の節約が実現しました。障害の位置がより速くなると、残りの部分が提供されます。
• 反射。チームは雹の季節の前に監査を開始し、事前に組み立てられた改造キットをエンクロージャのサプライヤーと交渉する予定だった。これは、設置工賃としてエンクロージャあたり 12 ドル相当の変更となる。

参考文献

• IEC 60947-2:2019、低電圧開閉装置および制御装置 — パート 2: サーキットブレーカー。webstore.iec.ch/publication/62482
• UL 1699B:2018、太陽光発電 (PV) DC アーク障害回路保護。shopulstandards.com/ProductDetail.aspx?productId=UL1699B
• 直流小型遮断器のアーク運動過程のシミュレーション研究。doi.org/10.1063/5.0174184

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Soutya DC ミニチュア サーキット ブレーカーの仕様とアンペア定格は、次のサイトで入手できます。DC小型サーキットブレーカー製品ページ。