フィールドテスト: インバータ断路器は火災に対して効果がない

世界的なネットゼロカーボン目標のもとでは、発電所の安全性が大きな懸念となっています。 今年以来、インバータメーカーはDC保護スイッチを備えたインバータを相次いで発売しており、業界のさまざまな専門家がDC側スイッチの保護機能と規格準拠について議論し、さまざまな意見を述べています。 さまざまなメディアからの関連報道は次のとおりです。

「」のシステム設計のもとで、ヒューズやサーキットブレーカーなどの保護装置を追加せずに、断路器のみで安全性を確保できるかどうかが議論の焦点となっている。単一 MPPT 内の 3 つ以上のアクセス文字列 ”。 今日の市場では、このような製品は実際の発電所に適用されています。 実際の保護能力はどうなのでしょうか？ 著者は現場で逆接続試験や逆流試験を実施し、システムの安全性能を検証しました。

インバータでは実際の建設、設置、運転、保守中に逆接続、誤接続、短絡が頻繁に発生し、安全上のリスクにつながりやすいため、機器のシステム保護機能が非常に重要です。

選択した機器の各 MPPT は 5 つのストリングの PV モジュールに接続されており、オンサイトの単一ストリング電流はほぼ 20A でした。 正極と負極の逆接続試験のために、機器の 1 つの列が選択されました。 このストリングは逆接続された後、他の 4 つのストリングとループを形成し、電流がこのストリングに逆流し、70A の逆流電流が形成されます。

ストリング逆接続テスト回路図

最初のテストがトリガーされた後、断路器は保護措置を取りましたが、240 ミリ秒後にトリップしました。これは、メーカーが宣伝している 15 ミリ秒のターンオフ能力とは異なります。

2 回目のテストが開始された後、断路器はトリップせず、保護も機能せず、逆流電流が常に存在し、その結果、対応するストリング内のモジュールの温度が急激に上昇しました。 そして、1つのモジュールのダイオード温度が150℃を超え、その場で破裂し、火災の大きな危険がありました。

現在、ほとんどの発電所は複雑な環境にあります。 発電所では PV モジュールの設置面積が広いため、不均一な照明、遮蔽、モジュールの老朽化などの多くの要因が存在することがよくあります。各モジュールの照明や発電が不均一であると、ストリングの電圧差が容易に発生する可能性があります。電流の逆流が発生します。 システムを効果的に保護しないと、安全上のリスクが生じる可能性があります。

したがって、インバータ ストリングの 1 つが逆流テストを実行するために選択され、モジュールの 1 つのストリングが同じ MPPT 内の他の 4 つのストリングと一定の電圧差を維持し、他の 4 つのストリングからの電流が障害箇所に逆流します。電流の逆流は 30A に達します。 上記の条件下で 3 ラウンドのテストを実行しました。

ストリング逆流試験回路図

最初の 2 つのテストが開始された後、断路器は保護措置を取りましたが、250 ミリ秒後にトリップしました。これは、メーカーが宣伝している 15 ミリ秒のターンオフ能力とは大きく異なります。

3回目のテストで障害が発生した後、断路器がトリップせず、保護が失敗し、対応するモジュールと回路の温度が急激に上昇し、そのうちモジュールの温度は1分間で49℃（76.8℃まで）上昇しました。 すぐに接続を解除しないと温度が上昇し続け、モジュールが発火して焼損する可能性があります。

これらのテストは、1 つの MPPT が 2 つ以上のモジュール列に接続されている場合、ディスコネクターが効果的な保護を提供できず、モジュールに損傷、火災、またはさらに大きなリスクを引き起こす可能性があることを示しています。

要約すると、断路器はシステムの安全性を向上させるための冗長保護として使用できますが、システムに必要な保護装置としては使用できず、規格で指定されているヒューズやサーキットブレーカーを置き換えることはできません。 1 つの MPPT に 2 つ以上のアクセス ストリングがあるシステムでは、標準要件を満たすヒューズやサーキット ブレーカーなどの過電流保護デバイスを提供する必要があります。 安全性の問題は真剣に扱われなければなりません。