Hoả hoạn trong hệ thống điện Mặt Trời

Hồ quang điện DC là gì?

Hồ quang điện là dòng năng lượng phóng qua khe hở không khí bằng cách ion hóa phân tử khí. Trong khi không khí thường được coi là môi trường không dẫn điện, sự chênh lệch điện thế cao giữa hai dây dẫn ở gần nhau có thể khiến các phân tử không khí bị phá vỡ thành các phần tử bị ion hoá (gọi là plasma), và plasma có thể mang theo điện tích từ điện cực này sang điện cực kia.

Nhiệt độ của hồ quang điện phụ thuộc vào một số yếu tố, chẳng hạn như cường độ dòng điện, nhưng trên một hệ thống năng lượng Mặt Trời, thì nó đủ nóng để làm chảy thủy tinh, đồng, nhôm, và để bắt đầu quá trình đốt cháy các vật liệu xung quanh.

Hồ quang DC xảy ra trên cáp DC của hệ điện mặt trời .

Hồ quang điên có thực sự nguy hiểm trong hệ thống điện AC? KHÔNG

Hồ quang điện không phải là mối nguy hiểm thường gặp trong các hệ thống điện AC thông thường. Điều này một phần là do các tiêu chuẩn trong công nghiệp, kinh nghiệm và các thiết kế trong ngành điện đã phát triển trong hơn 100 năm qua, nhờ đó mà việc lắp đặt hệ thống AC rất hiệ đại và an toàn.

Hồ quang ít gặp trong các sự cố của hệ thống AC vì hồ quang AC có xu hướng tự dập tắt khi điện áp luân phiên lên xuống, trong 1s giá trị điện áp qua điểm 0 volt một trăm lần đối với lưới điện tiêu chuẩn. Để hồ quang điện tự duy trì, các điều kiện để tạo ra hồ quang điện phải liên tục, không đứt đoạn. Nguồn DC lun ở mức liên tục và một khi hồ quang đã được thiết lập, nó sẽ tiếp tục mãi miễn là có điện áp DC.

Hồ quang điện DC xảy ra trên tất cả các hệ thống điện mặt trời? KHÔNG

Hồ quang DC chỉ xảy ra trên các hệ thống dùng biến tần chuỗi (string inverter), phía DC không được bảo vệ và có điện áp trên 80 VDC.

Hồ quang DC không xảy ra trên các hệ thống năng lượng mặt trời sử dụng bộ microinverters và một số hệ thống sử dụng bộ tối ưu hóa công suất DC (DC optimizer),nó làm giảm điện áp DC xuống mức an toàn trong trường hợp xảy ra sự cố

Microinverters và bộ tối ưu hóa DC đã được phát triển hơn 10 năm nay để ngăn ngừa hỏa hoạn trong hệ thống điện mặt trời do lỗi hồ quang DC. Những công nghệ này đã có ở Úc từ năm 2012 vì vậy cháy hệ điện Mặt trời được lắp đặt từ năm 2012 đều có thể ngăn chặn được

Trong hệ thống điện mặt trời hồ quang điện DC xảy ra ở đâu?

Hồ quang có thể xảy ra ở bất cứ nơi nào trên đường dây DC chạy từ tấm pin năng lượng mặt trời trên mái nhà đến  string inverter – thường được lắp đặt liền kề với tủ điện tổng. Có khoảng 26 kết nối ở phía DC trong hệ điện mặt trời gia đình (2kW), nó phụ thuộc vào công trình và khoảng 50 kết nối DC trên hệ thống 5kW. Tất cả các mối nối đều sẽ có nguy cơ cao dẫn đến hồ quang. Ngoài ra còn có các kết nối phụ bên trong các tấm pin năng lượng mặt trời, thiết bị cách ly DC và string inverter là những điểm tiềm ẩn của sự cố.

Các loại hồ quang DC xảy ra trên các hệ điện mặt trời sử string inverter là gì?

Thường có 3 kiểu phóng hồ quang điện trong hệ thống điện Mặt Trời:

-Mắc nối tiếp – đường dây  bị đứt

-Mắc song song- đường dây bị hư cách điện

-Chạm đất -sứ cố cách điện của hệ thống

Vấn đề hồ quang điện DC có cần được quan tâm không? CÓ

Hồ quang DC đã được xác định là nguyên nhân chính của hơn 400 vụ cháy các tòa nhà thương mại, nhà cửa ở Úc – các vụ cháy tòa nhà gây mất an toàn cho người dân và gây thiệt hại cho tài sản. Hồ quang DC cũng gây ra thiệt hại đáng kể cho thiết bị năng lượng mặt trời.

Nên chọn cáp DC chất lượng cao và cần thận trọng khi lắp đặt .Tuy nhiên, sự suy giảm cách điện của cáp và dây dẫn theo thời gian, có thể gây ra  hồ quang DC

Nếu bạn thấy hoặc nghe thấy hồ quang DC, có thể tắt biến tần để dừng hồ quang không? KHÔNG

Lỗi hồ quang DC xảy ra trên cáp DC dưới tấm pin năng lượng mặt trời, và dọc theo đường cáp DC từ tấm pin trên mái nhà đến bộ string inverter và thậm chí bên trong biến tần. Tắt biến tần không tắt được ngồn DC. Hệ thống dây điện DC từ dãy pin năng lượng mặt trời đến biến tần luôn có nguồn bất cứ khi nào có ánh sáng mặt trời chiếu. Vì vậy, tắt biến tần sẽ không làm giảm hồ quang DC. Tuy nhiên, tùy thuộc vào vị trí của lỗi, ngắt bộ cách ly DC trên đỉnh mái có thể cách ly lỗi và dập tắt hồ quang.Để làm điều này cần phải leo lên mái và xác định được vị trí thiết bị cách ly DC. Ngắt hồ quang DC bằng CB cách ly không phải là không có những nguy hiểm riêng của nó và được coi là phương pháp cuối cùng.

Lỗi hồ quang DC có thể được ngăn chặn? ĐÚNG

Hàng loạt các công nghệ có mặt hơn một thập kỷ để giúp loại bỏ rủi ro liên quan đến hồ quang DC. Đó là  các bộ microinverter được sản xuất bởi các công ty như Enphase Energy và AP Systems, và một số bộ DC optimiser như SolarEdge, có chế độ DC safe.

Loại bỏ điện áp DC cao là một cách tiếp cận an toàn hơn so với việc thực hiện các biện pháp kiểm soát như bộ bảo vệ khi có hồ quang DC. Luôn có nguy cơ rằng hệ thống bảo vệ không được lắp đặt và bảo trì đúng sẽ không hoạt động khi xảy ra lỗi.

String inverters có tích hợp chức năng bảo vệ phóng  hồ quang điện DC có bảo vệ cho tất cả các loại lỗi hồ quang DC được không? KHÔNG

Hiện tại có một số string inverters tích hợp sẵn tính năng phát hiện hồ quang DC. Tuy nhiên, những điều này KHÔNG phát hiện và cách ly được tất cả các loại lỗi hồ quang DC được liệt kê ở trên.

Biến tần có tích hợp thiết bị phát hiện hồ quang xác định nhiễu trên cáp DC do hồ quang tạo ra. Khi hồ quang được phát hiện, phía DC của biến tần sẽ ngắt. Điều này sẽ dập tắt hồ quang nối tiếp , nhưng KHÔNG dập tắt hồ quang song song hoặc chạm đất. Cáp DC dưới các dãy pin nối xuống biến tần vẫn còn nguồn khi phần DC được cách ly tại biến tần. Hồ quang ở trường hợp nối song song hoặc chạm đất sẽ tiếp tục phóng hồ quang cho dù string inverter có tích hợp bảo vệ lỗi hồ quang DC.

Các thiết bị tắt nhanh (rapid shutdown device) trên mái nhà có bảo vệ cho tất cả các lỗi hồ quang DC không? KHÔNG

Các thiết bị tắt nhanh có thể được lắp đặt trên mái nhà bên cạnh dãy pin năng lượng mặt trời. Chúng thường nằm ở cuối chuỗi. Chúng được thiết kế để cách ly phần DC khi phát hiện lỗi hồ quang DC. Thật không may, chúng không cách ly được các lỗi về hồ quang xảy ra bên dưới dãy pin,và cũng không bảo vệ cho các lỗi chạm đất.

Hồ quang DC chỉ xảy ra trên bộ cách ly DC? KHÔNG

Nhiều  gười lắp đặt cho rằng hồ quang DC chỉ xảy ra ở các CB cách ly DC. Điều này không đúng. Hồ quang DC xảy ra bất cứ nơi nào có các mối nối trên cáp DC,  cáp bị đứt hoặc sự cố cách điện. Nó còn xảy ra trên các tấm pin năng lượng mặt trời, các đầu nối DC, cáp DC, các kết nối trong bộ cách ly DC hoặc bên trong biến tần.

Bỏ các thiết bị cách ly DC trên mái ra là một cách để giảm hồ quang DC? KHÔNG

Không lắp đặt thiết bị cách ly DC trên mái chắc chắn sẽ giảm nguy cơ phóng hồ quang điện trong tương lai. Tuy nhiên, theo lý thuyết điện cơ bản chỉ ra rằng cần phải cách ly nguồn phát điện càng gần nguồn càng tốt. Ví dụ, nếu xảy ra lỗi trên hệ thống cáp DC  trên mái hoặc bất kỳ nơi nào giữa các tấm pin năng lượng mặt trời và string inverter, hệ thống phải tắt nguồn cung cấp để cách ly lỗi. Nếu một người không may tiếp xúc với nguồn DC, thì quy trình cứu hộ an toàn  là cách ly nguồn cấp trước khi cứu hộ.

Vì vậy, mặc dù loại bỏ bộ cách ly DC trên mái nhà có vẻ như là một cách dễ dàng để ngăn chặn hồ quang nhưng việc để hệ thống không có thiết bị cách ly trong trường hợp xảy ra lỗi hoặc tai nạn là điều không thực tế.

Sẽ loại bỏ các bộ cách ly DC có ngăn ngừa sự cố hồ quang DC không? KHÔNG

Hồ quang DC xảy ra bất cứ nơi nào có các mối nối trong cáp DC,cáp bị đứt hoặc sự cố cách điện cáp. Nếu một bộ cách ly DC được thay thế bằng hộp đấu nối, lỗi sẽ tiếp tục xảy ra tại điểm này cũng như các điểm khác phía DC.

Cách hiệu quả nhất để ngăn ngừa sự cố hồ quang DC là loại bỏ sự hiện diện của điện áp DC nguy hiểm bằng cách sử dụng microinverter hoặc sử dụng bộ DC optimiser

Sự cố về  hồ quang DC tăng lên khi hệ điện mặt trời dùng string inverter đã sử dụng nhiều năm? ĐÚNG

Khả năng xảy ra lỗi hồ quang DC tăng lên khi hệ thống năng lượng mặt trời trải qua nhiều năm sử dụng. Điều này là do các mối nối trên dây DC bị ăn mòn theo thời gian làm tăng trở kháng, gây ra nhiệt và phá vỡ các jack nối dẫn đến hồ quang DC. Ngoài ra, các ron trên các bộ cách ly, ống dẫn,… xuống cấp theo thời gian làm cho nước vào bên trong các hộp đấu nối có thể gây ra hồ quang DC.

Loài gặm nhấm, côn trùng, chim có thể làm hỏng lớp cách điện, các công trình về sau có thể làm hỏng lớp cách điện hoặc cách điện có thể xuống cấp theo thời gian.

Có phải một hệ thống năng lượng mặt trời được lắp đặt theo Tiêu chuẩn Úc (AS5033) và các thiết bị chất lượng tốt và lắp đặt đúng kĩ thuật, thì hệ thống này có an toàn không? KHÔNG

Đã có nhiều trường hợp hỏa hoạn bắt đầu do thiết bị được coi là chất lượng cao tại thời điểm nó mới lắp đặt, và bị nhà sản xuất thu hồi nhiều năm sau đó do lỗi sản xuất hoặc thiết kế. Thông thường những khiếm khuyết này không xuất hiện cho đến khi hệ thống đã hoạt động được vài năm.

Lắp đặt hệ thống năng lượng mặt trời trên mái là một việc khó khăn và đôi khi nguy hiểm, đặc biệt là trong điều kiện thời tiết nóng và khó chịu. Những điều này không có lợi cho việc lắp đặt, và chỉ mốt chút sơ sẩy mất tập trung sẽ quên việc siết chặt các hộp đấu nối hoặc các CB cách ly DC  – và nước sẽ vào bên trong các hộp đấu nối. Kinh nghiệm thực tế là ngay cả những người có tay nghề giỏi nhất đôi khi cũng mắc lỗi và với các hệ thống DC, những sai lầm có thể gây ra hậu quả nghiêm trọng.

Các tiêu chuẩn của Úc (đặc biệt là AS5033) đã cố gắng loại bỏ tất cả các nguyên nhân có thể gây ra hồ quang DC trong hệ điện mặt trời. Có các kiểm tra nghiêm ngặt tại nơi lắp đặt (nhiều hơn bất kỳ các công trình lắp đặt điện thông thường nào) và vẫn còn nhiều tai nạn thảm khốc về hồ quang DC xảy ra trên các hệ điện mặt trời mỗi ngày ở Úc. Điều này sẽ trả lời câu hỏi liên quan đến việc các tiêu chuẩn hiện tại của Úc có đủ để loại bỏ các lỗi  về hồ quang DC hay không.

Cách duy nhất để loại bỏ nguy cơ hồ quang DC chính là loại bỏ điện áp DC  khỏi hệ thống hoặc sử dụng công nghệ được thiết kế đặc biệt để giảm điện áp trên hệ thống xuống mức an toàn trong trường hợp xảy ra lỗi.

Nguyên nhân dẫn đến Hồ Quang Điện:

-Do Dây dẫn điện:

• Đấu nối dây lỏng trong các hộp nối / mối nối
• Cable điện và chổ đấu nối bị ăn mòn

Do cách điện của hệ thống :

• Điện trở cách điện giảm theo thời gian do tia UV từ Mặt Trời
• Suy giảm cách điện theo thời gian do tiếp xúc với tia cực tím
• Vết nứt cách điện theo thời gian do thay đổi nhiệt độ (nóng – lạnh)
• Cách điện bị già hóa
• Làm hỏng cách điện bởi loài gặm nhấm, côn trùng, chim
• Hư hỏng cách điện trong quá trình lắp đặt
• Nước xâm nhập vào dây cáp, ống dẫn.
• Nước xâm nhập vào DC switch do lắp đặt kém
• Nước xâm nhập vào DC switch do ron hư mòn theo thời gian
• Nước xâm nhập vào biến tần
• Nước xâm nhập vào hộp đấu nối tấm pin

-Cách phòng ngừa:

• Sử dụng dây DC 2 lớp, điện áp cách điện 1500VDC
• Lắp thêm bộ tối ưu hoá công suất
• Chọn dây dẫn có tiết diện phù hợp
• Nối đất cho hệ thống
• Chọn inverter và tấm pin được “third party” chứng nhận
• Lắp đặt thiết bị giám sát dòng rò.
• Bảo trì, kiểm tra cách điện định kì.

Ở Châu Âu, với các chuyên gia nhiều năm kinh nghiệm trong thiết kế, lắp đặt hệ thống điện MT cộng với thiết bị (PV Inverter, PV module,…)chất lượng cao nhưng vẫn xảy ra các vụ cháy đáng tiếc. Phần lớn nguyên nhân là do các yếu tố chủ quan – con người gây ra.Ở Việt Nam,rất nhiều các công ty lắp đặt NLMT mới mọc lên cho nên những chủ đầu tư, những người lắp đặt hệ thống NLMT nên chọn nhà thầu uy tín , chất lượng để tránh những rủi ro khi lắp đặt. Giữa KINH TẾ, KĨ THUẬT, AN TOÀN nên được sắp xếp theo thứ tự hợp lý để bảo đảm an toàn cho tính mạng, tài sản

Hình ảnh:

Reference: