การจัดการสายเคเบิลให้เหมาะสมเพื่อความปลอดภัยและประสิทธิภาพในระบบ PV ขนาดยูทิลิตี้

ระบบไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ขนาดใช้งานโดยทั่วไปจะผลิตไฟฟ้าได้หลายเมกะวัตต์ (MW) และเป็นผู้มีส่วนสำคัญต่อพลังงานสีเขียวและความยั่งยืน แต่ละเมกะวัตต์ต้องการแผงโซลาร์เซลล์ประมาณ 2,900 แผงกระจายอยู่ทั่วพื้นที่หลายเอเคอร์ อินเวอร์เตอร์และคอนโทรลเลอร์หนึ่งตัวหรือมากกว่า รวมถึงอุปกรณ์เชื่อมต่อกริด การเชื่อมโยงองค์ประกอบทั้งหมดเข้ากับระบบ PV อาจต้องใช้สายไฟหลายไมล์และการตรวจสอบสายเคเบิล และส่วนประกอบการจัดการสายเคเบิลนับหมื่น หากใช้งานไม่ถูกต้อง ส่วนประกอบการเดินสายและการจัดการสายเคเบิลอาจกลายเป็นจุดอ่อนที่ลดประสิทธิภาพ จำกัดความพร้อมใช้งาน เพิ่มอันตรายต่อความปลอดภัย และเพิ่มต้นทุนการติดตั้งและการดำเนินงาน

การออกแบบการติดตั้งการจัดการสายเคเบิลที่ปลอดภัยและมีประสิทธิภาพนั้นซับซ้อน ซึ่งรวมถึงพุกสายเคเบิลสำหรับการป้องกันการลัดวงจรของสายไฟ การไม่มีเครื่องทดสอบแรงดันไฟฟ้าเพื่อป้องกันบุคลากรที่ให้บริการติดตั้ง คลิปรัดสายไฟสำหรับการเชื่อมต่อสัญญาณและการตรวจสอบที่เชื่อถือได้ และขั้วต่อสายดึงแบบบีบอัดสำหรับการจ่ายไฟและสายดิน นอกจากนี้ ส่วนประกอบเหล่านี้ต้องเป็นไปตามมาตรฐานสากลต่างๆ เช่น พุกยึดสายไฟที่ต้องปฏิบัติตาม IEC 61914:2015 เพื่อให้แน่ใจว่าสามารถทนต่อความผิดพลาดของดิน ไม่มีเครื่องทดสอบแรงดันไฟฟ้าที่ต้องทำงานตามข้อกำหนดของสมาคมป้องกันอัคคีภัยแห่งชาติ (NFPA) และมาตรฐานความปลอดภัยของ UL และ CSA และข้อกำหนดทั่วไปสำหรับส่วนประกอบพลังงานแสงอาทิตย์เพื่อให้ทนทานต่อสภาพภายนอกอาคารตามที่กำหนดใน IEC 61215 สำหรับการติดตั้ง PV

บทความนี้ให้ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับองค์ประกอบต่างๆ ในการติดตั้ง PV ระดับยูทิลิตี้ โดยเน้นเฉพาะที่ส่วนประกอบการจัดการสายเคเบิลจำนวนมากที่จำเป็น ให้รายละเอียดเกี่ยวกับมาตรฐานความปลอดภัยระหว่างประเทศที่เกี่ยวข้องบางส่วน และทบทวนข้อกำหนดสำหรับการทำงานในสภาพแวดล้อมที่สมบุกสมบันและการติดตั้งที่คุ้มค่า ตลอดการอภิปราย สินค้าตัวอย่างจาก Panduit เป็นจุดเด่น

ความสำคัญที่เพิ่มขึ้นของ BOS

ในการติดตั้ง PV ความสมดุลของระบบ (BOS) จะรวมทุกอย่างนอกเหนือจากแผง PV เช่น ชั้นวาง สายเคเบิล การจัดการสายเคเบิล อินเวอร์เตอร์ และอุปกรณ์ระบบอื่น ๆ รวมถึงแรงงานและซอฟต์แวร์ เนื่องจากเทคโนโลยีแผงเซลล์แสงอาทิตย์ได้รับการปรับปรุง ราคาแผงจึงลดลงเร็วกว่าราคาส่วนประกอบ BOS จากการวิเคราะห์ของ International Renewable Energy Agency (IRENA) พบว่า 62% ของการลดต้นทุนในการติดตั้ง PV เป็นผลมาจากราคาที่ลดลงสำหรับแผง PV และอินเวอร์เตอร์¹

ต้นทุนที่ลดลงสำหรับแผงเซลล์แสงอาทิตย์และอินเวอร์เตอร์ทำให้ส่วนประกอบ BOS โดดเด่น จากข้อมูลของ IRENA BOS เป็นเปอร์เซ็นต์ที่เพิ่มขึ้นของต้นทุนการติดตั้ง PV โดยเพิ่มขึ้นจาก 58% ในปี 2550 เป็น 80% ในปี 2560 (รูปที่ 1) ในขณะเดียวกันก็เพิ่มบัสกระจายเป็น 1 kV_DC และสูงกว่าได้เพิ่มความสำคัญของส่วนประกอบ BOS เมื่อเทียบกับประสิทธิภาพและความปลอดภัยของระบบ ในอนาคต ส่วนประกอบ BOS จะมีความสำคัญมากขึ้นในการผลักดันการลดต้นทุนและการปรับปรุงการดำเนินงาน รวมถึงการเพิ่มความปลอดภัยและประสิทธิภาพในระบบ PV ระดับกริด

รูปที่ 1: เปอร์เซ็นต์ของต้นทุนการติดตั้งที่คิดเป็นแผงเซลล์แสงอาทิตย์ลดลง เพิ่มความสำคัญของ BOS ในระบบเซลล์แสงอาทิตย์ (ที่มาของภาพ: Panduit)

การจัดการสายเคเบิลเป็นส่วนสำคัญของ BOS ในระบบ PV ระดับกริด มีผลกระทบอย่างมากต่อความปลอดภัย ต้นทุน และประสิทธิภาพ พุกสายเคเบิลเป็นตัวอย่างที่ดีของประโยชน์ของการจัดการสายเคเบิลที่เหมาะสมที่สุด มีการป้องกันไฟฟ้าลัดวงจรสำหรับสายไฟ หากไม่มีการป้องกันที่เหมาะสม กระแสไฟสูงที่เกิดขึ้นระหว่างการลัดวงจรอาจทำให้ตัวนำร้อนขึ้น ซึ่งนำไปสู่การเกิดไฟไหม้หรือการระเบิดได้ กระแสลัดวงจรยังนำไปสู่ความเค้นของระบบเครื่องกลไฟฟ้าขนาดใหญ่บนสายจ่ายไฟฟ้า

เพื่อความปลอดภัยสูงสุด พุกสายเคเบิลต้องเป็นไปตามข้อกำหนดของ IEC 61914:2015 ความเครียดสูงสุดของระบบเครื่องกลไฟฟ้าจะเกิดขึ้นระหว่างเหตุการณ์ไฟฟ้าลัดวงจรหลังจากผ่านไปประมาณ 5 มิลลิวินาที (มิลลิวินาที) นั่นคือก่อน 60 ถึง 100 มิลลิวินาทีที่จำเป็นสำหรับอุปกรณ์ป้องกันวงจรเช่นเบรกเกอร์วงจรในการตอบสนอง IEC 61914:2015 ระบุระยะเวลาการทดสอบการลัดวงจรที่ 100 มิลลิวินาทีสำหรับพุกรัดสายไฟ ซึ่งบางครั้งเรียกว่าแคลมป์รัดสายไฟ Panduit ใช้ซอฟต์แวร์จำลองเมื่อออกแบบคลีตสายเคเบิล จากนั้นทดสอบข้อผิดพลาดที่มีไฟฟ้าลัดวงจรเพื่อยืนยันการปฏิบัติตาม IEC 61914:2015 (รูปที่ 2)

รูปที่ 2: การจำลองซอฟต์แวร์ ANSYS ของแรงแม่เหล็กไฟฟ้าบนสายเคเบิลในช่วงเริ่มต้นของการลัดวงจร (ที่มาของภาพ: Panduit)

IEC 61914:2015 เป็นมากกว่าการป้องกันไฟฟ้าลัดวงจร ซึ่งรวมถึงข้อกำหนดสำหรับ:

• ระดับอุณหภูมิ
• ความต้านทานต่อการแพร่กระจายของเปลวไฟ
• ความต้านทานการกัดกร่อน
• การทดสอบโหลดตามแนวแกน
• การทดสอบโหลดด้านข้าง
• ทนต่อแรงกระแทก
• ความต้านทานรังสียูวี

พุกเก็บสายไฟ Trefoil ของ Panduit ผลิตจากสเตนเลสสตีล 316L หรือที่เรียกว่าสเตนเลสสตีลเกรดมารีน โดยมีรุ่นที่รองรับสายไฟที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางตั้งแต่ 20 ถึง 69 มม. (mm) ตัวอย่างเช่น รุ่น CCSSTR6269-X สามารถรองรับเส้นผ่านศูนย์กลางของสายเคเบิลได้ตั้งแต่ 62 ถึง 69 mm พุกยึดสายเคเบิลเหล่านี้สามารถติดตั้งได้หลังจากเดินสายเคเบิลโดยใช้แท่นยึด Panduit หรือก่อนเดินสายเคเบิลโดยติดตั้งพุกโดยตรงกับถาดเก็บสายเคเบิลที่ร้อยผ่านรูยึดโดยใช้สลักเกลียว M8 (รูปที่ 3)

รูปที่ 3: ดังที่แสดงไว้ด้านบน เคเบิลคลีต Trefoil ของ Panduit สามารถติดตั้งได้โดยใช้ตัวยึดสำหรับติดตั้ง (ที่มาของภาพ: Panduit)

ความซับซ้อนของแรงทางกลไฟฟ้าที่เกิดขึ้นระหว่างการลัดวงจรและความต้องการด้านประสิทธิภาพที่เข้มงวดของ IEC 61914:2015 รวมกันทำให้การระบุแคลมป์ยึดสายที่จำเป็นเป็นแบบฝึกหัดทางคณิตศาสตร์ที่หนักหน่วง Panduit นำเสนอ Cable Cleat kAlculator แอปที่แนะนำวิธีแก้ปัญหาการลัดวงจร IEC 61914:2015 จากผลิตภัณฑ์พุกสายไฟ Panduit กว่า 60 รายการ เพื่อเพิ่มความเร็วในกระบวนการคัดเลือก การใช้แอป kAlculator ช่วยลดการเลือกแคลมป์สายเคเบิลให้เหลือเพียงสามขั้นตอนง่าย ๆ คือ

1. เลือกรูปแบบสายเคเบิล
2. ป้อนเส้นผ่านศูนย์กลางของสายเคเบิล
3. ป้อนกระแสไฟฟ้าลัดวงจรสูงสุด

แอปนี้ให้คำแนะนำส่วนประกอบและระยะห่าง

กำลังไฟและสายดิน

นอกจากแคลมป์ยึดสายไฟและสายดินแล้ว การติดตั้ง PV ระดับยูทิลิตี้ยังต้องการการเชื่อมต่อสายไฟและสายดิน ตัวเชื่อมต่อแบบบีบอัดทองแดงสามารถให้การเชื่อมต่อที่มีประสิทธิภาพ และ Panduit นำเสนอตัวเชื่อมต่อแบบบีบอัดทองแดงแบบเดียวที่ตรงตามข้อกำหนด Network Equipment Building Systems (NEBS) ระดับ 3 ซึ่งทดสอบโดย Telcordia Technologies การประชุม NEBS ระดับ 3 ทำให้ผู้ใช้มั่นใจได้ว่า ขั้วต่อการบีบอัดแบบ Pan-Lug สามารถให้ประสิทธิภาพที่เชื่อถือได้ในการใช้งาน เช่น PV ระดับยูทิลิตี้ที่ต้องการการหยุดชะงักของบริการน้อยที่สุดตลอดอายุการใช้งานของอุปกรณ์

ผู้ออกแบบการติดตั้ง PV ระดับยูทิลิตี้สามารถหันไปใช้ตัวนำแบบยืดหยุ่นของ Panduit ซึ่งเป็นตัวเชื่อมต่อแบบสองรู บาร์เรลมาตรฐาน ที่สามารถใช้กับตัวนำทองแดงแบบยืดหยุ่น ยืดหยุ่นพิเศษ และแบบมีรหัสตีเกลียว เพื่อให้การจ่ายไฟและการเชื่อมต่อภาคพื้นดินมีประสิทธิภาพและเชื่อถือได้ ตัวอย่างเช่น รุ่นLCDX1/0-14B-X ได้รับการจัดอันดับสำหรับใช้กับสายเคเบิลขนาด #1 American wire gauge (AWG) และมีรูสตั๊ดขนาด 0.25 นิ้ว (นิ้ว) สองรูบนระยะห่าง 0.75 นิ้ว (รูปที่ 4) คุณสมบัติทั่วไปของตัวเชื่อมต่อการบีบอัด Pan-Lug ทั้งหมดประกอบด้วย:

• UL Listed และ CSA Certified ถึง 35 kV และพิกัดอุณหภูมิถึง +90°C
• ปลายกระบอกที่เอียงภายในช่วยให้การใส่ตัวนำง่ายขึ้น
• หน้าต่างการตรวจสอบเพื่อให้แน่ใจว่าการแทรกสมบูรณ์
• ตัวเครื่องทองแดงบริสุทธิ์ 99.9% พร้อมการชุบดีบุกเพื่อป้องกันการกัดกร่อน

รูปที่ 4: Compression lugs แบบนี้สามารถใช้สำหรับการเชื่อมต่อไฟฟ้าและกราวด์ในระบบ PV ระดับสาธารณูปโภค (ที่มาของภาพ: Panduit)

คลิปและความสัมพันธ์

นอกจากการเดินสายไฟแล้ว การติดตั้ง PV ระดับยูทิลิตี้อาจรวมการเดินสายไฟหลายไมล์สำหรับฟังก์ชันการควบคุมและการตรวจสอบ หากไม่ได้ระบุและติดตั้งอย่างถูกต้อง คลิปรัดสายเคเบิลที่ใช้สำหรับการจัดการสายเคเบิลอาจลดความน่าเชื่อถือของระบบ และเพิ่มต้นทุนการติดตั้งและการดำเนินงาน คลิปหนีบสายไฟสำหรับใช้งานทั่วไปไม่ได้ออกแบบมาสำหรับการสัมผัสกับแสงแดดและสภาพอากาศกลางแจ้งเป็นเวลานาน หากใช้ในการติดตั้ง PV คลิปและสายรัดพลาสติกที่ไม่ทนต่อรังสีอัลตราไวโอเลต (UV) สำหรับวัตถุประสงค์ทั่วไปอาจเปราะบางและจำเป็นต้องเปลี่ยนเป็นประจำ นอกจากนี้ การสัมผัสกับเกลือยังสามารถกัดกร่อนคลิปโลหะ ทำให้ขอบสังกะสีของแผงเซลล์แสงอาทิตย์เสียหายได้ ในทั้งสองกรณี ค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษาอาจเพิ่มขึ้นอย่างมาก และความน่าเชื่อถืออาจลดลงได้

แทนที่จะใช้คลิปและสายรัดอเนกประสงค์ ผู้ออกแบบระบบ PV สามารถหันไปใช้สายรัดเคเบิลแบบคลิปขอบเหมือนรุ่นดังกล่าวได้CMSA12-2S-C300 จาก Panduit ซึ่งทำจากไนลอน 6.6 ที่ทนความร้อนและคลิปโลหะชุบซิงค์ และผ่านการทดสอบตามมาตรฐาน IEC 61215 สำหรับการติดตั้ง PV กลางแจ้ง (รูปที่ 5) คุณสมบัติเพิ่มเติม ได้แก่

• ระดับการติดไฟ UL94V-2
• ระดับการทำงานต่อเนื่องตั้งแต่ -60°C ถึง +115°C
• ตรงตามข้อกำหนดการป้องกันอัคคีภัย EN45545-2 ตามเกณฑ์การจำแนกประเภท R22:HL3 และ R23:HL3
• ระยะเวลาที่สามารถทนต่อ UV อยู่ที่ 7 ถึง 9 ปี

รูปที่ 5: เข็มขัดรัดสายไฟแบบคลิปหนีบขอบนี้มีไนลอน 6.6 ที่ทนทานต่อสภาพอากาศและคลิปเหล็กชุบซิงค์เพื่อให้มั่นใจในความน่าเชื่อถือสูงในสภาวะกลางแจ้งที่รุนแรง (ภาพ: Panduit)

เข็มขัดรัดสายไฟแบบคลิปหนีบขอบเหล่านี้ติดตั้งชุดสายไฟที่ปลอดภัยโดยไม่ต้องใช้กาวหรือเจาะ มีการประกอบล่วงหน้าด้วยเข็มขัดรัดสายไฟและคลิปที่สามารถติดตั้งเข้ากับขอบแผงที่มีความหนาตั้งแต่ 0.7 มม. (มม.) ถึง 3 มม. ขึ้นอยู่กับรุ่น คลิปโลหะช่วยให้จับได้แน่นและสามารถติดตั้งได้ด้วยมือโดยไม่ต้องใช้เครื่องมือ

ได้รับการออกแบบมาสำหรับการติดตั้งอย่างรวดเร็ว เมื่อเทียบกับเครื่องผูกติดซิปแบบดั้งเดิมที่ใช้เวลาประมาณ 21 วินาทีในการติดตั้ง คลิปหนีบขอบเหล่านี้สามารถติดตั้งได้ภายใน 11 วินาที ซึ่งช่วยประหยัดเวลาได้ 10 วินาทีต่อคลิป ที่เพิ่มขึ้น ในการติดตั้ง PV ระดับสาธารณูปโภคทั่วไปที่มีแผง PV 2,900 แผงต่อเมกะวัตต์และคลิป 3 คลิปต่อแผง สามารถประหยัดแรงงานได้ 24.17 ชั่วโมง หรือ 47% (50.75 ชั่วโมงในการติดตั้งสายรัดแบบธรรมดา เทียบกับ 26.58 ชั่วโมงในการติดตั้งคลิปรัดขอบสายไฟพลังงานแสงอาทิตย์ของ Panduit) (รูปที่ 6)

รูปที่ 6: การใช้คลิปยึดสายไฟพลังงานแสงอาทิตย์สามารถลดเวลาการติดตั้งลงได้ 47% (ที่มาของภาพ: Panduit)

การให้บริการ PV ระดับกริด

เมื่อให้บริการติดตั้ง PV ระดับกริด โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อให้บริการสายไฟจ่ายไฟ จำเป็นต้องมีการทดสอบการตรวจสอบแรงดันไฟฟ้าตามกฎระเบียบด้านความปลอดภัยเพื่อตรวจสอบว่าไม่มีแรงดันไฟฟ้าที่เป็นอันตราย ตัวอย่างเช่น กฎข้อบังคับสมาคมป้องกันอัคคีภัยแห่งชาติ (NFPA) NFPA-70E กำหนดให้มีการตรวจสอบว่ามีไฟฟ้าแรงสูงภายในตู้อุปกรณ์หรือไม่ ก่อนที่เจ้าหน้าที่ซ่อมบำรุงจะสามารถทำงานใด ๆ ภายในตู้ได้ การทดสอบการขาดแรงดันไฟฟ้า (AVT) โดยใช้เครื่องมือทดสอบแบบพกพาแบบมือถือนั้นซับซ้อน เต็มไปด้วยความไม่ถูกต้องที่เป็นไปได้ และใช้เวลานาน VeriSafe AVT จาก Panduit นำเสนอโซลูชันอัตโนมัติที่ทดสอบแรงดันไฟฟ้าอันตรายภายในตู้อุปกรณ์ก่อนเปิดประตู การใช้โซลูชันการทดสอบอัตโนมัติก่อให้เกิดประโยชน์หลายประการ ได้แก่

• ความน่าเชื่อถือช่วยเพิ่มความปลอดภัยและลดความเสี่ยง
• ความเรียบง่ายช่วยเพิ่มผลผลิตและรับรองการปฏิบัติตามกฎระเบียบด้านความปลอดภัย
• ความยืดหยุ่นช่วยเพิ่มการใช้งาน

VeriSafe AVTs เช่นเดียวกับรุ่น VS-AVT-C02-L03 ประกอบด้วยองค์ประกอบหลายอย่าง รวมถึงโมดูลแยกที่ติดตั้งภายในตู้และเชื่อมต่อเซ็นเซอร์สำรองที่นำไปสู่บริเวณไฟฟ้าแรงสูง ตลอดจนสายกลางและสายกราวด์ โมดูลแยกเชื่อมต่อกับโมดูลไฟแสดงสถานะที่ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่อย่างแน่นหนา ซึ่งจะมองเห็นได้เมื่อปิดประตูตู้และสายเคเบิลที่เชื่อมต่อโมดูลทั้งสอง (รูปที่ 7)

รูปที่ 7: ระบบ AVT ประกอบด้วยสายเคเบิลระบบ (ซ้าย) โมดูลไฟแสดงสถานะ (ตรงกลาง) และโมดูลแยกพร้อมสายเซนเซอร์ (ขวา) (ที่มาของภาพ: Panduit)

เมื่อเริ่มการทดสอบโดยใช้ระบบ VeriSafe AVT ปุ่มทดสอบบนโมดูลตัวบ่งชี้จะถูกกด และระบบจะทำการทดสอบตัวเอง ไฟ LED สีแดงและการหยุดการทดสอบบ่งชี้ว่าการทดสอบตัวเองล้มเหลว หากผ่านการทดสอบตัวเอง โมดูลแยกจะทดสอบแรงดันไฟฟ้าและความผิดพลาดของกราวด์ ขั้นตอนสุดท้ายคือให้ AVT ทำการทดสอบตัวเองครั้งที่สอง เฉพาะเมื่อผ่านการทดสอบตัวเองครั้งที่สองและไม่มีแรงดันไฟฟ้า AVT จะระบุว่าปลอดภัยสำหรับบุคลากรในการเปิดตู้และทำงานในระบบ

สรุป

ส่วนประกอบ BOS คิดเป็นเปอร์เซ็นต์ที่เพิ่มขึ้นของต้นทุนการติดตั้ง PV ระดับสาธารณูปโภค การจัดการสายเคเบิลเป็นส่วนสำคัญของการออกแบบ BOS และการเลือกแคลมป์รัดสายไฟที่เหมาะสมที่สุด ตัวดึงสายไฟและกราวด์ และการรัดสายเคเบิลแบบคลิปหนีบขอบสามารถเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานและความปลอดภัยของการติดตั้งเหล่านั้นได้อย่างมาก การเพิ่มการทดสอบแรงดันไฟฟ้าที่ไม่มีการทดสอบอัตโนมัติช่วยสนับสนุนกิจกรรมการบำรุงรักษาอย่างต่อเนื่อง เพิ่มความปลอดภัยและลดต้นทุนการดำเนินงาน

อ้างอิง:

1. ต้นทุนการผลิตไฟฟ้าหมุนเวียนในปี 2562 สำนักงานพลังงานทดแทนระหว่างประเทศ