Como um instalador solar cortou falhas no circuito CC em 62% com MCBs CC

Um empreiteiro de EPC e O&M solar que opera 60 MW de painéis comerciais montados em telhados e pequenos painéis montados no solo em todo o Arizona e Nevada substituiu a proteção de cadeia CC baseada em fusíveis por disjuntores miniatura CC Soutya em 210 gabinetes combinadores. O tempo de inatividade relacionado a falhas caiu 62% e o retrofit se pagou em menos de sete meses.

Histórico do cliente: quem realizou a atualização da proteção DC?

O cliente é uma empresa de engenharia, aquisição e construção solar com uma divisão interna de operações e manutenção. O número de funcionários é de 120. A frota cobre 60 MW em 340 sistemas comerciais em telhados e seis matrizes montadas em solo no Arizona, Nevada e no sul de Utah. Os proprietários de activos incluem cadeias retalhistas, operadores de câmaras frigoríficas e duas empresas de serviços públicos municipais.

O tamanho da frota cresceu 40% em 18 meses, enquanto o pessoal de O&M permaneceu estável. Os contratos de serviço prevêem uma janela de resposta de 48 horas para falhas que afetem a produção, com penalidades associadas a janelas perdidas.

Que problemas a proteção DC existente criou?

Cada caixa combinadora protegia de 12 a 16 strings com fusíveis de 15 A e 20 A DC. Esse arranjo produziu três problemas recorrentes.

• O diagnóstico demorou mais que o reparo.Um fusível queimado não diz nada sobre qual fio o causou. As equipes isolaram todo o combinador e testaram as cordas, uma de cada vez, com uma pinça amperimétrica. O tempo médio para isolar uma string com falha foi de 74 minutos e eram necessários dois técnicos em cada chamada.
• As peças sobressalentes se multiplicaram.Doze SKUs de fusíveis viajaram nos caminhões para cobrir classificações de tensão, classificações de amperagem e tipos de suporte, com gastos anuais de US$ 26.400.
• O tempo de inatividade se acumulou.As interrupções em série removeram 1.480 MWh de geração em toda a frota em um ano, no valor de cerca de US$ 77.000 a taxas contratadas, e geraram 620 visitas não programadas de caminhões a US$ 310 cada.

O granizo na área metropolitana de Phoenix durante uma primavera produziu 90 falhas de fusíveis em uma semana. As equipes trabalharam durante o fim de semana e dois proprietários de ativos apresentaram créditos de serviço na janela de resposta.

Por que escolher os disjuntores miniatura Soutya DC?

A equipe de engenharia comparou quatro caminhos. O monitoramento em nível de string com os fusíveis existentes acarretava um custo de capital acima de US$ 900 por combinador. A indicação de porta-fusíveis resolveu o diagnóstico, mas manteve o inventário de fusíveis e o tempo de inatividade. Os disjuntores CC em caixa moldada excederam a profundidade dos gabinetes existentes, o que significou novas caixas e novas bases de concreto nos locais de montagem no solo.

O disjuntor miniatura Soutya DC combinava com o gabinete e o fluxo de trabalho em quatro pontos:

• Operação reinicializável com um indicador de desarme visível, para que um técnico identifique a cadeia com falha imediatamente.
• Um trilho DIN de dois pólos que se encaixa no trilho existente de 35 mm sem alterações no gabinete.
• Uma câmara de arco específica para DC com placas divisoras. A corrente contínua não tem zero de corrente natural, portanto a extinção do arco depende da geometria da câmara e da velocidade de disparo do que de um cruzamento por zero.
• Uma faixa de amperes de 6 A a 63 A que cobria toda a frota com três SKUs em vez de doze.

As classificações foram verificadas em relação à IEC 60947-2 e à listagem do combinador, incluindo classificação de tensão CC, capacidade de interrupção e marcação de polaridade.

Como o lançamento do DC MCB foi implementado?

O projeto durou 14 semanas em dois estados.

1. Auditoria de frota (semanas 1–3).As equipes registraram contagens de strings, tensão de circuito aberto, corrente operacional, dimensões do gabinete e temperatura ambiente interna em cada combinador.
2. Especificação e validação de bancada (semanas 4–6).Vinte unidades foram testadas em um conjunto de 1,2 MW com imagens térmicas durante o pico de irradiância, além de verificação de disparo nos limites CC do inversor.
3. Piloto em três locais (semanas 7–9).As equipes de campo cronometraram o procedimento de reinicialização e registraram todos os eventos de viagem.
4. Lançamento da frota em duas ondas (semanas 10–13).O trabalho ocorreu dentro de janelas de manutenção programada, portanto nenhuma geração foi perdida no retrofit.
5. Documentação e peças de reposição (semana 14).Diagramas unifilares, especificações de torque e rotulagem foram atualizados e cada caminhão recebeu um kit de peças sobressalentes padronizado.

O momento difícil.Dois combinadores do piloto dispararam entre 13h e 15h em dias claros. A corrente da string mediu 8,6 A contra um disjuntor de 10 A dentro de um gabinete com temperatura ambiente interna de 68°C. A redução térmica dentro da caixa empurrou a capacidade efetiva abaixo da saída da string. A solução foi aumentar essas posições para disjuntores de 16 A e adicionar uma abertura de ventilação de 20 mm dentro da porta do gabinete, após o que os locais funcionaram por oito semanas sem viagens incômodas.

O que a mudança para DC MCBs proporcionou em números?

• Visitas não programadas de caminhões: 620 a 260 por ano, uma redução de 58%, economizando US$ 111.600 em mão de obra e custos de veículos.
• Geração perdida devido a cortes de energia: 1.480 MWh para 562 MWh por ano, queda de 62%, recuperando cerca de US$ 47.800 em receita contratada.
• Tempo médio para isolar uma string com falha: 74 minutos a 22 minutos, queda de 70%.
• Gastos anuais com componentes de proteção: US$ 26.400 a US$ 17.400, queda de 34%.
• Economia total identificada: US$ 187.000 por ano contra um custo de modernização próximo de US$ 96.000, um retorno em menos de sete meses.

O perfil de segurança da tripulação também mudou. A substituição do fusível sob carga desapareceu do procedimento padrão, e a instrução de trabalho com classificação CC para uma falha de string agora é um bloqueio, uma verificação visual e um reset.

O que o cliente diz sobre o projeto?

“Uma falha na cadeia costumava significar dois técnicos, um kit de fusíveis e quase uma tarde”, disse o diretor de O&M. "Agora, um técnico abre o gabinete, lê o disjuntor desarmado, repara a corda e a reinicia. As chamadas à tarde caíram pela metade no primeiro mês."

O chefe de engenharia acrescentou: "A auditoria era a parte que importava. O dimensionamento dos disjuntores para o ambiente do gabinete, em vez da corrente da string da placa de identificação, foi o que evitou os disparos incômodos."

O que outros EPCs e proprietários de ativos podem aprender com este projeto?

• Tamanho para a caixa, não para a folha de dados.A temperatura ambiente interna em um gabinete de telhado pode ficar 25°C acima do ar externo e desclassificar um disjuntor bem abaixo de sua classificação na placa de identificação.
• Pilote no local mais quente e com maior irradiação.Um único teste em clima frio esconde o comportamento térmico que cria viagens incômodas em julho.
• Trate o tempo de diagnóstico como a principal economia.As peças de reposição proporcionaram um terço da economia; a localização mais rápida da falha entregou o resto.
• Reflexão.A equipe iniciaria a auditoria antes da estação do granizo e negociaria um kit de modernização pré-montado com o fornecedor do gabinete, uma mudança no valor de US$ 12 por gabinete em mão de obra de instalação.

Referências

• IEC 60947-2:2019, Equipamento de manobra e controle de baixa tensão - Parte 2: Disjuntores.webstore.iec.ch/publication/62482
• UL 1699B:2018, Proteção de circuito de falha de arco CC fotovoltaico (PV).shopulstandards.com/ProductDetail.aspx?productId=UL1699B
• Estudo de Simulação do Processo de Movimento do Arco de Disjuntores Miniatura DC.doi.org/10.1063/5.0174184

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As especificações e classificações de amperagem do disjuntor miniatura DC Soutya estão disponíveis no siteDisjuntor miniatura DCpágina do produto.