Tiêu chuẩn điện quốc gia Hoa Kỳ (NEC) là bộ quy tắc được ban hành và thường xuyên thay đổi bởi Hiệp hội Phòng cháy chữa cháy Hoa Kỳ (NFPA), hay còn được gọi là NFPA 70.
Ngành năng lượng mặt trời cần đặc biệt chú ý đến những thay đổi trong một phần của bộ luật 2023 – mục 690.12. Phần liên quan đến Rapid Shutdown đã thay đổi đáng kể trong một số phiên bản NEC vừa qua. Phiên bản 2023 cũng có một số thay đổi nhỏ nhưng khá quan trọng.
Những thay đổi về Rapid Shutdown năm 2023
So với phiên bản năm 2020, những thay đổi trong phần này của năm phiên bản 2023 là không đáng kể. Trọng tâm là làm rõ và biên tập lại nội dung để đặt ra yêu cầu cắt nhanh Rapid Shutdown ở một địa điểm.
- Cho phép các cấu trúc che nắng cho bãi đậu xe, nhà để xe, giàn năng lượng mặt trời và các cấu trúc tương tự không bắt buộc phải tuân thủ 690.12 vì lính cứu hỏa thường không thực hiện các hoạt động trên mái của các cấu trúc loại này
- Cho phép các mạch hệ thống PV có nguồn gốc từ các chuỗi không gắn vào các tòa nhà, được lắp đặt theo mục 230.6, không được coi là dây điều khiển theo mục đích của 690.12.
- Xóa bỏ Option (3) bên trong ranh giới chuỗi vì các hệ thống này phải được đánh giá theo UL 3741.
- Các yêu cầu về đánh dấu Rapid Shutdown từ 690.56(C) đã được chuyển sang 690.12(D), bao gồm những thay đổi nhỏ trong các yêu cầu về đánh dấu.
Xuất phát từ thực tế lo ngại về cháy nổ do phát sinh số lượng lớn đầu nối MC4 và thiết bị điện tử Rapid Shutdown trên mái, NEC code 2023 cho phép lựa chọn đáp ứng UL 3741 là hướng đi trong tương lai, mặc dù các tùy chọn cấp module đã được cho phép trong luật. Nhờ đó:
- Tránh số lượng lớn các điểm kết nối bổ sung và các đầu nối PV không khớp.
- Loại bỏ nhiễu của các thiết bị cắt nhanh Rapid Shutdown và phát hiện lỗi hồ quang.
- Loại bỏ những lo ngại về độ tin cậy do số lượng linh kiện điện tử tăng nhanh trong môi trường cực kỳ khắc nghiệt.
- Có phương pháp quản lý dây và bảo vệ dây tốt hơn, tuân thủ UL 3741 nhằm giảm nguy cơ xảy ra lỗi và khả năng xảy ra hiện tượng nhiệt.
Sự cố với Rapid Shutdown ở cấp độ mô-đun
Thiết bị năng lượng mặt trời, chẳng hạn như bộ biến tần và tủ DC, là những thiết bị công nghệ lâu đời được lắp đặt trong hơn hai thập kỷ, trong khi thiết bị điện tử công suất cấp mô-đun (MLPE) vẫn còn khá mới mẻ trong ngành. MLPE yêu cầu nhiều thành phần và điểm kết nối hơn đáng kể trong hệ thống PV, điều này có thể gây ra sự cố vì tất cả các thành phần riêng lẻ này phải được tích hợp đúng cách để hoạt động chính xác. Một số ví dụ về những vấn đề này là sự can thiệp do MLPE gây ra và khả năng phát hiện lỗi hồ quang để phát hiện hồ quang đúng cách, cũng như các lỗi lắp đặt như đầu nối không khớp hoặc không được ghép nối hoàn toàn. Khi số lượng thành phần và điểm kết nối tăng lên, những loại sự chứng này dễ xảy ra hơn.
Nhiễu điện do các bộ phận bổ sung tạo ra có thể được hiểu là sự cố hồ quang và gây ra sự cắt sai hoặc cắt không mong muốn. Mặt khác, MLPE cũng có thể ngăn chặn việc phát hiện lỗi hồ quang bằng cách lọc, che giấu hoặc làm giảm các sự kiện hồ quang thực.
Hình 1 minh họa cho ví dụ về một chuỗi có năm mô-đun và số lượng điểm kết nối bị ảnh hưởng như thế nào khi có và không có thiết bị tắt cấp mô-đun (MLSD).
Ngay cả một chuỗi chỉ có năm mô-đun, viết tắt của biến tần chuỗi, cũng sẽ có số điểm kết nối nhiều hơn gấp đôi (2,6 lần) so với giải pháp tích hợp mô-đun hoặc hệ thống PV sử dụng UL 3741, Tiêu chuẩn về An toàn PV Kiểm soát mối nguy hiểm . UL 3741 cung cấp tùy chọn kiểm soát mối nguy hiểm PV mà không cần sử dụng MLPE.
Hình 2 minh họa số lượng điểm kết nối trong hệ thống PV là hàm của số lượng mô-đun có và không có MLSD. Sự gia tăng mạnh mẽ các điểm kết nối với MLSD là điều đáng báo động. Thực hành lắp đặt không đúng cách, chẳng hạn như thiếu nắp chống bụi, khiến các đầu nối PV lộ ra ngoài và dễ bị bụi và oxy hóa khi quá trình lắp đặt không được hoàn thành kịp thời.
Mỗi linh kiện điện tử bổ sung được lắp đặt trong môi trường khắc nghiệt trên mái nhà đều làm tăng nguy cơ hỏng hóc.
Với giả định dựa trên nghiên cứu của Warranty Week rằng tỷ lệ hỏng hóc liên tục hàng năm của một bộ phận là 0,075% (750 phần triệu (ppm)) và 4.000 bộ phận được sử dụng trong một hoặc nhiều hệ thống PV, ba lần hỏng hóc mỗi năm hoặc 45- Có thể xảy ra 60 sự cố trong vòng đời hệ thống PV 15-20 năm. Bảng 1 liệt kê các ví dụ về tỷ lệ thất bại đối với các kích cỡ hệ thống khác nhau và nhiều hệ thống.
Ngay cả khi lỗi của một MLSD không ảnh hưởng đến toàn bộ chuỗi thì việc loại bỏ các mô-đun hiện có và MLSD bị lỗi rồi thay thế nó sẽ tốn nhiều công sức. Điều này cũng có thể tạo ra các sự cố mới do ngắt kết nối, kiểm tra và kết nối lại từng thành phần hệ thống trong quá trình khắc phục sự cố hoặc do sự sẵn có của các thành phần tương thích sau 10 năm nữa.
Giả định tỷ lệ hư hỏng hàng năm không đổi là sự đơn giản hóa và bỏ qua những hư hỏng ban đầu của các bộ phận. Khi những yếu tố này được đưa vào, nó sẽ làm tăng số lượng thất bại đáng kể.
Lịch sử của mục 690.12
Mục 690.12 tạo ra nhằm giảm nguy cơ điện giật bắt nguồn từ các mạch hệ thống PV trên các tòa nhà dành cho lính cứu hỏa. Điều này không bao gồm trình cài đặt trong quá trình cài đặt và bảo trì!
Mục 690.12 được giới thiệu lần đầu tiên trong phiên bản năm 2014 và đã được sửa đổi nhiều lần. Phiên bản 2014 chỉ có yêu cầu nằm ngoài ranh giới mảng, nhưng thuật ngữ này không được đưa vào trong phiên bản này.
Trong phiên bản 2017, các yêu cầu bổ sung về bên trong ranh giới mảng đã được đưa ra. Phiên bản này bao gồm ba phương pháp để tuân thủ các yêu cầu về ranh giới bên trong mảng, tuy nhiên phương pháp duy nhất hiện có vào thời điểm đó là sử dụng MLPE. Cả hai yêu cầu bên trong và bên ngoài ranh giới mảng phải được đáp ứng.
Mối liên kết trực tiếp với UL 3741, Tiêu chuẩn về Kiểm soát Nguy hiểm Quang điện An toàn, đã được bổ sung trong phiên bản 2020. UL 3741 được xuất bản vào ngày 8 tháng 12 năm 2020 và cung cấp các phương pháp phân tích và giảm thiểu mối nguy hiểm cho lính cứu hỏa hoạt động bên trong ranh giới mảng.
UL 3741 cung cấp hai phương pháp hoặc kết hợp cả hai để giảm thiểu nguy hiểm cho lính cứu hỏa. Một phương pháp là giới hạn điện áp bên trong ranh giới mảng ở mức không tạo ra dòng điện nguy hiểm chạy qua cơ thể lính cứu hỏa. Cách thứ hai là để giảm nguy cơ xảy ra sự cố do tương tác của lính cứu hỏa và/hoặc giảm nguy cơ xảy ra bất kỳ sự cố thứ cấp nào gây ra dòng điện chạy qua cơ thể của lính cứu hỏa.
Ngoài ra, UL 3741 giúp mảng PV an toàn hơn nhờ hướng dẫn lắp đặt chi tiết và được cải tiến, vật liệu và phương pháp được xác định cũng như thực hiện phân tích rủi ro. Những phương pháp này và việc giảm số lượng thành phần cũng như điểm kết nối góp phần tạo nên một hệ thống an toàn và đáng tin cậy hơn.
Nguồn: Solar Power World
https://www.solarpowerworldonline.com/2024/01/2023-code-changes-rapid-shutdown-requirements/