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Installation



Warum ist Lichtbogenerkennung so wichtig in PV-Anlagen?

- in den Modulen des PV-Generators wird bei Licht- bzw. Sonnenlichteinfall permanent Leistung erzeugt mit Spannungen bis 1000V Leerlaufspannung der in Serie liegenden Module, es treten Spannungsabfälle an Leitungen, Bauteilen (z.B. Stringdioden/ Bypass-Dioden) und Steck-Verbindungen auf, zusätzlich entstehen Übergangswiderstände durch schlechte Isolation, Alterungseffekte und vieles mehr.
- klimatische Einflüsse wie Temperatur, Feuchtigkeit, UV-Einstrahlung und andere bedeuten dauerhaften Stress für Kontaktmaterialien mit der Folge von Korrosion und sich erhöhendem Kontaktübergangswiderstand
- auf Bauernhöfen können Ammoniakgase zusätzlich die Korrosion von Kontaktmaterialien erhöhen mit der Folge schnellerer Lichtbogen-Ausbildung
- bei Auftreten eines Lichtbogens entsteht ein sehr helles Licht mit der Gefahr der Verblitzung der Augen sowie durch das Plasma Temperaturen von etwa 3000 Grad Celsius, was bei vielen Materialien sofort zum Brand führt mit entsprechenden Folgeschäden durch Abtropfen, Funkenflug und ähnlichem.
- besonders ältere Solaranlagen sind betroffen von erhöhten Kontaktübergangswiderständen und Isolationsfehlern in der Verkabelung und den Verbindungselementen
- die Erkennung entstehender Lichtbögen kann Brände verhindern, indem der Lichtbogen durch Unterbrechung der Energiezufuhr durch Auftrennung/Kurzschluss des Strings gelöscht wird, oder durch die definierte Abschaltung jedes einzelnen Moduls, wie es durch die „PV SAFETY BOX“ vorteilhaft realisierbar ist.
- je nach Größe des PV-Generators sollte die Überwachung mehrerer Strings unabhängig voneinander in nur einer Box zusammengefasst werden können
Die Box NEWTOS AM1 bietet eine preiswerte und kompakte Lösung zur Erkennung von Lichtbögen. Es wurde eine kleine Box entwickelt, welche in ihrem Inneren Platz für bis zu 5 Steckkarten bietet, auf diesen befindet sich die Elektronik zur Lichtbogenerkennung.

Diese Steckkarten bzw. Tochterkarten werden auf ein Mutterbord gesteckt. Bei diesem modularen Konzept werden nur so viele Tochterkarten bestückt, wie zu überwachende Strings vorhanden sind, damit ergibt sich ein kostengünstiges, flexibles System. Zusätzlich zu den LED für das Anzeigen von Lichtbögen je String ist auch ein zu- und abschaltbarer Tongeber vorgesehen, der bei Auftreten/Erkennen eines Lichtbogens in mindestens einem der Strings einen Intervall-Ton abgibt. Der betroffene String ist durch die zugeordnete gelbe LED einwandfrei zu identifizieren.

Diese neuartige Box enthält einen Reset (grün)-und Prüf (rot) -Taster, ein Steckernetzteil mit weitem AC-Eingangsbereich (100-240VAC) zur Verwendung im Inneren von Gebäuden und Kabeldurchführungen zur Durchführung bis zu 5 voneinander unabhängigen Solar/String-Leitungen positiver oder negativer Polarität. Ferner befindet sich ein Mutterbord in der Box, auf welchem bis zu fünf Tochterkarten im rechten Winkel zur Mutterplatine steckbar sind. Als Option ist ein Weitbereichsnetzteil für den Einsatz im Freien erhältlich. Auch eine Versorgung durch Hutschienen-Netzteile oder direkt vom Wechselrichter oder anderen Quellen ist möglich.
Jeder Kanal/jede Stringüberwachung wird seriell zwischen Generator und Wechselrichter an beliebiger Stelle z.B. der Plus-Leitung geschaltet, vorzugsweise in der Nähe des Wechselrichters. Die Zuordnung String-Wechselrichter ist beliebig, da jedes Tochterbord eine echte galvanische Trennung zwischen Solarstrompfad und Auswerte-Elektronik beinhaltet. Eine grüne LED auf jedem Tochterbord, sichtbar durch den transparenten Deckel der Box, zeigt die Messbereitschaft an, eine gelbe LED auf jedem Tochterbord leuchtet bei Erkennen eines Lichtbogens auf und bleibt aktiviert, bis per Reset-Taster oder externem Reset-Signal die gelbe LED wieder erlischt. Wichtig: bei Betätigung des Reset-Tasters oder Zuführung eines externen Reset-Signals werden alle Tochterkarten gleichzeitig rückgesetzt.
Auf dem Mutterbord befinden sich diverse Anschlussklemmen für die potentialfreien Kontakte der Relais mit je einer Wechselfunktion (1-0-2), für ein gemeinsames Rücksetz- und Prüfsignal intern und extern sowie für die Spannungsversorgung mit 24VDC vom Steckernetzteil oder anderen Quellen. Die Relaiskontakte sind universal zu nutzen: zu können

so lassen sich damit bei Erkennen von Lichtbögen der String vom Wechselrichter trennen, ggf. kurzschließen oder vorteilhaft jedes Modul einzeln abschalten durch Verwendung der „PV SAFETY

BOX“ in den Modulen. Dadurch werden sowohl serielle als auch parallele Lichtbögen sicher zum Erlöschen gebracht. Der Anschluss von externen Kabeln in der Box geschieht über Kabeldurchführungen mit Schutzklasse IP65 oder besser. Jedes Relais hat ein Fail-Safe-Verhalten: selbst bei Ausfall der Box-Versorgung bleibt der aktuelle Zustand der Kontakte (Alarm oder Reset) dauerhaft erhalten. Dies kann verhindern, dass ein Motorschalter die Solaranlage nach einem Alarm wieder aktiviert, nachdem das Relais während des Spannungsausfalls abgefallen ist.
Wenn die Versorgungsspannung angelegt bzw. das mitgelieferte Steckernetzteil in die Steckdose gesteckt ist, leuchten nach wenigen Sekunden die grünen LED der eingesteckten Steckkarten auf und zeigen

so die Einsatzbereitschaft an. Nach Durchführung der zu überwachenden Solarkabel durch die Kabeldurchführungen des Gehäuses und durch die Ringkernspule des jeweiligen Tochterbords ist die Box bereit zum Abgleich/Optimierung der Lichtbogenerkennung.

Dazu wird an den Messpunkten MP0 (schwarz, entspricht GND) und MP2(rot) ein Voltmeter angeschlossen, und mit dem Potentiometer P1 ein Wert von ca. 0,11VDC (Einstellung sollte bei optimaler Sonneneinstrahlung erfolgen) für eine lichtbogenfreie Anlage eingestellt. Dies dient zur Kompensation eventueller Störgrößen in der Solaranlage und sollte für jeden Kanal/String einzeln durchgeführt werden.

Zum Test der Lichtbogen-Sensoren gemäß UL1699B ist der rote Taster am Gehäuse zu drücken oder ein externes Testsignal (Schluss zwischen Klemme CC5 und CC6 herstellen) anzuschließen. Die gelben LED aller Tochterkarten müssen aufleuchten und können anschließend durch Drücken des grünen Reset-Tasters für ca. 2s wieder gelöscht werden.
Bei Erkennen eines Lichtbogens leuchtet die gelbe LED des betroffenen Strings auf, gleichzeitig schaltet das zugeordnete Relais und ein Intervall-Ton ertönt, falls aktiviert. Erkannt werden sowohl serielle als auch parallele Lichtbögen.

Eine Unterscheidung ist möglich, wenn gleichzeitig mit dem Erkennen des Lichtbogens z.B. die Höhe der Stringspannung am Inverter-Eingang überwacht wird: bricht diese bei Auftreten des Lichtbogens auf nahe Null Volt zusammen, so handelt es sich in der Regel um einen parallelen Lichtbogen.
LED, Relais und Intervall-Ton bleiben aktiv, bis der Reset-Taster (grün) für mindestens 2 Sekunden gedrückt wurde oder für mindestens 2 Sekunden ein externes Reset-Signal angelegt wurde. Test Taster (rot).
Der Tongeber kann durch einen kleinen Schalter (S1) auf dem Mutterbord zu- und abgeschaltet werden.

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