Cómo un instalador solar redujo las fallas del circuito de CC en un 62 % con MCB de CC

Un contratista de EPC y operación y mantenimiento solar que administra 60 MW de conjuntos comerciales de techo y pequeños montajes en tierra en Arizona y Nevada reemplazó la protección de cadena de CC basada en fusibles con disyuntores miniatura de CC de Soutya en 210 gabinetes de combinadores. El tiempo de inactividad relacionado con fallas se redujo un 62 % y la modernización se amortizó sola en menos de siete meses.

Antecedentes del cliente: ¿Quién asumió la actualización de la protección de CC?

El cliente es una empresa de ingeniería, adquisición y construcción de energía solar con una división interna de operaciones y mantenimiento. La plantilla asciende a 120 personas. La flota cubre 60 MW en 340 sistemas comerciales de techo y seis conjuntos de montaje en suelo en Arizona, Nevada y el sur de Utah. Los propietarios de activos incluyen cadenas minoristas, operadores de almacenamiento en frío y dos servicios públicos municipales.

El tamaño de la flota creció un 40 % en 18 meses, mientras que el personal de operación y mantenimiento se mantuvo estable. Los acuerdos de servicio contemplan un período de respuesta de 48 horas para fallas que afectan la producción, con sanciones asociadas a los períodos incumplidos.

¿Qué problemas creó la protección de CC existente?

Cada caja combinadora protegía de 12 a 16 cadenas con fusibles de 15 A y 20 A CC. Ese acuerdo produjo tres problemas recurrentes.

• El diagnóstico tardó más que la reparación.Un fusible fundido no dice nada sobre qué cadena lo causó. Los equipos aislaron todo el combinador y luego probaron las cuerdas una por una con una pinza amperimétrica. El tiempo medio para aislar una cadena con fallas fue de 74 minutos y se necesitaron dos técnicos en cada llamada.
• Los repuestos se multiplicaron.Doce SKU de fusibles viajaban en los camiones para cubrir las clasificaciones de voltaje, amperaje y tipos de soporte, con un gasto anual de $26,400.
• El tiempo de inactividad se acumuló.Los cortes de cadena eliminaron 1.480 MWh de generación en toda la flota en un año, con un valor aproximado de 77.000 dólares a las tarifas contratadas, y provocaron 620 recorridos de camiones no programados a 310 dólares cada uno.

El granizo en el área metropolitana de Phoenix durante una primavera produjo 90 fallos de fusibles en una semana. Los equipos trabajaron durante el fin de semana y dos propietarios de activos presentaron créditos de servicio en el plazo de respuesta.

¿Por qué elegir los disyuntores miniatura de CC de Soutya?

El equipo de ingeniería comparó cuatro caminos. El monitoreo a nivel de cadena con los fusibles existentes conllevaba un costo de capital superior a $900 por combinador. Los portafusibles indicadores resolvieron el diagnóstico pero mantuvieron el inventario de fusibles y el tiempo de inactividad. Los disyuntores de CC de caja moldeada excedieron la profundidad de los gabinetes existentes, lo que significó nuevas cajas y nuevas plataformas de concreto en los sitios de montaje en el suelo.

El disyuntor miniatura de CC de Soutya coincidía con la carcasa y el flujo de trabajo en cuatro puntos:

• Operación reiniciable con un indicador de disparo visible, para que un técnico identifique la cadena defectuosa a la vista.
• Una huella de riel DIN de dos polos que cae en el riel existente de 35 mm sin cambios en la carcasa.
• Una cámara de arco específica para CC con placas divisorias. La corriente continua no tiene cero de corriente natural, por lo que la extinción del arco depende de la geometría de la cámara y la velocidad de disparo que de un cruce por cero.
• Una gama de amperios de 6 A a 63 A que cubría toda la flota con tres referencias en lugar de doce.

Las clasificaciones se compararon con IEC 60947-2 y la lista del combinador, incluida la clasificación de voltaje de CC, el poder de corte y el marcado de polaridad.

¿Cómo se implementó la implementación de DC MCB?

El proyecto duró 14 semanas en dos estados.

1. Auditoría de flota (semanas 1 a 3).Los equipos registraron recuentos de cadenas, voltaje de circuito abierto, corriente de operación, dimensiones del gabinete y temperatura ambiente interna en cada combinador.
2. Especificaciones y validación de banco (semanas 4 a 6).Se probaron veinte unidades en un conjunto de 1,2 MW con imágenes térmicas durante el pico de irradiancia, además de verificación de disparo en los límites de CC del inversor.
3. Piloto en tres sitios (semanas 7 a 9).Los equipos de campo cronometraron el procedimiento de reinicio y registraron cada evento de viaje.
4. Lanzamiento de la flota en dos oleadas (semanas 10 a 13).El trabajo se realizó dentro de las ventanas de mantenimiento programadas, por lo que no se perdió ninguna generación debido a la modernización.
5. Documentación y repuestos (semana 14).Se actualizaron los diagramas unifilares, las especificaciones de torque y el etiquetado, y cada camión recibió un kit de repuestos estandarizado.

El momento difícil.Dos combinadores del piloto se dispararon entre las 13:00 y las 15:00 en días despejados. La corriente de la cadena midió 8,6 A contra un disyuntor de 10 A dentro de un gabinete ubicado a una temperatura ambiente interna de 68 °C. La reducción térmica dentro de la caja empujó la capacidad efectiva por debajo de la salida de la cadena. La solución fue aumentar el tamaño de esas posiciones a disyuntores de 16 A y agregar un espacio de ventilación de 20 mm dentro de la puerta del gabinete, después de lo cual los sitios funcionaron durante ocho semanas sin viajes molestos.

¿Qué aportó en cifras el cambio a MCB de CC?

• Rollos de camiones no programados: 620 a 260 por año, una reducción del 58%, ahorrando $111,600 en costos de mano de obra y vehículos.
• Generación perdida por cortes de cadena: 1.480 MWh a 562 MWh por año, un 62% menos, recuperando aproximadamente $47.800 en ingresos contratados.
• Tiempo medio para aislar una cadena con fallas: de 74 a 22 minutos, un 70 % menos.
• Gasto anual en componentes de protección: entre 26.400 y 17.400 dólares, un 34 % menos.
• Ahorros totales identificados: $187 000 por año frente a un costo de modernización cercano a $96 000, una recuperación en menos de siete meses.

El perfil de seguridad de la tripulación también cambió. El reemplazo de fusibles bajo carga desapareció del procedimiento estándar y la instrucción de trabajo con clasificación de CC para una falla de cadena ahora es un bloqueo, una verificación visual y un reinicio.

¿Qué dice el cliente del proyecto?

“Una falla de cadena solía significar dos técnicos, un juego de fusibles y la mayor parte de una tarde”, dijo el director de O&M. "Ahora un técnico abre el gabinete, lee el interruptor disparado, repara la cadena y lo reinicia. Las llamadas por la tarde se redujeron a la mitad durante el primer mes".

El jefe de ingeniería agregó: "La auditoría fue la parte que importó. Dimensionar los interruptores según la temperatura ambiente del gabinete en lugar de la corriente de cadena de identificación es lo que mantuvo alejados los disparos molestos".

¿Qué pueden aprender otros EPC y propietarios de activos de este proyecto?

• Tamaño de la caja, no de la hoja de datos.La temperatura ambiente interna en un gabinete en la azotea puede situarse a 25 °C por encima del aire exterior y reducir la potencia de un interruptor muy por debajo de su clasificación nominal.
• Piloto en el sitio más caliente y con mayor irradiancia.Una sola prueba en clima frío oculta el comportamiento térmico que genera viajes molestos en julio.
• Tratar el tiempo de diagnóstico como el principal ahorro.Las piezas de repuesto generaron un tercio del ahorro; La localización de fallas más rápida hizo el resto.
• Reflexión.El equipo comenzaría la auditoría antes de la temporada de granizo y negociaría un kit de modernización preensamblado con el proveedor del gabinete, un cambio que valía $12 por gabinete en mano de obra de instalación.

Referencias

• IEC 60947-2:2019, Aparamenta de distribución y control de baja tensión. Parte 2: Disyuntores.webstore.iec.ch/publication/62482
• UL 1699B:2018, Protección de circuitos fotovoltaicos (PV) contra fallas de arco de CC.shopulstandards.com/ProductDetail.aspx?productId=UL1699B
• Estudio de simulación del proceso de movimiento del arco de disyuntores miniatura de CC.doi.org/10.1063/5.0174184

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Las especificaciones y los amperajes nominales para el disyuntor miniatura de CC de Soutya están disponibles en la páginaDisyuntor miniatura de CCpágina del producto.