直流接地故障是光伏系統(tǒng)中最常見的故障類型，其中有一半未被檢測到。直流接地故障是指電流通過直流電的電路中(逆變器之前)設(shè)備的接地導(dǎo)體的現(xiàn)象，也就是俗稱的泄漏電流。接地故障可能導(dǎo)致嚴(yán)重的安全問題，

例如電弧，并且在高電壓情況下會發(fā)生電弧閃絡(luò)事故。除安全隱患外，接地故障還有可能造成火災(zāi)的風(fēng)險，因?yàn)槎搪冯娏鲿?dǎo)致裸露的金屬溫度升高。

為了更好地理解直流接地故障，讓我們回顧一些術(shù)語并了解光伏系統(tǒng)內(nèi)部。

根據(jù)NEC的定義，接地是指：

設(shè)備接地導(dǎo)體(EGC)= “提供接地故障電流路徑的導(dǎo)電通路，該通路通常將設(shè)備的非載流金屬部件一起連接到系統(tǒng)接地導(dǎo)體和/或接地電極導(dǎo)體?！保ń饘偻鈿ぃ?

接地電極導(dǎo)體(GEC)=“用于將系統(tǒng)接地導(dǎo)體或設(shè)備連接至接地電極或接地電極系統(tǒng)上某一點(diǎn)的導(dǎo)體?！保ㄖ鹘拥貥O到接地網(wǎng)）

接地導(dǎo)體= “特意接地的系統(tǒng)或電路導(dǎo)體”。

圖1：負(fù)極接地光伏系統(tǒng)(直流側(cè))

EGC用于將所有導(dǎo)電部件(模塊、機(jī)架)接合在一起，并提供通向GEC的路徑。GEC將EGC以及整個系統(tǒng)連接到接地電極。接地電極是一根插入至地下至少8英尺深的大金屬棒，材質(zhì)通常是銅、鋁或銅包鋁。

在直流接地故障中，電流流經(jīng)EGC或由于與接地導(dǎo)體意外接觸而接地的任何金屬。這種接觸通常是由于導(dǎo)體絕緣損壞、安裝不當(dāng)、電線擠壓和進(jìn)水造成的，這會在導(dǎo)體和EGC之間形成電氣連接。

為何直流接地故障非常危險？

接地實(shí)際是有隱患的，有些小于1安培的漏電流無法被接地故障保護(hù)設(shè)備（GFP）察覺，而有些大的漏電流會使得保護(hù)自動跳閘；這出現(xiàn)了一種情況，當(dāng)兩個情況都存在時，大漏電流被跳閘斷開了，原來的漏電流則都會流到小漏電流的接地線上，巨額的電流瞬間融化絕緣，造成失火。這正是

2009年加利福尼亞州貝克斯菲爾德火災(zāi)中383千瓦光伏陣列導(dǎo)致大火的原因——12 AWG導(dǎo)線上的最初2.5安培的接地故障成為第二個311安培接地故障的通路，故障原因是500 MCM (7.7 AWG)輸出電纜上的一個伸縮接頭分離。當(dāng)接地故障保護(hù)設(shè)備清除第二個接地故障時，大電流通過第一個未檢測到的接地故障返回，迅速熔化導(dǎo)線上的絕緣并引發(fā)火災(zāi)。

如何檢測和診斷直流接地故障？

如上所述，直流接地故障的檢測非常困難，特別是在大型光伏系統(tǒng)中。這是因?yàn)橹绷鹘拥毓收贤ǔＰ∮诮拥毓收媳Ｗo(hù)設(shè)備的最小靈敏度。檢測直流接地故障的技術(shù)包括絕緣電阻監(jiān)測和漏電開關(guān)測試儀(RCD)。建議每天早上使用絕緣電阻測試儀對地線和導(dǎo)體之間的絕緣電阻值進(jìn)行測試。這必須在陣列處于開路狀態(tài)時執(zhí)行。測試揭示兩種可能性——絕緣電阻高于最小值，系統(tǒng)可以啟動；或絕緣電阻低于最小值，表明可能出現(xiàn)絕緣損壞和接地故障。此外，可將RCD置于陣列導(dǎo)體上，以測量可能指示接地故障的異常電流。

診斷方法

每個連接點(diǎn)(直流斷路器、匯流箱)，直至返回到陣列。一旦發(fā)現(xiàn)故障，請更換線纜，并記錄下測試和更換情況。

光伏系統(tǒng)中直流接地故障預(yù)防的前景如何？

使用無變壓器(非隔離)型逆變器可以防止直流接地故障，該逆變器具有可檢測低至300 mA故障的靈敏電子器件，以及無接地導(dǎo)體，從而減少了意外對地電流的可能性。無變壓器型逆變器不是通過電磁感應(yīng)將直流電轉(zhuǎn)換為交流電，而是通過電子器件進(jìn)行逆變，并且不采用鐵芯進(jìn)行電隔離。與實(shí)際接地的逆變器(帶有變壓器和GFP保險絲)不同，該逆變器可以感應(yīng)小的接地故障并有效地使電路跳閘。另一項(xiàng)日益普及的策略是使用模塊級電力電子設(shè)備(MLPE)，它可以切斷單個模塊的電源。

成功預(yù)防、檢測和診斷直流接地故障是光伏系統(tǒng)大規(guī)模調(diào)試計劃的一部分。