Panele na dachu wyglądają na sprzęt odporny na każdą pogodę, więc ochrona przepięciowa w instalacjach PV często bywa pomijana. To zaniedbanie może skończyć się poważną awarią. Rozległa powierzchnia generatora i długie trasy przewodów DC sprawiają, że instalacja zbiera przepięcia znacznie skuteczniej niż typowa instalacja budynkowa, a najsłabszym ogniwem jest falownik. Jego wymiana to kilka tysięcy złotych i przestój obniżający produkcję, podczas gdy dobrze dobrane ograniczniki przepięć kosztują ułamek tej kwoty.
Skąd biorą się przepięcia w instalacji PV
Zagrożenie ma trzy źródła:
- Wyładowanie bezpośrednie w obiekt lub instalację odgromową - wprowadza prąd udarowy o kształcie 10/350 µs i największej energii.
- Wyładowanie w pobliżu indukuje w pętli okablowania DC przepięcia 8/20 µs, groźne nawet bez trafienia w budynek.
- Przepięcia łączeniowe z sieci.
Znaczenie ma geometria okablowania. Przewody DC prowadzone na dużej powierzchni tworzą pętlę, w której łatwo indukuje się napięcie. Im mniejsze jej pole, tym niższe przepięcie, dlatego staranne prowadzenie tras okablowania to pierwszy, bezkosztowy stopień ochrony.
Kiedy ochrona po stronie DC jest wymagana normą
Dobór zabezpieczeń opiera się na normie PN-HD 60364-7-712 dla układów PV oraz PN-EN 61643-31, która określa wymagania dla ograniczników DC. Zasady ochrony odgromowej wynikają z serii PN-EN 62305.
Zgodnie z punktem 712.443.101 ochrona po stronie DC jest obowiązkowa zawsze, gdy budynek ma instalację odgromową (LPS) albo gdy spełnione zostaje kryterium długości linii (współczynnik CRL). Dla większości dachowych instalacji na budynkach z instalacją odgromową odpowiedź jest więc jednoznaczna. Rodzaj ogranicznika zależy od odstępu izolacyjnego między instalacją PV a urządzeniem piorunochronnym. Przy zachowanym odstępie wystarczy typ 2, a gdy instalacja PV zostaje połączona z LPS, konieczny jest typ 1, zdolny przenieść część prądu piorunowego.
Ogranicznik typu 1 czy typu 2
Typ ogranicznika odpowiada rodzajowi zagrożenia, a nie klasie jakości. Typ 1 przenosi prąd udarowy piorunowy 10/350 µs (Iimp) tam, gdzie możliwe jest przeniesienie części prądu wyładowania. Typ 2 chroni przed przepięciami indukowanymi i łączeniowymi 8/20 µs (In, Imax) i jest standardem w większości rozdzielnic.
|
Parametr |
Typ 1 |
Typ 2 |
|
Chroni przed |
wyładowaniem bezpośrednim |
przepięciami indukowanymi i łączeniowymi |
|
Kształt udaru |
10/350 µs |
8/20 µs |
|
Parametr kluczowy |
Iimp |
In / Imax |
|
Miejsce montażu |
rozdzielnica główna, obiekt z LPS |
rozdzielnica przy falowniku |
W praktyce najczęściej sięga się po ograniczniki kombinowane typu 1+2, które łączą odporność na prąd piorunowy z niskim poziomem ochrony Up wymaganym przez elektronikę falownika.
Dobór ograniczników DC – napięcie, konfiguracja Y i reguła 10 metrów
Ogranicznik do obwodu DC musi być przeznaczony do napięcia stałego, bo łuk prądu stałego gasi się inaczej niż w obwodach AC. Maksymalne napięcie pracy Ucpv dobiera się z zapasem względem napięcia obwodu otwartego generatora, orientacyjnie 1,2 × Uoc w warunkach STC, z uwzględnieniem wzrostu napięcia w niskiej temperaturze.
Dla strony DC stosuje się konfigurację typu Y: warystory łączą każdy biegun z punktem środkowym, a iskiernik łączy ten punkt z przewodem ochronnym. Topologia ta zabezpiecza przed skutkami awarii pojedynczego warystora i ogranicza ryzyko zwarcia doziemnego. Ogranicznik montuje się jak najbliżej falownika, z przewodami przyłączeniowymi poniżej 0,5 m. Gdy odległość między modułami a falownikiem przekracza około 10 metrów, potrzebny jest dodatkowy komplet ograniczników po stronie generatora.
Strona AC, tor sygnałowy i uziemienie
Falownik trzeba chronić także po stronie AC: typ 2 w typowych warunkach, typ 1 lub 1+2 w rozdzielnicy głównej obiektu z odgromówką lub przyłączem napowietrznym. Pełna ochrona obejmuje trzy tory, czyli DC, AC oraz sygnałowy tor komunikacji i monitoringu. Ten ostatni bywa pomijany, choć przepięcie w linii RS485 potrafi uszkodzić moduł komunikacyjny równie skutecznie jak przepięcie w torze mocy.
Żaden ogranicznik nie zadziała bez sprawnego uziemienia. Energia przepięcia odprowadzana jest do przewodu ochronnego, więc jego przekrój i rezystancja wprost przekładają się na napięcie resztkowe na chronionym urządzeniu. Przewód uziemiający przyjmuje się zwykle od 6 mm² Cu dla typu 2 i od 16 mm² Cu dla typu 1, a konstrukcje montażowe modułów obejmuje połączeniami wyrównawczymi.
Aparatura ochrony przepięciowej w ofercie GRODNO
Dobrze zaprojektowana ochrona przepięciowa to kilka elementów, które muszą do siebie pasować: ograniczniki DC dopasowane do napięcia generatora, ograniczniki AC zgrane z rozdzielnicą i osprzęt uziemiający. W GRODNO trzymamy to wszystko pod jednym dachem. Posiadamy ograniczniki typu 1, 2 i 1+2 w wersjach DC i AC, aparaturę modułową, przewody uziemiające oraz kable solarne na wymiar, a nasi inżynierowie pomogą dobrać ochronę pod konkretną instalację.
Podsumowanie
Ochrona przepięciowa w instalacjach PV nie sprowadza się do jednego bezpiecznika. To układ, w którym muszą zagrać ze sobą ograniczniki DC i AC, zabezpieczenie toru sygnałowego i porządne uziemienie. Punkt wyjścia jest zawsze ten sam: obejrzenie obiektu. To, czy budynek ma instalację odgromową, czy zachowano odstęp izolacyjny i jak długie są trasy DC, decyduje o wyborze między typem 2 a typem 1, o miejscu montażu i o tym, czy potrzebny jest drugi stopień przy generatorze. Jeśli ochronę przepięciową zaplanuje się od razu, w ramach projektu, instalacja spokojnie przechodzi kolejne sezony burzowe. Jeśli skreśli się ją z kosztorysu dla oszczędności, pierwsze poważne wyładowanie potrafi przerwać cały zwrot z inwestycji.
