docZabezpieczenia elektryczne w systemach fotowoltaicznych
download 
Reklamacja Transkrypt
Zabezpieczenia elektryczne w systemach fotowoltaicznych
Zabezpieczenia elektryczne w systemach fotowoltaicznych mgr inż. Maciej Dolata maciejdolata.com Sierpień 2015r. Maciej Dolata Zabezpieczenia elektryczne w systemach fotowoltaicznych Spis treści 1. O autorze ........................................................................................................... 3 2. Wstęp ................................................................................................................. 4 3. Ochrona przeciwporażeniowa, izolowanie i rozłączanie .................................. 6 4. Ochrona odgromowa ......................................................................................... 8 5. Ochrona przeciwprzepięciowa .......................................................................... 9 6. Ochrona przeciążeniowa i zwarciowa ............................................................. 13 7. Bibliografia ...................................................................................................... 14 str. 2 Maciej Dolata Zabezpieczenia elektryczne w systemach fotowoltaicznych 1. O autorze Nazywam się Maciej Dolata. Poniższa publikacja jest wynikiem mojej pracy związanej z zabezpieczeniami w fotowoltaice. Tematem tym zajmuję się od początku 2013 roku, przeanalizowałem wiele publikacji udostępnianych przez specjalistów oraz przez producentów zabezpieczeń. W wyniku takiej analizy powstał zbiór uogólnionych zaleceń stosowania określonych zabezpieczeń w fotowoltaice. Są to zalecenia ogólne i każdorazowo należy dogłębnie przeanalizować warunki pracy instalacji PV i indywidualnie dobrać zabezpieczenia. Zawsze inwestor i wykonawca powinien to zlecić uprawnionemu projektantowi. Zabezpieczenia elektryczne to maleńki obszar zagadnienia związanego z fotowoltaiką, któremu często poświęca się zbyt mało uwagi, a czasem nawet pomija. Jest to jednak bardzo ważny aspekt, od którego zależy bezpieczeństwo użytkowników, poprawność pracy instalacji oraz żywotność jej elementów. Jednocześnie jest to zagadnienie, na którym postanowiłem się skupić. Dotychczas przeszkoliłem już wiele osób oraz opublikowałem kilka artykułów związanych z tym tematem na portalach branżowych. Moje artykuły można również znaleźć na moim blogu maciejdolata.inelt.pl. Swoją pracę związaną z elektrotechniką zacząłem w 2002r. jako elektryk w firmie usługowej elektrycznej. Po ukończeniu studiów na Politechnice Poznańskiej na kierunku Elektrotechnika kontynuowałem pracę związaną z elektrotechniką we własnej firmie. Pracowałem przy instalacjach automatyki przemysłowej, układach zasilania obiektów, badaniach parametrów sieci, instalacjach mieszkaniowych, systemach monitoringu. Brałem udział przy projektowaniu, budowie i uruchamianiu fotowoltaicznych instalacji prosumenckich. Pracowałem jako inżynier ds. elektrycznych na budowach. Największe doświadczenie zdobyłem w pracy przy przemysłowych instalacjach elektrycznych i instalacjach automatyki przemysłowej, ponieważ na takich obiektach pracowałem najczęściej. Od początku mojej pracy uczono mnie aby największy nacisk kłaść na bezpieczeństwo elektryczne i taką zasadę praktykuję cały czas. W roku 2013 zacząłem prowadzić blog elektryczny, pisać publikacje oraz prowadzić szkolenia będące wynikiem mojego doświadczenia i zdobytej wiedzy. Pracę z tym związaną cały czas kontynuuję i rozwijam. str. 3 Maciej Dolata Zabezpieczenia elektryczne w systemach fotowoltaicznych 2. Wstęp Wszystkie urządzenia oraz instalacje elektryczne i elektroniczne są narażone na szereg negatywnych zjawisk mogących zakłócić ich pracę lub powodować ich uszkodzenie. Również instalacje fotowoltaiczne i ich elementy składowe są na nie narażone. Poza tym, prąd elektryczny stanowi zagrożenie dla życia i zdrowia ludzi i zwierząt. Stosowanie zabezpieczeń ma na celu zapobieganie skutkom zagrożeń związanych z prądem elektrycznym i zakłóceniami w sieci. Zagrożenia i zakłócenia są różne, np.: • • • • • • • porażenie prądem elektrycznym uszkodzenie izolacji podstawowej zwarcia przeciążenia przepięcia wyładowania atmosferyczne oraz zagrożenia i uszkodzenia wynikające z błędów instalatorów lub użytkowników instalacji W każdej instalacji, systemie elektrycznym można zastosować szereg różnych zabezpieczeń. Każda instalacja jednak będzie podlegała innym wymogom instalowania zabezpieczeń, a zależą one od wielu czynników. Za każdym razem dobór zabezpieczeń leży po stronie projektanta i bierze on pod uwagę cel i opłacalność stosowania danej ochrony ze względu na: • • • • • bezpieczeństwo ludzi i zwierząt wartość mienia narażonego na szkodę koszty ewentualnych napraw wymagane środki finansowe do zastosowania danej ochrony ewentualne różnice w opłatach składek ubezpieczeniowych Bezpieczeństwo ludzi i zwierząt jest nieocenione i zawsze bierze się je pod uwagę na samym początku. Jak wynika z [1], aż 30% wypadków związanych z porażeniem prądem elektrycznym występuje w domu, a zgodnie z tym co podaje Stowarzyszenie Elektryków Polskich, najczęstszą przyczyną wypadków jest niewłaściwe postępowanie człowieka. Wynika z tego, że najczęstszymi przyczynami wypadków są albo lekkomyślność, albo niewłaściwe zabezpieczenie instalacji. Należy o tym bezwzględnie pamiętać przy projektowaniu systemu zabezpieczeń elektrycznych. Kolejne kwestie uwzględniane przez projektanta to kwestie finansowe. Należy zbadać, czy wszystkie środki ochrony urządzeń są opłacalne, tzn. czy zastosowanie środka ochrony nie jest droższe niż naprawa lub wymiana urządzeń. System fotowoltaiczny to także urządzenie elektryczne. Z punktu widzenia elektrotechniki, jest to źródło energii elektrycznej, czyli elektrownia. Poza tym jest to generator prądu, którego element przetwarzający energię promieniowania słonecznego na energię elektryczną jest wystawiony na bezpośrednie oddziaływanie warunków atmosferycznych. Sam system str. 4 Maciej Dolata Zabezpieczenia elektryczne w systemach fotowoltaicznych fotowoltaiczny posiada również inne osobliwe cechy, stwarzające specyficzne wymagania dla zabezpieczeń elektrycznych. W związku z powyższym, dla systemów fotowoltaicznych zostały określone specjalne zasady co do zabezpieczania instalacji. Nie wolno do systemów fotowoltaicznych odnosić tylko zasad stosowania zabezpieczeń w instalacjach odbiorczych prądu przemiennego, ponieważ system fotowoltaiczny jest osobliwym źródłem energii elektrycznej, a nie odbiornikiem. Niedopuszczalne jest również stosowanie zabezpieczeń dedykowanych do systemów prądu przemiennego po stronie DC inwertera. Należy pamiętać, że system fotowoltaiczny to źródło, elektrownia. Osobliwe cechy systemów fotowoltaicznych, odróżniających je od innych źródeł to: 1. System jest wystawiony na bezpośrednie oddziaływanie warunków atmosferycznych 2. Zależność prądu po stronie DC od natężenia promieniowania słonecznego 3. Napięcie na zaciskach modułu pojawia się nawet przy niskim natężeniu promieniowania słonecznego, 4. Mała wartość prądu zwarcia po stronie DC – 1,2In 5. Odizolowanie źródła od ziemi po stronie DC W punkcie 1 mowa oczywiście o panelach fotowoltaicznych oraz oprzewodowaniu po stronie DC. Panele są narażone przede wszystkim na bezpośrednie wyładowanie atmosferyczne, ale także na śnieg powodujący zacienienie. Z kolei przewody po stronie DC systemu są narażone na oddziaływanie promieniowania słonecznego. Poniżej zostały przedstawione przykładowe charakterystyki prądowo napięciowe modułu fotowoltaicznego w zależności od natężenia promieniowania słonecznego. str. 5 Maciej Dolata Zabezpieczenia elektryczne w systemach fotowoltaicznych Na charakterystykach zostały zaznaczone punkty pracy panela fotowoltaicznego. Z charakterystyk można odczytać wartości prądów zwarcia (w chwili U=0V) i widać, że są one niewiele większe niż prądy znamionowe (w punkcie pracy). W zależności od natężenia promieniowania słonecznego, zmienia się moc modułu i jest to wynikiem przede wszystkim zmiany prądu – napięcie zmienia się nieznacznie. W związku z powyższym, dla systemów fotowoltaicznych projektuje się następujące rodzaje ochrony: • • • • • Ochrona przeciwporażeniowa Ochrona odgromowa Ochrona przeciwprzepięciowa Ochrona przeciążeniowa i zwarciowa Izolowanie i rozłączanie instalacji Wyżej wymienione środki ochrony należy zapewnić zarówno po stronie DC instalacji jak i po stronie AC. 3. Ochrona przeciwporażeniowa, izolowanie i rozłączanie Po stronie DC instalacja fotowoltaiczna jest zazwyczaj źródłem prądu o natężeniu do 8A (w przypadku jednego pasma paneli połączonych w szereg) i napięciu sięgającym prawie 1000V. System jest odizolowany od ziemi, a więc nie jest możliwy przepływ prądu przez ciało człowieka – dotykającego tylko jednego bieguna instalacji – do ziemi. Prąd może przepływać tylko od bieguna dodatniego do bieguna ujemnego. Oczywiście porażenie jest możliwe i w takim przypadku przez ciało człowieka przepływa prąd stały o wartości (najczęściej) większej niż 2A, który wywołuje poważne oparzenia oraz może wywołać migotanie komór sercowych. Na podstawie badań i analiz przeprowadzonych przez Międzynarodową Komisję Elektrotechniczną (IEC) przyjęto, że graniczna wartość prądu stałego płynącego przez ciało człowieka w dłuższym czasie wynosi zaledwie 70mA. A więc zabezpieczenia przeciwporażeniowe w systemach fotowoltaicznych są niezbędne. Przede wszystkim należy zadbać o zapewnienie ochrony podstawowej – przed dotykiem bezpośrednim. Dodatkowo należy zapewnić możliwą ochronę przed dotykiem pośrednim – przy uszkodzeniu. Rodzaj i poziom zastosowanej ochrony przeciwporażeniowej w każdym przypadku zależy od warunków środowiskowych i od parametrów systemu fotowoltaicznego. Ochrona przed dotykiem bezpośrednim jest realizowana przez izolację podstawową oraz wszelkie działania ograniczające dostęp do elementów systemu PV. W przypadku farm fotowoltaicznych niezbędne jest odpowiednie ogrodzenie całej farmy. Wszystkie budynki i rozdzielnie znajdujące się na terenie farmy, zawierające wyposażenie elektryczne powinny być zamykane na klucz. Tabliczki ostrzegawcze muszą się znajdować na każdej rozdzielni, na str. 6 Maciej Dolata Zabezpieczenia elektryczne w systemach fotowoltaicznych wszystkich drzwiach stacji transformatorowej oraz na płocie (co kilka metrów). Kable i przewody powinny być prowadzone pod ziemią lub w osłonach. Jeżeli chodzi o ochronę przeciwporażeniową podstawową w budynkach, to umieszczenie systemu fotowoltaicznego na dachu (na odpowiedniej wysokości większej niż 2,5m) zapewnia ograniczenie dostępu do elementów systemu. W przypadku gdy dostęp na dach budynku mają osoby nieupoważnione, należy wykonać dodatkowe osłony wokół systemu, lub ograniczyć dostęp na dach. Inwertery najczęściej montuje się wewnątrz budynku. Są one wykonane w I klasie izolacji, więc powinny się znajdować w pomieszczeniu o ograniczonym dostępie lub w dodatkowych obudowach zamykanych na klucz. Przewody w budynku są prowadzone pod tynkiem lub w przeznaczonych do tego trasach kablowych, korytach itp. Również w budynkach należy stosować tabliczki ostrzegawcze. Nie można także zapomnieć o umieszczeniu wyłącznika awaryjnego (np. PPOŻ) w dostępnym i widocznym miejscu. Ochrona przy uszkodzeniu, przed dotykiem pośrednim jest realizowana przez wykorzystanie urządzeń II klasy ochronności oraz uziemione połączenia wyrównawcze. Panele fotowoltaiczne są zazwyczaj wykonane w II klasie ochronności, a przewody i kable DC mają wzmocnioną lub podwójną izolację. Jeżeli tak nie jest, to należy wykonać uziemione połączenia wyrównawcze metalowych elementów systemu, uziemienie jednego z przewodów strony DC (minus) oraz konieczne jest zastosowanie zabezpieczeń zwarciowych po stronie DC. Zabezpieczenia te jednak nie zapewniają samoczynnego wyłączenia zasilania w przypadku każdego uszkodzenia, ze względu na zależność prądu zwarciowego paneli od nasłonecznienia, dlatego najlepszym i najczęściej stosowanym środkiem ochrony przeciwporażeniowej przy uszkodzeniu po stronie DC systemu PV jest izolacja podwójna lub wzmocniona oraz urządzenia w II klasie ochronności. Zdarza się, że producent inwertera zaleca uziemienie jednego z przewodów mimo tego, że panele i przewody są w II klasie ochronności. Jest to spowodowane brakiem separacji galwanicznej pomiędzy stroną DC i AC wewnątrz inwertera i ma chronić system PV przed uszkodzeniem w przypadku prądów zwarciowych pochodzących z sieci elektroenergetycznej. Poza tym wykonuje się połączenia metalowych, przewodzących części konstrukcyjnych systemu z główną szyną uziemiającą budynku lub uziomem, ale jest to część ochrony odgromowej a nie przeciwporażeniowej. Sam inwerter zazwyczaj posiada tylko izolację podstawową, dlatego jeśli nie ma możliwości umieszczenia go poza dostępem osób nieupoważnionych, musi zostać zamontowany w dodatkowej obudowie zamykanej na klucz. Inwerter musi być połączony z zaciskiem PE sieci AC i posiada do tego przeznaczone wyprowadzenie na przewód PE. Podczas prac konserwacyjnych lub podczas napraw awaryjnych inwerterów należy zadbać o zapewnienie bezpiecznej izolacji inwertera od sieci elektroenergetycznej oraz źródła napięcia DC – paneli PV. Realizowane jest to przez wyłączniki, rozłączniki lub odłączniki przeznaczone do tego celu – do galwanicznego rozłączania prądów roboczych lub przeciążeniowych DC. Podobnie po stronie AC systemu należy zastosować odpowiednie wyłączniki lub rozłączniki. Inwerter powinien być możliwy do bezpiecznego odłączenia po stronie DC i AC. str. 7 Maciej Dolata Zabezpieczenia elektryczne w systemach fotowoltaicznych Podsumowując: Ochronę przeciwporażeniową w systemach fotowoltaicznych realizuje się przez: 1. Ochronę podstawową, przed dotykiem bezpośrednim • Izolacja podstawowa • Ograniczenie dostępu – osłony, płoty, bariery, umieszczenie poza zasięgiem ręki, • Odłączenie inwertera z zapewnieniem bezpiecznej izolacji podczas prac konserwacyjnych i usuwania awarii 2. Umieszczenie tabliczek ostrzegawczych („Pod napięciem”, „Nie dotykać” itp.) 3. Ochronę przy uszkodzeniu • Urządzenia II klasy ochronności lub uziemione połączenia wyrównawcze • Połączenie inwertera z przewodem PE sieci AC. 4. Ochrona odgromowa Ochrona odgromowa to środki ochrony przed bezpośrednim wyładowaniem piorunowym. Podstawowe zasady ochrony przed bezpośrednim oddziaływaniem prądu piorunowego określono w normach ochrony odgromowej: • • • PN-EN 62305-1:2008, Ochrona odgromowa – Część 1: Wymagania ogólne. PN-EN 62305-3:2009, Ochrona odgromowa – Część 3: Uszkodzenia fizyczne obiektów budowlanych i zagrożenie życia. PN-EN 62305-4:2009, Ochrona odgromowa – Część 4: Urządzenia elektryczne i elektroniczne w obiektach budowlanych. Stwierdzono w nich: „wszystkie urządzenia dachowe z materiałów izolacyjnych lub przewodzących, które zawierają wyposażenie elektryczne i/lub służące przetwarzaniu informacji, powinny znajdować się w przestrzeni ochronnej układu zwodów”. Urządzenia systemu fotowoltaicznego nie zwiększają ryzyka wyładowania piorunowego. Jednak zainstalowanie systemu fotowoltaicznego na dachu zwiększa ryzyko przedostania się prądu piorunowego do wnętrza budynku w przypadku wyładowania bezpośrednio w panel. Zadanie ochrony przed bezpośrednim wyładowaniem piorunowym spełniają odpowiednio dobrane i rozmieszczone układy zwodów pionowych i poziomych oraz przewodów odprowadzających i uziomu. Układy zwodów tworzą przestrzeń chronioną. Umieszczając elementy systemu fotowoltaicznego w przestrzeni chronionej, można zapewnić ich ochronę przed skutkami bezpośredniego wyładowania piorunowego. Dodatkowo, wszystkie metalowe elementy mocujące muszą być połączone z listwą wyrównawczą budynku (GSU). Zasady tworzenia przestrzeni chronionej są określone w normach, a zaprojektowanie jej wraz z pozostałymi elementami instalacji odgromowej powinno być wykonane przez uprawnionego projektanta. str. 8 Maciej Dolata Zabezpieczenia elektryczne w systemach fotowoltaicznych Elementy systemu fotowoltaicznego muszą być umieszczone w przestrzeni chronionej przy zachowaniu odpowiedniego odstępu izolacyjnego, uniemożliwiającego wystąpienie przeskoków iskrowych pomiędzy elementami instalacji odgromowej (zwody i przewody), a metalowymi elementami chronionego urządzenia. Odstęp izolacyjny wyznacza się według wzoru określonego w normach, zazwyczaj jest to odległość 0,5-1m. Odległość ta zależy od: • • • • Klasy urządzenia piorunochronnego (LPS) Rozpływu prądu w przewodach LPS Materiału odstępu izolacyjnego Długości przewodów LPS od zbliżenia do połączenia wyrównawczego Również przewody powinny być prowadzone w odpowiednich odstępach od elementów instalacji odgromowej. Może się zdarzyć, że zachowanie odstępu izolacyjnego nie jest możliwe, lub dach jest wykonany z blachy. W takim przypadku należy wykonać połączenia wyrównawcze pomiędzy elementami konstrukcyjnymi systemu fotowoltaicznego, a elementami instalacji odgromowej (lub dachem). Nie wykonuje się natomiast połączenia z GSU budynku. Minimalne przekroje połączeń wyrównawczych określa norma. Ochrona odgromowa farm fotowoltaicznych Farmy fotowoltaiczne także powinny zostać objęte ochroną przed bezpośrednim wyładowaniem piorunowym w system fotowoltaiczny. Ochrona taka powinna być odpowiednio zaprojektowana, a składa się z układu zwodów pionowych i uziomu kratowego. Podstawowe zalecenia: • • • elementy metalowe konstrukcji powinny być połączone z uziomem kratowym, zwody pionowe można montować do metalowych elementów konstrukcyjnych, ale nie jest to zalecane, ochroną odgromową należy objąć także stację transformatorową, dyspozytornię i inne budynki znajdujące się na farmie. 5. Ochrona przeciwprzepięciowa Systemy fotowoltaiczne muszą być zabezpieczone przed przepięciami i sprzężeniami, bez względu na to czy system jest objęty ochroną odgromową, czy nie. Uderzenie pioruna wywołuje skutki w otoczeniu w promieniu ok. 2 km, powodując sprzężenia i przepięcia w instalacji elektrycznej. Ochrona przeciwprzepięciowa oznacza ochronę przed przepięciami pochodzącymi z sieci energetycznej, przed przepięciami i sprzężeniami wywołanymi uderzeniem pioruna w okolice instalacji i w instalację oraz innymi przepięciami powstałymi w instalacji fotowoltaicznej i sterującej. Ogólne zasady stosowania ochrony str. 9 Maciej Dolata Zabezpieczenia elektryczne w systemach fotowoltaicznych przeciwprzepięciowej dla systemów fotowoltaicznych zawiera norma PN-EN 61173:2002. Ochrona przepięciowa fotowoltaicznych (PV) systemów wytwarzania mocy elektrycznej. Przewodnik. Szczegółowe zasady stosowania ochrony przeciwprzepięciowej zawierają normy: • • • • PN-IEC 61643-1.Urządzenia ograniczające przepięcia dołączone do sieci rozdzielczych niskiego napięcia. Wymagania techniczne i metody badań. PN-IEC-60364-4-442.Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych. Ochrona dla zapewnienia bezpieczeństwa. Ochrona przed przepięciami .Ochrona instalacji niskiego napięcia przed przejściowymi przepięciami i uszkodzeniami przy doziemieniach w sieciach wysokiego napięcia. PN-IEC 60364-4-443:1999, Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych. Ochrona dla zapewnienia bezpieczeństwa. Ochrona przed przepięciami. Ochrona przed przepięciami atmosferycznymi i łączeniowymi. PN-HD 60364-7-712:2007 Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych. Część 7712: Wytyczne dotyczące specjalnych instalacji lub lokalizacji. Fotowoltaiczne (PV) układy zasilania. W celu zabezpieczenia systemów fotowoltaicznych i podłączonych do nich urządzeń elektronicznych przed przepięciami i sprzężeniami, stosuje się ograniczniki przepięć (SPD). Instaluje się je zarówno po stronie prądu stałego jak i po stronie prądu przemiennego. Bardzo ważne, aby były to ograniczniki przepięć przeznaczone dla danej instalacji – po stronie prądu stałego muszą to być ograniczniki przepięć prądu stałego dedykowane do systemów fotowoltaicznych. Dobór niewłaściwych ograniczników przepięć może stwarzać zagrożenie pożarowe dla urządzeń elektrycznych i elektronicznych. W zależności od wymaganej ochrony stosuje się ograniczniki przepięć różnej klasy: • • • • I – typu B II – typu C III – typu D I kombinowany – typu B+C, zawierający połączenie iskiernika gazowego i warystora, zapewniający ochronę na poziomie SPD typu I i typu II Na rynku dostępnych jest wiele ograniczników przepięć, różniących się budową oraz ceną. Należy zwrócić szczególną uwagę na budowę. Ogranicznik przepięć, który nie zawiera w swojej budowie iskiernika gazowego nie będzie zdolny do odprowadzania prądu piorunowego, czyli nie może być to SPD typu I. SPD typu I musi zawierać iskiernik gazowy. Jednak fakt, że ogranicznik przepięć zawiera w sobie iskiernik, nie determinuje jeszcze jego typu jako I. Można znaleźć ograniczniki przepięć typu II zawierające w swojej budowie iskiernik gazowy. Poprawia on żywotność ogranicznika przepięć, ponieważ na warystorach wraz z upływem czasu może pojawić się prąd upływu. str. 10 Maciej Dolata Zabezpieczenia elektryczne w systemach fotowoltaicznych Poniżej różne budowy ograniczników przepięć dostępnych na rynku Zasady stosowania ochrony przeciwprzepięciowej różnią się w zależności od zastosowanej ochrony odgromowej. System fotowoltaiczny zainstalowany na dachu bez urządzenia piorunochronnego Jest to przypadek, w którym nie występuje ryzyko bezpośredniego wyładowania atmosferycznego w budynek i system PV, więc należy stosować tylko ograniczniki przepięć typu II (klasy C). Po stronie DC, SPD powinien być zainstalowany na wejściu inwertera, jak najbliżej niego. Jeżeli odległość między panelami, a inwerterem jest większa niż 10 m, to należy zastosować dwa ograniczniki przepięć – na wejściu inwertera, oraz przy panelach. Po stronie DC stosuje się SPD dedykowane dla systemów fotowoltaicznych. Po stronie AC inwertera stosuje się ograniczniki przepięć dedykowane dla odpowiedniej sieci prądu przemiennego. Jeżeli odległość między rozdzielnicą główną budynku, a inwerterem jest większa niż 10 m, należy zastosować dwa SPD. Jeżeli ta odległość jest mniejsza – wystarczy jeden SPD. str. 11 Maciej Dolata Zabezpieczenia elektryczne w systemach fotowoltaicznych System fotowoltaiczny zainstalowany na dachu z urządzeniem piorunochronnym System fotowoltaiczny powinien być zainstalowany na dachu z urządzeniem piorunochronnym, przy zachowaniu bezpiecznych odstępów izolacyjnych między elementami systemu PV, a elementami urządzenia piorunochronnego. Może się jednak zdarzyć, że zachowanie bezpiecznych odstępów nie jest możliwe, lub dach jest wykonany z metalu (np. z blachy). Dla tych dwóch przypadków, zasady stosowania SPD różnią się. Jeżeli odstęp izolacyjny jest zachowany, to zasady instalowania SPD po stronie DC są identyczne jak w przypadku gdy budynek nie jest wyposażony w urządzenie piorunochronne. Po stronie AC należy zastosować SPD typu I (klasy B). Wynika to z faktu wyposażenia budynku w urządzenie piorunochronne. Jeżeli zainstalowany SPD typu I nie jest w stanie zapewnić odpowiedniego poziomu ochrony dla obwodów AC inwertera, to należy zastosować dodatkowy SPD typu II. Zazwyczaj zastosowanie SPD typu II po stronie AC będzie niezbędne. Jeżeli jednak odstępy izolacyjne nie są zachowane lub dach jest wykonany z metalu, to wykonuje się dodatkowe połączenia wyrównawcze między obudową paneli a układem zwodów. Ze względu na możliwość oddziaływania na instalację wewnątrz budynku części prądu piorunowego, po stronie DC należy zastosować SPD typu I dedykowane dla instalacji fotowoltaicznych. Po stronie AC zasady stosowania ochrony przeciwprzepięciowej są takie same jak w poprzednim przypadku – SPD typu I i II. Rysunki pochodzą z [3] str. 12 Maciej Dolata Zabezpieczenia elektryczne w systemach fotowoltaicznych 6. Ochrona przeciążeniowa i zwarciowa W systemach fotowoltaicznych istotna jest ochrona przeciążeniowa i zwarciowa, czyli ochrona pasm w przypadku zacienienia, zasłonięcia lub uszkodzenia jednego lub kilku paneli. Zasłonięty lub uszkodzony panel staje się elementem biernym i stanowi zwarcie dla obwodu. Pasmo zawierające „bierny” panel jest generatorem mniejszego prądu niż pozostałe, w wyniku czego zaczyna przez nie płynąć prąd wsteczny – rewersyjny. Prąd rewersyjny jest prądem płynącym w przeciwnym kierunku, pochodzącym z pozostałych pasm. Moduły fotowoltaiczne są w stanie wytrzymywać pewną wartość prądu rewersyjnego określoną przez producenta. Wyższy prąd rewersyjny stanowi zagrożenie dla paneli fotowoltaicznych powodując ich degradację, więc trzeba je przed nim zabezpieczyć. Prąd wsteczny płynący przez zacieniony fragment instalacji może skutkować w skrajnych przypadkach samozapłonem paneli fotowoltaicznych. Zabezpieczenie przeciążeniowe i zwarciowe, a więc zabezpieczenie przed prądami rewersyjnymi stanowią wkładki topikowe (bezpieczniki) dedykowane do instalacji fotowoltaicznych – posiadają charakterystykę wyzwalania gPV określoną w normie IEC60269-6. Wkładki topikowe umieszcza się w podstawach bezpiecznikowych. Można również stosować wyłączniki instalacyjne dedykowane dla systemów fotowoltaicznych, ale muszą być one przeznaczone do ochrony pasm – muszą mieć odpowiednią charakterystykę. Nie zawsze jednak zabezpieczenie przeciążeniowe i zwarciowe jest wymagane, bo panele fotowoltaiczne mogą wytrzymać pewną wartość prądów rewersyjnych. Zakłada się, że zabezpieczenie przed prądami rewersyjnymi nie jest wymagane jeżeli: N≤1+(IREW/ISC) N – liczba pasm połączonych równolegle IREW – maksymalny prąd rewersyjny paneli podany przed producenta ISC – prąd zwarcia paneli w warunkach STC Jeżeli prąd rewersyjny nie jest podany, można przyjąć, że N≤3 W przypadku gdy połączonych równolegle jest więcej pasm paneli fotowoltaicznych, należy każde pasmo zabezpieczyć dedykowanymi bezpiecznikami lub wyłącznikami. W niektórych instalacjach fotowoltaicznych, jeden z przewodów jest uziemiony. W takim przypadku str. 13 Maciej Dolata Zabezpieczenia elektryczne w systemach fotowoltaicznych wystarczy zastosować tylko jeden bezpiecznik – na nieuziemionym przewodzie. Jeżeli system jest izolowany, wymagane są dwa bezpieczniki. Bezpieczniki i wyłączniki muszą być dobrane do wartości prądu, czyli nie mniej niż 1,4Isc i nie więcej niż 0,9IREW. Jeżeli wartość IREW nie jest podana, to zabezpieczenie należy dobrać na wartość nie większą niż 2Isc. Czyli: 1,4ISC≤In≤0,9IREW Lub: 1,4ISC≤In≤2ISC Zaletą stosowania wkładek topikowych jest ich niższa cena w porównaniu do wyłączników instalacyjnych, jednak wymagają one wymiany po awarii. Dobierając wkładkę topikową należy wziąć pod uwagę także jej znamionowe napięcie pracy: Un≥1,2UMPP_panel · liczba paneli Przykład Panele Q.CELLS Q.PRO-G4 260W ISCSTC = 9,15 A IREW = 20 A Panele połączone w 4 pasma równoległe Określenie prądu znamionowego wkładki topikowej: 1,4·9,15 ≤ In ≤ 0,9·20 → 12,81≤ In ≤ 18 Dobór wkładki topikowej z katalogu producenta: 13 lub 15A (w zależności od producenta) 7. Bibliografia 1. L. Danielski, P. Danielski, Dane statystyczne o śmiertelnych wypadkach porażeń prądem elektrycznym w Polsce w latach 2005-2009, Politechnika Wrocławska Instytut Energoeletryki 2. A. Sowa, Ochrona odgromowa i przepięciowa systemów fotowoltaicznych, 11.2011r. 3. A. Sowa, K. Wincencik, Ograniczanie przepięć w instalacjach niskonapięciowych systemów fotowoltaicznych, 2012r. 4. R. Kłopocki, Bezpieczniki prądu stałego – urządzenia fotowoltaiczne PV, Elektrosystemy maj 2008r. 5. Union Technique De L’Electricite, Photovoltaic installations connected to the public distribution network, UTE C 15-712-1 07.2010r. 6. ABB, Technical Applications Papers No. 10. Photovoltaic Plants, 2010r. 7. A. Boczkowski, Ochrona przeciwporażeniowa w instalacjach elektrycznych niskiego napięcia, SEP 14.09.2009r. 8. Materiały szkoleniowe ze szkolenia z projektowania systemów fotowoltaicznych, organizowanego przez Politechnikę Warszawską, marzec 2012r. 9. Katalogi i materiały informacyjne producentów: ABB, Eti-Polam, Jean Mueller, Eaton, Q.Cells str. 14 Maciej Dolata Zabezpieczenia elektryczne w systemach fotowoltaicznych Prawa autorskie: Maciej Dolata, 2015r. http://maciejdolata.com str. 15
