Wybór urządzeń ochrony przeciwprzepięciowej Wybór urządzeń ochrony przeciwprzepięciowej dla systemów fotowoltaicznych - Instalacja SPD

1. Czynniki wpływające na instalację SPD

Przepięcia w dachowych systemach fotowoltaicznych (PV) są spowodowane głównie przez bezpośrednie uderzenia pioruna (w lub w pobliżu budynku lub urządzeń PV z LPS), napięcie indukowane w wyniku zmian pola elektrycznego związanych z wyładowaniami atmosferycznymi lub operacje przełączania w sieciach dystrybucji prądu przemiennego/stałego. Aby ocenić potrzebę zastosowania ochrony przeciwprzepięciowej i określić odpowiednią strategię ochrony, należy przyjąć znamionowe napięcie udarowe wytrzymywane (Uw) urządzenia jako punkt odniesienia. O ile ocena ryzyka nie stanowi inaczej, urządzenia SPD powinny być instalowane zarówno po stronie prądu stałego, jak i przemiennego instalacji PV.

Urządzenia w systemie fotowoltaicznym, które mogą wymagać ochrony, to m.in.:

Falowniki, w tym interfejsy do systemu prądu przemiennego niskiego napięcia i systemu prądu stałego, zespoły fotowoltaiczne, wewnętrzne okablowanie systemu fotowoltaicznego, komponenty instalowane pomiędzy falownikiem a zespołami fotowoltaicznymi, takie jak skrzynki rozdzielcze; sprzęt służący do monitorowania i sterowania systemem fotowoltaicznym.

Zgodnie z normą IEC 61643-12 i odpowiednimi sekcjami normy GB/T 21714, wybór i instalacja urządzeń SPD w systemach fotowoltaicznych zależą od wielu czynników. Należą do nich: gęstość wyładowań atmosferycznych (NG) [1/km²·rok] lub średnia liczba dni burzowych w roku (T), charakterystyka sieci niskiego napięcia (np. linie napowietrzne lub kable podziemne) oraz rodzaj chronionego sprzętu, a także to, czy zainstalowano zewnętrzny system ochrony odgromowej (LPS) w celu ochrony systemu fotowoltaicznego przed bezpośrednimi uderzeniami pioruna.

Jeżeli występuje zewnętrzny LPS, wymagania dotyczące SPD zależą od poziomu ochrony (klasy) LPS i od tego, czy zachowana jest wymagana odległość separacji (S) między LPS a systemem fotowoltaicznym (izolowany lub nieizolowany LPS).

2. Wpływ różnych konfiguracji zewnętrznych LPS na ochronę odgromową systemów fotowoltaicznych

Instalacje SPD w systemach fotowoltaicznych na dachach można ogólnie podzielić na trzy kategorie, w zależności od obecności i rodzaju zewnętrznego LPS:

(1) Systemy fotowoltaiczne bez zewnętrznego LPS

Jak pokazano na schemacie (nieuwzględnionym tutaj), jeśli budynek nie jest wyposażony w zewnętrzny system ochrony odgromowej, należy zainstalować ograniczniki przepięć (SPD) na podstawie wyników oceny ryzyka wyładowań atmosferycznych. Zaleca się zainstalowanie ograniczników przepięć zarówno po stronie prądu przemiennego, jak i stałego, w celu ochrony krytycznych komponentów fotowoltaicznych.

Po stronie prądu stałego (DC), w pobliżu skrzynki przyłączeniowej fotowoltaiki lub zespołu paneli fotowoltaicznych (jeśli skrzynka przyłączeniowa nie jest używana), należy zainstalować ogranicznik przepięć typu 2 DC (oznaczony jako DC1). Ten ogranicznik chroni budynek przed przepięciami zewnętrznymi przenoszonymi przez kable fotowoltaiczne i zazwyczaj jest instalowany tuż za wejściem kabli fotowoltaicznych do budynku. Kolejny ogranicznik przepięć typu 2 DC (oznaczony jako DC2) należy zainstalować w pobliżu wejścia DC falownika. Jeśli długość kabla między DC1 a falownikiem jest mniejsza niż 10 metrów, można pominąć DC1.

Po stronie AC zaleca się zastosowanie ogranicznika przepięć AC typu 2 (oznaczonego jako AC1) na wejściu sieci AC, zazwyczaj zlokalizowanym przy głównej tablicy rozdzielczej. Urządzenie to chroni przed przepięciami pochodzącymi z sieci elektroenergetycznej. To, czy AC1 jest potrzebne w systemie bez zewnętrznej ochrony odgromowej, zależy od wyników oceny ryzyka wyładowań atmosferycznych. Aby chronić drogi falownik, w pobliżu wyjścia AC falownika zazwyczaj instaluje się ogranicznik przepięć AC typu 2 (oznaczony jako AC2). Jeśli długość kabla między AC1 a AC2 jest mniejsza niż 10 metrów, można pominąć AC2. Szczegółowe informacje można znaleźć w tabeli konfiguracji.

(2) Systemy fotowoltaiczne z zewnętrznym LPS, które spełniają wymaganą odległość separacji (izolowany LPS)

Jak pokazano na schemacie, jeśli budynek posiada zewnętrzny system ochrony odgromowej (taki jak pręty lub taśmy odgromowe), a instalacja fotowoltaiczna na dachu jest chroniona przez ten system, przy zachowaniu odpowiedniej odległości od instalacji, uznaje się, że instalacja fotowoltaiczna jest wyposażona w izolowany LPS. Nawet w takim przypadku instalacja SPD jest nadal konieczna.

W systemach z izolowanym LPS, konfiguracja SPD jest podobna do instalacji bez zewnętrznego zabezpieczenia odgromowego. SPD DC typu 2 należy zainstalować w pobliżu skrzynki rozdzielczej lub, jeśli skrzynka rozdzielcza nie jest używana, w pobliżu instalacji fotowoltaicznej. Kolejny SPD DC typu 2 należy umieścić w pobliżu strony DC falownika, a SPD AC typu 2 w pobliżu strony AC falownika. Ponieważ jednak system fotowoltaiczny jest podłączony do budynku, SPD AC typu 1 jest również wymagany w głównej rozdzielnicy AC, gdzie zasilanie sieciowe wchodzi do budynku. Szczegółowe wskazówki dotyczące rozmieszczenia znajdują się w tabeli konfiguracji.

(3) Systemy fotowoltaiczne z zewnętrznymi LPS, które nie spełniają wymaganej odległości separacji (nieizolowane LPS)

W dachowych systemach fotowoltaicznych, w których panele znajdują się zbyt blisko zewnętrznego systemu ochrony odgromowej (LPS) i nie mogą zachować wymaganej odległości bezpieczeństwa, wszystkie metalowe części systemu muszą być podłączone do LPS, aby zapewnić prawidłowe wyrównanie potencjałów piorunowych. Jest to powszechnie stosowane podejście w przypadku dachowej ochrony odgromowej. W tym układzie kable AC i DC są traktowane jako przewody równoległe w systemie uziemienia, co oznacza, że ​​mogą być bezpośrednio narażone na działanie prądu piorunowego. Dlatego IEC zaleca stosowanie ograniczników przepięć typu 1 (SPD) – zazwyczaj razem z SPD typu 2 – w kluczowych punktach systemu: tam, gdzie kable PV wchodzą do budynku, oraz po obu stronach AC i DC ważnych urządzeń, takich jak falownik.

Jak pokazano na schemacie, DC1 należy zainstalować jak najbliżej skrzynki rozdzielczej lub w pobliżu instalacji fotowoltaicznej, jeśli jej nie ma. DC2 i AC2 należy umieścić w pobliżu falownika, aby zapewnić mu lepszą ochronę. W większości przypadków wymagane są zarówno AC1 (przy panelu głównym), jak i AC2 (w pobliżu falownika). Jeśli jednak falownik jest zainstalowany wewnątrz panelu głównego i mają wspólne uziemienie, a długość przewodów jest mniejsza lub równa 0,5 metra, AC2 może nie być konieczne. Szczegółowe wskazówki dotyczące instalacji można znaleźć w tabeli.

1: DC1 można pominąć w następujących przypadkach: jeśli długość kabla między DC1 a falownikiem jest mniejsza niż 10 metrów, a poziom ochrony napięciowej (Up) AC2 jest mniejszy lub równy 0,8-krotności znamionowego napięcia udarowego wytrzymywanego przez zespół fotowoltaiczny (Uw); lub jeśli Up AC2 jest mniejszy lub równy 0,5-krotności Uw, a przewód PE (uziemienie ochronne) jest poprowadzony w pobliżu kabli DC.

2: AC2 można pominąć pod następującymi warunkami: jeśli długość kabla pomiędzy AC1 i AC2 jest mniejsza niż 10 metrów; lub jeśli falownik i główna tablica rozdzielcza korzystają z tej samej elektrody uziemiającej, a kable połączeniowe SPD nie są dłuższe niż 0,5 metra — na przykład, jeśli falownik jest zainstalowany wewnątrz głównego panelu.

3. Minimalny przekrój przewodów uziemiających SPD: W przypadku SPD typu 2, miedziany przewód uziemiający nie powinien być mniejszy niż 6 mm²; w przypadku SPD typu 1, nie powinien być mniejszy niż 16 mm².

Wybór ograniczników przepięć po stronie DC w dachowych systemach fotowoltaicznych zależy głównie od sposobu zabezpieczenia budynku przed wyładowaniami atmosferycznymi oraz sposobu okablowania instalacji. Zgodnie z tabelą konfiguracji i normami IEC, po stronie DC falownika zawsze powinien znajdować się ogranicznik przepięć. Dodatkowe ograniczniki przepięć w pobliżu skrzynki przyłączeniowej – lub w pobliżu paneli fotowoltaicznych, jeśli takiej skrzynki nie ma – są potrzebne tylko wtedy, gdy kabel między panelami a falownikiem jest dłuższy niż 10 metrów.

Należy jednak pamiętać, że nie wszędzie tak się to robi. W niektórych krajach – na przykład w Niemczech – zasady są zasadniczo odwrotne. Tam zabezpieczenie przeciwprzepięciowe DC jest zawsze instalowane tuż przy panelach fotowoltaicznych i wystarczy je dodać w pobliżu falownika tylko wtedy, gdy długość kabla przekracza 10 metrów.