Ograniczniki przepięć do ochrony instalacji fotowoltaicznych

Większość paneli PV montowanych jest na dachach, co daje najlepszy dostęp do światła słonecznego. Jednocześnie przez to instalacja jest narażona na wyładowania atmosferyczne: pośrednie, bezpośrednie bądź oba z nich. Warto zatem poznać zasady doboru ograniczników przepięć po to, aby zapewnić maksymalne bezpieczeństwo i długi czas pracy.

Podstawowe zasady ochrony i oceny ryzyka opisują normy PN-HD 60364-7-712 i PN-EN 62305. Standardy te określają kilka stopni stref ochrony przed wyładowaniami (LPZ, Lightning Protection Zones):

• LPZ 0A – to obszar zagrożony przez bezpośrednie wyładowania i pełne pole magnetyczne błyskawicy oraz jej pełny prąd wyładowania,
• LPZ 0B – to strefa zabezpieczona przed bezpośrednimi wyładowaniami, ale narażona na pełne pole elektromagnetyczne wyładowania i jej przynależnego prądu,
• LPZ 1 – to obszar wewnątrz budynku, dlatego nienarażony na bezpośrednie wyładowanie atmosferyczne, w którym prądy udarowe poprzez podział prądu i przez SPD są ograniczone do właściwych dla strefy. Obszar ten na przejściu ze strefy LPZ 0A i LPZ 0B jest chroniony przez ochronniki przepięciowe (SPD) typu 1,
• LPZ 2 – to strefa, zazwyczaj pojedyncze pomieszczenie, w której prądy udarowe są dalej ograniczane na jej granicy przez podział prądu i dodatkowe SPD. Obszar na przejściu od LPZ 1 jest chroniony przez ochronniki (SPD) typu 2,
• LPZ 3 – to strefa wewnątrz pomieszczenia, w której prądy udarowe poprzez podział prądu i dodatkowe dalsze SPD na krótkich przewodach i w bezpośredniej bliskości zagrożonych urządzeń są dalej ograniczane.

Jak dobrać ogranicznik przepięć i jego typ?

Dokonując wyboru SPD, trzeba zwrócić szczególną uwagę na nominalną wartość i charakterystykę impulsu napięcia dla SPD w odniesieniu do sprzętu podlegającego ochronie. To z kolei wiąże się z instalacją odpowiedniej kategorii (kategoria przepięciowa) opisanej w IEC 60664-1. W przypadku, gdy zaprojektowany system ochrony odgromowej nie zachowuje właściwych odstępów izolacyjnych od instalacji fotowoltaicznej (zwykle >0,5 m, co wynika z normy) lub gdy instalacja jest zamontowana na metalowym dachu, należy zabezpieczyć instalacje od wyładowania bezpośredniego i przepięcia (T1 + T2). W odwrotnym przypadku, gdy mamy zachowany odpowiedni odstęp od ochrony odgromowej i dach nie jest metalowy, można zainstalować tylko ochronniki typu 2.

Warystor, iskiernik, a może ich kombinacja?

Zarówno iskiernik, jak i warystor mają wady i zalety, nie możemy zatem z góry stwierdzić, co jest lepszym rozwiązaniem w danej sytuacji. Ogranicznik przepięć (SPD) typu 1 musi być podłączony powyżej systemu, w miejscu przyłącza zasilającego.

SPD ochrania budynek i ludzi przed ryzykiem bezpośredniego wyładowania atmosferycznego i musi zapewnić ochronę przed prądem impulsowym o wartości szczytowej 10/350 μs i kształcie jak pokazano na rysunku 1.

 

Rys. 1. Kształt impulsu 10/350 μs

 

Rys. 2. Charakterystyka fali prądowej 8/20 μs

Ograniczniki przepięć (SPD) typu 2 są przeznaczone do niwelowania przepięć z obwodów zasilania, które nie są narażone na bezpośrednie wyładowanie atmosferyczne. Są one podłączane poniżej SPD typu 1 lub typu 1+2 (minimalna odległość 1 m) i chronią maszyny i narzędzia podłączone do uziemiania, dzięki czemu zapobiegają stratom. Parametry SPD typu 2 muszą gwarantować wytrzymanie impulsu fali prądowej 8/20 μs jak na rysunku 2 (wg EN 62305). Porównanie kształtu impulsów z obu rysunków pokazuje jak wiele więcej energii kontroluje ogranicznik przepięć typu 1 + 2.

 

Rys. 3. Schemat przykładowego systemu PV zainstalowanego na budynku bez instalacji odgromowej chronionej od strony DC za pomocą SPD z napięciem 420 V a od strony AC z ogranicznikiem 7P.22 dla sieci TT

Schemat pokazany na rysunku 3 przedstawia uproszczony system fotowoltaiczny zainstalowany na budynku bez instalacji odgromowej. W takim systemie ochrona przed wyładowaniami musi uwzględniać następujące obwody: wejście DC i wyjście AC falownika oraz instalację niskiego napięcia. Na wejściu DC do przekształtnika należy zainstalować SPD przeznaczone do systemów fotowoltaicznych w zależności od napięcia systemu PV. Na wyjściu AC przekształtnika musi być zainstalowany ogranicznik typu 2 odpowiedni do rodzaju instalacji. W miejscu podłączenia do instalacji niskiego napięcia należy zainstalować ogranicznik typu 2 zależnie od typu instalacji (TT, TN). W bardziej złożonych systemach może zaistnieć potrzeba zainstalowania dodatkowych SPD. Po stronie DC, jeśli panele PV znajdują się dalej niż 10 m od przekształtnika – należy zainstalować jeden SPD najbliżej paneli, a drugi blisko przekształtnika.

Zgodnie z wymaganiami normy EN 50539- -11:2010 moduły przeciwprzepięciowe SPD firmy Finder są wyposażone w rozłącznik termiczny, którego zadaniem jest bezpieczne rozłączenie zużytego lub uszkodzonego warystora do wartości prądu zwarciowego równego wartości wytrzymałości zwarciowej (Iscpv), jak to określono w danych ogólnych. Wystarczy więc zapewnić, aby prąd zwarciowy Isc < Iscpv lub zwiększyć liczbę linii.

Warto pamiętać, że firma Finder ma pełną gamę produktów do ochrony przepięciowej DC i AC typu 1, 2, 1+2, 3 oraz 2+3, od aplikacji wysokoprądowych przez aplikacje sterujące (Ethernet, RS-485).

Finder Polska Sp. z o.o.
tel. 61 865 94 07
www.findernet.com
finder.pl@findernet.com