Заштита од грома и пренапона за кровне фотонапонске системе

Тренутно је инсталирано много ПВ система. На основу чињенице да је сопствено произведена електрична енергија генерално јефтинија и пружа висок степен електричне независности од мреже, ПВ системи постаће саставни део електричних инсталација у будућности. Међутим, ови системи су изложени свим временским условима и морају да их издрже деценијама.

Каблови ПВ система често улазе у зграду и протежу се на велике удаљености док не дођу до тачке прикључка на мрежу.

Пражњења грома узрокују електричне сметње засноване на пољу и проводену електричну енергију. Овај ефекат се повећава у односу на повећање дужине кабла или петљи проводника. Пренапонски напони не оштећују само ПВ модуле, претвараче и надзорну електронику, већ и уређаје у инсталацији зграде.

Што је још важније, производни погони индустријских зграда такође могу лако да се оштете и производња може да стане.

Ако се пренапонски ињекти убризгају у системе који су удаљени од електроенергетске мреже, која се назива и самосталним ПВ системима, рад опреме која се напаја соларном електричном енергијом (нпр. Медицинска опрема, водоснабдевање) може бити поремећен.

Неопходност кровног система за заштиту од грома

Енергија коју ослобађа муња један је од најчешћих узрока пожара. Због тога је лична заштита и заштита од пожара од највеће важности у случају директног удара грома у зграду.

У фази пројектовања ПВ система, евидентно је да ли је систем заштите од грома инсталиран на згради. Прописи о градњи неких земаља захтевају да јавне зграде (нпр. Места јавног окупљања, школе и болнице) буду опремљене системом заштите од грома. У случају индустријских или приватних зграда, од њихове локације, врсте конструкције и употребе зависи да ли мора бити инсталиран систем за заштиту од грома. У том циљу мора се утврдити да ли се могу очекивати удари грома или би могли имати озбиљне последице. Конструкције којима је потребна заштита морају бити обезбеђене трајно ефикасним системима заштите од грома.

Према стању научних и техничких сазнања, уградња ПВ модула не повећава ризик од удара грома. Стога се захтев за мере заштите од грома не може извести директно из самог постојања фотонапонског система. Међутим, кроз ове системе у зграду се могу убризгати значајне сметње грома.

Због тога је неопходно утврдити ризик који настаје услед удара грома према ИЕЦ 62305-2 (ЕН 62305-2) и узети у обзир резултате ове анализе ризика приликом инсталирања фотонапонског система.

Одељак 4.5 (Управљање ризиком) Допуне 5 немачког стандарда ДИН ЕН 62305-3 описује да систем заштите од грома дизајниран за класу ЛПС ИИИ (ЛПЛ ИИИ) испуњава уобичајене захтеве за ПВ системе. Поред тога, одговарајуће мере заштите од грома наведене су у немачкој ВдС 2010 смерници (Гром оријентисана на заштиту од удара), коју је објавило Немачко удружење осигурања. Ове смернице такође захтевају да се за кровне ПВ системе инсталира ЛПЛ ИИИ, а самим тим и систем заштите од грома према класи ЛПС ИИИ (> 10 кВ_p) и да се предузму мере заштите од пренапона. По правилу, кровни фотонапонски системи не смеју да ометају постојеће мере заштите од грома.

Неопходност пренапонске заштите за ПВ системе

У случају пражњења грома, индукују се пренапони на електричним проводницима. Уређаји за заштиту од пренапона (СПД) који се морају инсталирати изнад уређаја који ће бити заштићени на страни наизменичне, једносмерне и једносмерне струје и података показали су се врло ефикасним у заштити електричних система од ових деструктивних вршних напона. Одељак 9.1 стандарда ЦЕНЕЛЕЦ ЦЛЦ / ТС 50539-12 (Принципи избора и примене - СПД повезани на фотонапонске инсталације) позива на уградњу пренапонских заштитних уређаја, осим ако анализа ризика не покаже да СПД нису потребни. Према стандарду ИЕЦ 60364-4-44 (ХД 60364-4-44), пренапонски заштитни уређаји такође морају бити уграђени у зграде без спољног система за заштиту од грома, као што су комерцијалне и индустријске зграде, нпр. Пољопривредни објекти. Додатак 5 немачког стандарда ДИН ЕН 62305-3 даје детаљан опис врста СПД-а и њихово место уградње.

Усмеравање каблова ПВ система

Каблови морају бити усмерени на такав начин да се избегну велике проводничке петље. Ово се мора посматрати приликом комбиновања једносмерних кругова да би се формирао низ и приликом међусобног повезивања неколико жица. Штавише, подаци или линије сензора не смеју се преусмерити преко неколико жица и са линијама жица формирати велике проводничке петље. То се мора поштовати и приликом повезивања претварача на мрежну везу. Из тог разлога, водови напајања (једносмерна и наизменична струја) и подаци (нпр. Сензор зрачења, надгледање приноса) морају се провести заједно са проводницима за изједначавање потенцијала дуж целе трасе.

Уземљење ПВ система

ПВ модули су обично фиксирани на металним системима за монтирање. Напонске компоненте под напоном на страни једносмерне струје имају двоструку или ојачану изолацију (упоредиву са претходном заштитном изолацијом) у складу са стандардом ИЕЦ 60364-4-41. Комбинација бројних технологија на страни модула и претварача (нпр. Са или без галванске изолације) резултира различитим захтевима за уземљење. Штавише, систем за надзор изолације интегрисан у претвараче трајно је ефикасан само ако је систем за монтирање повезан са земљом. Информације о практичној примени дате су у додатку 5 немачког стандарда ДИН ЕН 62305-3. Метална подконструкција је функционално уземљена ако се ПВ систем налази у заштићеној запремини система за завршетак ваздуха и ако се одржава растојање раздвајања. Одељак 7 Додатка 5 захтева бакарне проводнике попречног пресека од најмање 6 мм² или еквивалент за функционално уземљење (слика 1). Монтажне шине такође морају бити трајно повезане међусобно помоћу проводника овог пресека. Ако је систем монтирања директно повезан са спољним системом заштите од муње због чињенице да се раздаљина раздвајања с не може одржати, ови проводници постају део система за изједначавање потенцијала грома. Према томе, ови елементи морају бити способни да носе струје грома. Минимални захтев за систем громобранске заштите дизајниран за класу ЛПС ИИИ је бакарни проводник пресека 16 мм² или еквивалент. Такође, у овом случају, монтажне шине морају бити трајно повезане међусобно помоћу проводника овог пресека (слика 2). Функционални проводник за изједначавање потенцијала уземљења / муње треба усмеравати паралелно и што је могуће ближе једносмерном и наизменичном каблу / воду.

УНИ стезаљке за уземљење (слика 3) могу се причврстити на све уобичајене системе монтирања. Они повезују, на пример, бакарне проводнике пресека 6 или 16 мм² и голе уземљене жице пречника од 8 до 10 мм на систем за монтирање на такав начин да могу да носе струје грома. Интегрисана контактна плоча од нерђајућег челика (В4А) обезбеђује заштиту од корозије за системе за монтажу од алуминијума.

Удаљеност раздвајања с према ИЕЦ 62305-3 (ЕН 62305-3) Између система заштите од грома и фотонапонског система мора се одржати одређена раздаљина раздвајања с. Дефинише растојање потребно за избегавање неконтролисаног пребацивања до суседних металних делова који су последица удара грома до спољног система заштите од грома. У најгорем случају, такав неконтролисани прелет може запалити зграду. У овом случају, оштећење ПВ система постаје неважно.

Основне сенке на соларним ћелијама

Растојање између соларног генератора и спољног система за заштиту од грома је апсолутно неопходно за спречавање прекомерног сенчења. Дифузне сенке које бацају, на пример, надземни водови, не утичу значајно на ПВ систем и принос. Међутим, у случају основних сенки, тамно јасно оцртана сенка баца се на површину иза објекта, мењајући струју која тече кроз ПВ модуле. Из тог разлога сенке језгра не смеју бити под утицајем соларних ћелија и припадајућих бајпас диода. То се може постићи одржавањем довољне дистанце. На пример, ако шипка за завршетак ваздуха пречника 10 мм сенчи модул, сенка језгра се непрекидно смањује како се растојање од модула повећава. После 1.08 м на модул се баца само дифузна сенка (слика 4). Анекс А додатка 5 немачког стандарда ДИН ЕН 62305-3 даје детаљније информације о прорачуну сенки језгра.

Специјални пренапонски заштитни уређаји за једносмерну струју и фотонапонске системе

У / И карактеристике фотонапонских извора струје су веома различите од конвенционалних извора једносмерне струје: Они имају нелинеарне карактеристике (слика 5) и узрокују дуготрајну постојаност запаљених лука. Ова јединствена природа извора ПВ струје не захтева само веће ПВ прекидаче и ПВ осигураче, већ и растављач за пренапонски заштитни уређај који је прилагођен овој јединственој природи и способан да се носи са ПВ струјама. Додатак 5 немачког стандарда ДИН ЕН 62305-3 (пододељак 5.6.1, табела 1) описује избор одговарајућих СПД.

Да би се олакшао избор СПД-ова типа 1, табеле 1 и 2 приказују потребну способност ношења импулсне струје грома И_{ђаволак} у зависности од класе ЛПС, одређеног броја доњих проводника спољних система за заштиту од грома, као и типа СПД (одводник заснован на варистору који ограничава напон или одводник заснован на варничару са прекидачем напона). Морају се користити СПД-ови који су у складу са важећим стандардом ЕН 50539-11. Пододељак 9.2.2.7 ЦЕНЕЛЕЦ ЦЛЦ / ТС 50539-12 такође се односи на овај стандард.

Одводник једносмерне струје типа 1 за употребу у ПВ системима:

Мултиполни тип 1 + тип 2 комбиновани одводник једносмерне струје ФЛП7-ПВ. Овај једносмерни прекидачки уређај састоји се од комбинованог уређаја за искључење и кратког споја са Тхермо Динамиц Цонтрол и осигурачем на обилазној путањи. Ово коло сигурно одваја одводник од напона генератора у случају преоптерећења и поуздано гаси једносмерне лукове. Дакле, омогућава заштиту ПВ генератора до 1000 А без додатног резервног осигурача. Овај одводник комбинује одводник струје грома и одводник пренапона у једном уређају, обезбеђујући тако ефикасну заштиту терминалне опреме. Са својим капацитетом пражњења И_укупан од 12.5 кА (10/350 μс), може се флексибилно користити за највише класе ЛПС. ФЛП7-ПВ је доступан за напоне У_ЦПВ од 600 В, 1000 В и 1500 В и има ширину од само 3 модула. Стога је ФЛП7-ПВ идеалан комбиновани одводник типа 1 за употребу у фотонапонским системима напајања.

СПД-ови типа 1 засновани на напонским прекидачима, на пример ФЛП12,5-ПВ, је још једна моћна технологија која омогућава пражњење делимичних струја грома у случају једносмерних ПВ система. Захваљујући технологији искреница и кругу једносмерног гашења који омогућава ефикасну заштиту низводних електронских система, ова серија одводника има изузетно висок капацитет пражњења струје грома И_укупан од 50 кА (10/350 μс) што је јединствено на тржишту.

Одводник типа 2 једносмерне струје за употребу у ПВ системима: СЛП40-ПВ

Поуздан рад СПД-ова у једносмерним ПВ круговима је такође неопходан када се користе пренапонски заштитни уређаји типа 2. У ту сврху одводници пренапонске струје серије СЛП40-ПВ такође имају И заштитни круг отпоран на кварове и такође су повезани са ПВ генераторима до 1000 А без додатног резервног осигурача.

Бројне технологије комбиноване у овим одводницима спречавају оштећења пренапонског заштитног уређаја услед грешака у изолацији у ПВ кругу, ризика од пожара преоптерећеног одводника и одводник доводи у сигурно електрично стање без ометања рада ПВ система. Захваљујући заштитном колу, карактеристика ограничења напона варистора може се у потпуности користити чак и у једносмерним круговима ПВ система. Поред тога, трајно активни пренапонски заштитни уређај минимализује бројне мале вршне напоне.

Избор СПД према нивоу напонске заштите У_p

Радни напон на једносмерној страни ПВ система разликује се од система до система. Тренутно су могуће вредности до 1500 В једносмерне струје. Сходно томе, диелектрична чврстоћа терминалне опреме такође се разликује. Да би се осигурало да је ПВ систем поуздано заштићен, ниво заштите напона У_p на СПД мора бити нижа од диелектричне чврстоће ПВ система који треба да заштити. Стандард ЦЕНЕЛЕЦ ЦЛЦ / ТС 50539-12 захтева да је Уп најмање 20% нижа од диелектричне чврстоће ПВ система. СПД типа 1 или типа 2 морају бити енергетски координисани са улазом терминалне опреме. Ако су СПД већ интегрисани у терминалну опрему, координацију између типа 2 СПД и улазног круга терминалне опреме осигурава произвођач.

Примери примене:

Зграда без спољног система за заштиту од грома (ситуација А)

На слици 12 приказан је концепт заштите од пренапона за ПВ систем инсталиран на згради без спољног система за заштиту од грома. Опасни пренапони улазе у ПВ систем услед индуктивног спајања који настају услед удара грома у близини или путовања из система напајања кроз улаз за услуге до потрошачке инсталације. СПД типа 2 треба инсталирати на следећим локацијама:

- једносмерна страна модула и претварача

- измјенични излаз претварача

- Главна нисконапонска разводна плоча

- Жичани комуникацијски интерфејси

Сваки једносмерни улаз (МПП) претварача мора бити заштићен уређајем за заштиту од пренапона типа 2, на пример серијом СЛП40-ПВ, који поуздано штити једносмерну струју са стране ПВ система. Стандард ЦЕНЕЛЕЦ ЦЛЦ / ТС 50539-12 захтева да се на страни модула инсталира додатни одводник типа 2 дц ако растојање између улаза претварача и ПВ генератора прелази 10 м.

Излази наизменичне струје претварача су довољно заштићени ако је растојање између ПВ претварача и места уградње одводника типа 2 на тачки прикључка на мрежу (довод ниског напона) мањи од 10 м. У случају веће дужине кабла, додатни уређај за заштиту од пренапонске заштите типа 2, на пример, серија СЛП40-275, мора да се инсталира изнад АЦ улаза претварача према ЦЕНЕЛЕЦ ЦЛЦ / ТС 50539-12.

Штавише, пренапонски заштитни уређај типа 2 СЛП40-275 мора бити инсталиран изнад мерача довода ниског напона. ЦИ (Цирцуит Интерруптион) означава координисани осигурач интегрисан у заштитну путању одводника, омогућавајући одводнику употребу у струјном кругу без додатног резервног осигурача. Серија СЛП40-275 доступна је за сваку конфигурацију нисконапонског система (ТН-Ц, ТН-С, ТТ).

Ако су претварачи повезани на податке и сензорске водове ради праћења приноса, потребни су одговарајући уређаји за заштиту од пренапона. Серија ФЛД2, која садржи терминале за два пара, на пример за долазне и одлазне линије података, може се користити за системе података засноване на РС 485.

Зграда са спољним системом заштите од грома и довољним растојањем с (ситуација Б)

Слика КСНУМКС приказује концепт заштите од пренапона за ПВ систем са спољним системом заштите од муње и довољном раздаљином раздвајања између ПВ система и спољног система заштите од грома.

Примарни циљ заштите је избегавање оштећења људи и имовине (пожар зграде) услед удара грома. У том контексту, важно је да ПВ систем не омета спољни систем заштите од грома. Штавише, сам ПВ систем мора бити заштићен од директних удара грома. То значи да ПВ систем мора бити инсталиран у заштићеној запремини спољног система за заштиту од грома. Ову заштићену запремину чине системи за заустављање ваздуха (нпр. Полуге за завршетак ваздуха) који спречавају директне ударе грома у ПВ модуле и каблове. Метода заштитног угла (Слика КСНУМКС) или метода ваљања сфере (Слика КСНУМКС) како је описано у потпоглављу 5.2.2 стандарда ИЕЦ 62305-3 (ЕН 62305-3), може се користити за одређивање ове заштићене запремине. Између свих проводљивих делова фотонапонског система и система за заштиту од грома мора се одржати одређено растојање с. У том контексту, сенке језгра морају бити спречене, на пример, одржавањем довољне удаљености између шипки за завршетак ваздуха и ПВ модула.

Изједначавање потенцијала грома је саставни део система за заштиту од грома. Мора се применити за све проводне системе и водове који улазе у зграду који могу носити струје грома. То се постиже директним повезивањем свих металних система и индиректним повезивањем свих система под напоном преко одводника струје грома типа 1 на систем за уземљење. Изједначавање потенцијала грома треба изводити што је могуће ближе тачки уласка у зграду како би се спречило да делимичне струје грома уђу у зграду. Тачка повезивања на мрежу мора бити заштићена вишеполним СПД типа 1 на бази искришта, на пример комбинованим одводником типа 1 ФЛП25ГР. Овај одводник комбинује одводник струје грома и одводник пренапона у једном уређају. Ако су дужине каблова између одводника и претварача мање од 10 м, обезбеђена је довољна заштита. У случају веће дужине кабла, додатни уређаји за заштиту од пренапонске заштите типа 2 морају се инсталирати узводно од АЦ улаза претварача према ЦЕНЕЛЕЦ ЦЛЦ / ТС 50539-12.

Сваког једносмерног тока улаз претварача мора бити заштићен ПВ одводником типа 2, на пример, серијом СЛП40-ПВ (слика 16). Ово се односи и на уређаје без трансформатора. Ако су претварачи повезани на линије за пренос података, на пример, ради праћења приноса, морају се инсталирати уређаји за заштиту од пренапона који штите пренос података. У ту сврху, ФЛПД2 серија се може обезбедити за линије са аналогним системима и системима сабирница података као што је РС485. Открива радни напон корисног сигнала и прилагођава ниво заштите напона овом радном напону.

Високонапонски отпоран, изоловани ХВИ проводник

Друга могућност одржавања раздаљине раздвајања је употреба високонапонски изолованих ХВИ проводника који омогућавају одржавање раздаљине раздвајања с до 0.9 м у ваздуху. ХВИ проводници могу директно контактирати ПВ систем низводно од крајњег опсега заптивања. Детаљније информације о примени и уградњи ХВИ проводника налазе се у овом Водичу за заштиту од грома или у одговарајућим упутствима за уградњу.

Зграда са спољним системом заштите од грома са недовољним раздаљинама (ситуација Ц)

Ако је кров израђен од метала или га формира сам ПВ систем, раздаљина раздвајања с не може се одржати. Металне компоненте ПВ монтажног система морају бити повезане са спољним системом заштите од грома на такав начин да могу носити струје грома (бакарни проводник попречног пресека од најмање 16 мм² или еквивалент). То значи да се громобранско изједначавање потенцијала мора применити и на ПВ линијама које улазе у зграду споља (слика 17). Према Допуни 5 немачког стандарда ДИН ЕН 62305-3 и стандарда ЦЕНЕЛЕЦ ЦЛЦ / ТС 50539-12, једносмерне струје морају бити заштићене СПД типа 1 за ПВ системе.

У ту сврху се користи комбиновани одводник типа 1 и тип 2 ФЛП7-ПВ. Изједначавање потенцијала грома такође се мора применити у доводу ниског напона. Ако се ПВ претварач (и) налазе (су) на удаљености већој од 10 м од СПД типа 1 инсталираног на тачки прикључка на мрежу, додатни СПД типа 1 мора бити инсталиран на АЦ страни претварача (а) + комбиновани одводник типа 1 ФЛП2ГР). Такође се морају инсталирати одговарајући уређаји за заштиту од пренапона како би се заштитили релевантни подаци за праћење приноса. Уређаји за заштиту од пренапона серије ФЛД25 користе се за заштиту система података, на пример, засновани на РС 2.

ПВ системи са микроинвертерима

Микроинвертери захтевају другачији концепт заштите од пренапона. У ту сврху, једносмерна струја линија модула или пар модула је директно повезана са малим претварачем. У овом процесу морају се избегавати непотребне проводничке петље. Индуктивно спајање у тако мале једносмерне структуре обично има само мали енергетски потенцијал уништења. Опсежно каблирање ПВ система са микроинвертерима налази се на наизменичној страни (слика 18). Ако је микроинвертер директно постављен на модул, уређаји за заштиту од пренапона могу се инсталирати само на наизменичној страни:

- Зграде без система спољне заштите од грома = одводници типа 2 СЛП40-275 за наизменичну / трофазну струју у непосредној близини микроинвертера и СЛП40-275 на доводу ниског напона.

- Зграде са спољним системом заштите од муње и довољним растојањем раздвајања с = одводници типа 2, на пример, СЛП40-275, у непосредној близини микроинвертера и одводника струје грома типа 1 на доводу ниског напона, на пример ФЛП25ГР.

- Зграде са спољним системом заштите од муње и недовољном раздаљином раздвајања с = одводници типа 1, на пример, СЛП40-275, у непосредној близини микроинвертера и одводника струје грома типа 1 ФЛП25ГР на доводу ниског напона.

Неовисно о одређеним произвођачима, микроинвертери имају системе за надзор података. Ако се подаци преко микроинвертера модулирају на наизменичне водове, на одвојеним пријемним јединицама мора бити обезбеђен уређај за заштиту од пренапона (извоз података / обрада података). Исто се односи на интерфејс везе са низводним магистралним системима и њиховим напоном (нпр. Етхернет, ИСДН).

Соларни системи за производњу електричне енергије саставни су део данашњих електричних система. Требали би бити опремљени одговарајућим одводницима струје грома и пренапона, чиме се осигурава дугорочни беспрекорни рад ових извора електричне енергије.