Solidarni z UKRAINĄ!

Na zdjęciu powyżej widzimy pożar instalacji fotowoltaicznej znajdującej się na dachu budynku. Na szczęście nie jest to częsty obraz. Przyglądając się rozwijającemu się rynkowi instalacji fotowoltaicznych należy pamiętać, że w ostatnich latach: szybko wzrasta ilość oraz wielkość instalacji, powstałe instalacje są relatywnie nowe.

Na zdjęciu powyżej widzimy pożar instalacji fotowoltaicznej znajdującej się na dachu budynku. Na szczęście nie jest to częsty obraz. Przyglądając się rozwijającemu się rynkowi instalacji fotowoltaicznych należy pamiętać, że w ostatnich latach: szybko wzrasta ilość oraz wielkość instalacji, powstałe instalacje są relatywnie nowe.

Z pierwszego faktu można wysnuć wniosek, że we wcześniejszych okresach przy mniejszej liczbie pracujących instalacji i relatywnie niskim procencie instalacji wykonanych wadliwie, bezwględna liczba pożarów nie była również duża. Co wraz ze wzrostem ilości obiektów tego typu szybko się zmienia. Z faktu drugiego wynika, że niestety – wraz ze starzeniem się tych instalacji – problemy będą narastać.
Aby rozważyć istotność przyczyn pożarów, a zatem zwrócić uwagę na miejsca, w których można poszukiwać minimalizacji krytycznych zdarzeń spójrzmy na dostępne dane statystyczne (rysunek 1.).
Jednym z najbardziej znaczących źródeł problemów w instalacjach i systemach elektrycznych jest zapewnienie dobrej jakości styku. Z rysunku 1. wynika, że z tym problemem spotykamy się w instalacjach fotowoltaicznych w ponad 50% zdarzeń (puszki łączeniowe 19% + kable 8% + wtyki i zaciski 24%). Najskuteczniejszą metodą redukcji przyczyn w tym obszarze jest podnoszenie jakości sprzętu i techniki montażu. Przyjrzyjmy się zatem bliżej tym zagadnieniom.

Rys. 1. Procentowe przyczyny pożarów w instalacjach PV w Niemczech w latach od 1995 do 2012.Rys. 1. Procentowe przyczyny pożarów w instalacjach PV w Niemczech w latach od 1995 do 2012.

System fotowoltaiczny zazwyczaj zawiera dużą liczbę połączeń wtykowych. Każdy pojedynczy moduł, a także falowniki są zwykle połączone za pomocą takich złączy. Ze względu na ich dużą liczbę istnieje tu spory potencjał występowania punktów wzrostu temperatury, iskrzenia i w reszcie łuków elektrycznych. Postępująca profesjonalizacja w rozwoju komponentów doprowadziła do powstania dostępnych na rynku złączy wtykowych, których przypadkowemu odłączeniu i korozji stykowej można dość niezawodnie zapobiec.
Największe ryzyko tkwi w parowaniu złącz różnych marek oraz w zaciskaniu złączy na kablach w terenie (rysunek 2.) Zawsze należy unikać tego pierwszego, ponieważ nawet jeśli wtyczki dwóch różnych producentów pasują do siebie mechanicznie, rezystancja przejścia elektrycznego może znacznie wzrosnąć, powodując intensywne nagrzewanie się elementu. Od czasu do czasu spotyka się również egzemplarze podrobionych – markowych wtyków i złączy. Jakość takich produktów jest wątpliwa, a jeśli podejrzewa się podróbkę, nigdy nie należy jej stosować.

Rys. 2. Wynik niefortunnego parowania złączy różnych producentów.Rys. 2. Wynik niefortunnego parowania złączy różnych producentów.

Jeżeli złącza muszą być zaciskane na przewodach w terenie w celu umożliwienia połączenia, należy zawsze używać szczypiec zaciskowych wskazanych przez producenta wtyku i z dokładnie zdefiniowaną siłą docisku (rysunek 3. Po lewej stronie). Tylko wtedy można zagwarantować gazoszczelny, stały punkt przyłączenia.
Dla połączeń poszczególnych modułów solarnych, inwertera czy obudowy PV-JB HELUKABEL® dostarcza dowolne odcinki przewodów ze zmontowanymi wtykami PV w konfiguracjach potrzebnych do poszczególnych zastosowań oraz gotowe wiązki kablowe - system Y, T. Co znacznie przyspiesza montaż.

Rys. 3. Porównanie: po lewej - prawidłowe i po prawej - nieprawidłowe zaciskanie złączy w montażu obiektowym/terenowym. Rys. 3. Porównanie: po lewej - prawidłowe i po prawej - nieprawidłowe zaciskanie złączy w montażu obiektowym/terenowym. Rys. 3. Porównanie: po lewej - prawidłowe i po prawej - nieprawidłowe zaciskanie złączy w montażu obiektowym/terenowym.

Zjawisko łuku elektrycznego może wystąpić nie tylko w punktach styku elementów obwodów i ich połączeń, uszkodzona izolacja kabla również może prowadzić do powstania łuku elektrycznego o bardzo dużej energii, jeśli utworzy się połączenie przewodzące między dodatnim i ujemnym zaciskiem (lub, w przypadku uziemionego panelu (lub gałęzi) słonecznego, między nieuziemionym zaciskiem, a obiektem o potencjale ziemi/masy).
Jedynym sposobem na uniknięcie takich łuków elektrycznych jest zastosowanie przewodów o odpowiednio wytrzymałej izolacji.
Można to uzyskać zarówno gdy przewody dodatnie, jak i ujemne są podwójnie izolowane, albo ich izolacja jest wzmocniona lub w przypadku izolacji pojedynczej prowadzone są w oddzielnych układach tras kablowych.

Łuk elektryczny, biorąc pod uwagę cztery warstwy izolacyjne między przewodami dodatnim i ujemnym staje się wysoce nieprawdopodobny. Aby tylko minimalne niebezpieczne przepięcia były indukowane przez uderzenie pioruna, wielkość pętli utworzonej przez okablowanie powinna być jak najmniejsza. Jednak ryzyko powstania łuku elektrycznego równoległego, czyli kontaktu dwóch przewodów o przeciwnej biegunowości, musi być jak najmniejsze. Oba wymagania są spełnione przez ułożenie obok siebie podwójnie izolowanych kabli lub oddzielne poprowadzenie dwóch głównych linii w bezpośrednio przyległych kanałach kablowych. Prowadzenie kabli powinno również obciążać izolację kabla w jak najmniejszym stopniu. warunkami środowiskowymi. Oznacza to w szczególności, że prowadzenie kabli powinno być tak przemyślane, aby były one w jak najmniejszym stopniu wystawione na bezpośrednie działanie promieni słonecznych (nawet jeśli są odporne na UV), nie należy również umieszczać ich w miejscach, gdzie może gromadzić się woda lub prowadzić po ostrych krawędziach konstrukcji. O ile to możliwe należy trasy kablowe dobierać w sposób utrudniający dostęp do nich gryzoniom.

Rys. 4. Węże osłonowe HELUcond odporne na promieniowanie UV.Rys. 4. Węże osłonowe HELUcond odporne na promieniowanie UV.

Kable należy zamocować w taki sposób, aby wiatr nie powodował ocierania się przewodów, co może prowadzić do uszkodzenia izolacji wskutek tarcia o stałe elementy konstrukcji. Należy również przestrzegać wartości dopuszczalnych promieni gięcia. W szczególnie niebezpiecznych dla izolacji kabli miejscach należy osłonić ją peszlami lub wężami (rysunek 4.). Oczywiście wszystkie opisane wyżej środki redukujące ryzyko pożaru i/lub porażenia prądem elektrycznym są ważne dla bezpieczeństwa systemu, lecz nie należy zapominać o nadzorowaniu stanu instalacji PV. W przypadku znacznych uszkodzeń układu izolacyjnego można je dostrzec w czasie inspekcji bez użycia urządzeń pomiarowych. Jednak ciągłe monitorowanie parametrów izolacyjnych systemu ma znaczącą przewagę, ponieważ nie tylko jest bardziej niezawodne, ale i pozwala z wyprzedzeniem wykryć narastający problem, a w konsekwencji zapobiec pożarowi. Można przyjąć, że znaczące ryzyko pożaru występuje w wyniku przepływu prądu na poziomie od 300 mA.

Rys. 5. Kabel SOLARFLEX®-X H1Z2Z2-K NTS z osłoną przed gryzoniami.Rys. 5. Kabel SOLARFLEX®-X H1Z2Z2-K NTS z osłoną przed gryzoniami.

Małe instalacje fotowoltaiczne, przeznaczone do wykorzystania, np. w domach jednorodzinnych, są z natury bardzo uproszczone. Składają się na nie zwykle pojedyncze moduły ogniw łączone w jedną lub dwie gałęzie i przekształtnik dopasowujący wytworzoną energię do napięć i częstotliwości sieci (rzadziej sieć mikroinwerterów). Najczęściej jest to przekształtnik beztransformatorowy, a całość pracuje jako sieć uziemiona w układzie TN-S. W takich instalacjach informację o stanie izolacji uzyskuje się monitorując poziomu prądu upływu. Należy przy tym pamiętać, że ogniwa fotowoltaiczne wytwarzają napięcia stałe więc, w przypadku wystąpienia zwarć doziemnych, w ścieżce prądu upływu pojawiają się składowe stałe. Dlatego jako elementy monitorujące prądy różnicowe muszą być tu zastosowane przekaźniki różnicowoprądowe typu B czyli reagujące na dowolny rodzaj prądu różnicowego: sinusoidalny, odkształcony oraz na gładki stały (rysunek 7.A).

Rys. 6. W elektrowniach przemysłowych stosuje się systemy fotowoltaiczne izolowane galwanicznie od sieci publicznej lub od ziemi.Rys. 6. W elektrowniach przemysłowych stosuje się systemy fotowoltaiczne izolowane galwanicznie od sieci publicznej lub od ziemi.

Tylko takie urządzenie zapewni właściwą reakcję przy wystąpieniu uszkodzenia w dowolnym miejscu instalacji. Inaczej wygląda to w elektrowniach nastawionych na produkcję energii. Tu każda przerwa w pracy stanowi istotną stratę finansową, niezawodność jest obok bezpieczeństwa eksploatacji, parametrem krytycznym. Dlatego stosuje się tam systemy fotowoltaiczne izolowane galwanicznie od sieci publicznej lub od ziemi, definiowane jako sieci izolowane (układ IT) zgodnie z PN HD 60364-4-41 i PN-HD 60364- 7-712. Co jest znaną w innych branżach praktyką (szpitalnictwo, górnictwo, energetyka zawodowa itd.) Olbrzymią zaletą sieci nieuziemionych jest to, że pierwsze doziemienie nie tworzy krytycznego problemu i nie wymaga przerwania ich pracy (do czasu wystąpienia drugiego doziemienia). W odróżnieniu od sieci uziemionych sieci izolowane mogą kontynuować w tych warunkach pracę pod warunkiem, że informacja o tym stanie jest przekazana do obsługi. Do kontroli stanu izolacji i wykrywania doziemień służą przekaźniki kontroli izolacji (rysunek 7.B), gdyż pomiar upływu nie miałby sensu. W odróżnieniu do instalacji beztransformatorowych rezystancja izolacji jest monitorowana w sposób ciągły, także podczas pracy systemu. Dobór przekaźników i ich parametrów (nastawialnych) zależy m.in. od parametrów sieci: wartości i rodzaju napięcia, pojemności doziemnych, zakłóceń i innych.

Rys. 7. Przykładowe przekaźniki zabezpieczające instalacje PV: A – Specjalizowany do systemów PV przekaźnik różnicowoprądowy RCMA126/RCMB100 do sieci TN-S; B - przekaźnik isoPV do sieci IT (Bender/Pro-Mac).Rys. 7. Przykładowe przekaźniki zabezpieczające instalacje PV: A – Specjalizowany do systemów PV przekaźnik różnicowoprądowy RCMA126/RCMB100 do sieci TN-S; B - przekaźnik isoPV do sieci IT (Bender/Pro-Mac).

W przypadku instalacji solarnych montowanych na budynkach największym problemem, gdy dochodzi już do pożaru jest ciągłe generowanie energii, a dokładniej występowanie niebezpiecznego napięcia dotykowego, co w przypadku gaszenia za pomocą strumienia wody jest źródłem znacznego ryzyka. Napięcie nie jest wytwarzane jedynie przy braku oświetlenia paneli PV. Znane są nawet przypadki porażenia przy prowadzeniu akcji gaśniczej nocą przy użyciu reflektorów! Ponieważ istnieją już środki oraz procedury redukujące niniejsze ryzyko, pozostaje problem ostrzeżenia osób prowadzących akcję gaśniczą o istnieniu na budynku instalacji PV, poniżej na rysunku 8. pokazano właściwe oznakowanie ostrzegawcze. Oczywiście te same zagrożenia występują w przypadku podejmowania czynności serwisowych (dodatkowo rysunek 9.). Obecnie zagadnienie gaszenia instalacji PV jest już dość dobrze znane – opracowano nawet pomocnicze środki gaśnicze wytwarzające nieprzepuszczalną dla światła warstwę na powierzchni paneli – zmniejszającą wartość generowanego napięcia oraz urządzenia gaśnicze nie wytwarzające ciągłego strumienia wody. Ryzyko jednak nadal istnieje, dlatego oznakowanie ostrzegawcze nadal jest bardzo ważne.

Rys. 8. Oznakowanie ostrzegawcze związane z prowadzeniem akcji gaśniczej.Rys. 8. Oznakowanie ostrzegawcze związane z prowadzeniem akcji gaśniczej.
Rys. 9. Oznakowanie ostrzegawcze związane z wykonywaniem czynności serwisowo-konserwacyjnych.Rys. 9. Oznakowanie ostrzegawcze związane z wykonywaniem czynności serwisowo-konserwacyjnych.

Marek Trajdos
Konsultant ds. Technicznych
HELUKABEL Polska

Fachowy Elektryk poleca

Gdzie zamówić?

Jesteś zainteresowany podobnymi produktami lub usługami?
Kliknij w wybraną wizytówkę, żeby dowiedzieć się więcej.



x