Dobór ograniczników przepięć do instalacji fotowoltaicznej

Rosnąca popularność instalacji opartych na źródłach energii odnawialnej ma dziś związek nie tylko z ekologią, ale również z dążeniem do niezależności energetycznej, co jest zrozumiałe w niepewnych geopolitycznie czasach. Wśród dostępnych rozwiązań na pierwsze miejsce wysuwa się fotowoltaika, z której korzysta obecnie coraz więcej osób prywatnych oraz firm. Dlatego warto się przyjrzeć zagadnieniu właściwego zabezpieczenia instalacji przed uszkodzeniem.

FOT: Stock Adobe / Vadim

Panele fotowoltaiczne zwykle montowane są na dachach, ze względu na największe nasłonecznienie. Niesie to jednak ze sobą pewne zagrożenia, związane z wyładowaniami atmosferycznymi. Dlatego tak istotny jest właściwy dobór ograniczników przepięć. Konieczne jest bowiem zapewnienie optymalnego bezpieczeństwa i czasu pracy instalacji.

Standardy wynikające z przepisów

Zasady ochrony i ocena ryzyka związanego z wyładowaniami, zawarte są w normach PN-HD 60364-7-712 i PN-EN 62305. Zdefiniowane w niej zostały stopnie stref ochrony oznaczone jako LPZ (Lightning Protection Zones). Zgodnie z normami:

• LPZ 0A – to strefa zagrożona bezpośrednimi wyładowaniami i pełnym polem magnetycznym błyskawicy, a także jej pełnym prądem wyładowania,
• LPZ 0B – to obszar, który jest zabezpieczony przed bezpośrednimi wyładowaniami, ale pozostaje narażony na pełne pole elektromagnetyczne wyładowania i właściwego jemu prądu,
• LPZ 1 to strefa, w której prądy udarowe ograniczone są na granicach strefy poprzez podział prądu piorunowego i przez istnienie złączy separujących i/ lub ograniczników przepięć. Pole elektromagnetyczne pioruna może być stłumione przez ekranowanie pomieszczeń.
• LPZ 2 ... n to strefa, w której prądy udarowe mogą być dalej ograniczone na granicach strefy poprzez podział prądu i złącza separujące i/lub przez dodatkowe ograniczniki przepięć. Pole elektromagnetyczne pioruna może być ponadto bardziej tłumione przez dodatkowe ekranowanie pomieszczeń.

Fot. 1. Ogranicznik przepięć ETITEC SM T12 300/12,5 4+0 do zastosowań fotowoltaicznych. FOT: ETI Polam

Dobór ograniczników przepięć

Ważnymi kryteriami doboru SPD są ich wartości nominalne oraz charakterystyka impulsu napięcia dla SPD, uwzględniająca sprzęt, który ma podlegać ochronie. Należy zatem zastosować instalację o właściwej kategorii przepięciowej, o której mowa w IEC 60664-1. Jeśli zgodnie z projektem systemu ochrony odgromowej nie zostały zachowane odpowiednie odstępy izolacyjne od instalacji PV, które zgodnie z normą powinny być większe niż pół metra, lub gdy instalacja zamontowana jest na dachu wykonanym z metalu, konieczne jest zabezpieczenie instalacji od wyładowania bezpośredniego oraz przepięcia (T1 + T2). Jeśli jednak zachowany został odpowiedni odstęp od ochrony odgromowej, a dach wykonany jest z innego materiału niż metal, wystarczy zastosowanie ochronników typu 2.

Fot. 2. Ogranicznik przepięć SPPVT2 do zastosowań fotowoltaicznych. FOT: EATON

Iskiernik czy warystor?

Iskiernik, czyli aparat elektryczny zbudowany z dwóch elektrod przedzielonych izolatorem gazowym lub cieczowym, powoduje, że przy przekroczeniu pewnej wartości napięcia na zaciskach tzw. napięcia zapłonu, rezystancja wewnętrzna iskiernika gwałtownie maleje i zaczyna przewodzić prąd. Natomiast warystor to półprzewodnikowy podzespół elektroniczny (rezystor), o nieliniowej charakterystyce rezystancji, która zależy od napięcia elektrycznego. Przy małych napięciach wykazuje on dużą rezystancję, jednak gdy napięcie przekroczy pewną wartość, charakterystyczną dla danego typu warystora, jego rezystancja szybko maleje, z początkowych setek kiloomów do zaledwie kilkunastu omów.
Zastosowanie każdego z tych urządzeń niesie ze sobą korzyści, ale także ograniczenia, zatem wybór pomiędzy nimi jest związany z pewnym kompromisem. Istotne jest przy tym, że ogranicznik przepięć (SPD) typu 1 musi być podłączony powyżej systemu, a dokładniej – w miejscu przyłącza zasilającego.
Ogranicznik przepięć ma za zadanie ochronić budynek, a także znajdujących się w nim ludzi, przed skutkami bezpośredniego wyładowania atmosferycznego, czyli przed prądem impulsowym, którego wartość szczytowa wynosi 10/350 μs i posiada odpowiedni kształt.

Fot. 3. Rozdzielnica DC w instalacji fotowoltaicznej. FOT: EATON

Ograniczniki przepięć (SPD) typu 2 dedykowane są do usuwania przepięć z obwodów zasilania, nienarażonych na bezpośrednie wyładowanie atmosferyczne. Podłącza się je poniżej SPD typu 1 lub typu 1+2, z zachowaniem minimalnej odległości 1 m. Ich zadaniem jest ochrona maszyn i narzędzi podłączonych do uziemiania, dzięki czemu przeciwdziałają stratom. SPD typu 2 muszą posiadać parametry, które zagwarantują wytrzymanie impulsu fali prądowej 8/20 μs, na co wskazuje norma EN 62305.
W budynku bez instalacji odgromowej, ochrona przed wyładowaniem powinna uwzględniać obwody takie, jak wejście DC i wyjście AC falownika oraz instalację niskiego napięcia. Na wejściu DC do przekształtnika powinno być zainstalowane SPD dedykowane do instalacji PV, uwzględniające wartość napięcia systemu fotowoltaicznego. Na wyjściu AC przekształtnika powinien być zastosowany ogranicznik typu 2, dobrany pod względem rodzaju instalacji. W punkcie podłączenia do instalacji niskiego napięcia, konieczne jest zastosowanie ogranicznika typu 2, z uwzględnieniem typu instalacji (TT lub TN). Bardziej zaawansowane systemy mogą wymagać zainstalowania dodatkowych ograniczników. Po stronie DC, jeśli panele PV zamontowane są dalej niż 10 m od przekształtnika – konieczne jest zainstalowanie jednego ogranicznika najbliżej paneli, a drugiego w sąsiedztwie przekształtnika. Norma EN 50539-11:2010 mówi o modułach przepięciowych SPD, wyposażonych w rozłącznik termiczny, który ma zapewniać bezpieczne rozłączenie niesprawnego warystora do wartości prądu zwarciowego, o wartości równej wytrzymałości zwarciowej (Iscpv). Oznacza to, wystarczające jest zapewnienie prądu zwarciowego Isc < Iscpv lub zwiększenie liczbę linii.

Damian Żabicki

Gdzie zamówić?

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

SYNTEZA OZE

zobacz →