Přepěťová ochrana. Ochrana proti atmosférickému přepětí a přepěťová ochrana pro střídače Sunny Boy asunnytripower

Transkript

1 Přepěťová ochrana Ochrana proti atmosférickému přepětí a přepěťová ochrana pro střídače Sunny Boy asunnytripower Obsah U FV systémů se FV generátor nachází venku, často na budovách. Podle situace se také střídače instalují přímo venku. Již při projektování FV systému by se proto mělo kontrolovat, zda bude třeba učinit opatření proti zásahu bleskem a proti přepětí. Tato opatření mohou být nutná z různých důvodů. Vedle národních technických norem a stavebněprávních předpisů může přepěťovou ochranu vyžadovat také pojistitel FV systému. Která opatření je na příslušném FV systému třeba realizovat, musí zkontrolovat odborník na ochranu proti atmosférickému přepětí. V tomto dokumentu vysvětlíme přepěťovou ochranu obecně a v souvislosti se střídači. Kromě toho zde budou popsány zvláštnosti kombinace svodičů přepětí se střídači SMA. O ochraně proti atmosférickému přepětí se v tomto dokumentu hovoří do takové míry, do jaké hraje roli pro téma přepěťové ochrany. U_Schutz-TI-cs-13 Verze 1.3 1/9

2 Ochrana proti atmosférickému přepětí / přepěťová ochrana 1 Ochrana proti atmosférickému přepětí / přepěťová ochrana Zařízení na ochranu proti atmosférickému přepětí mají odvrátit škody způsobené zásahem blesku do budov. Rozlišuje se zde mezi vnější a vnitřní ochranou proti atmosférickému přepětí. Vnější ochrana proti atmosférickému přepětí slouží k zachycení blesků a jejich odvedení do země. Budovy a jištěná zařízení jsou tak uchráněna před účinky přímého zásahu bleskem. Vnější ochrana proti atmosférickému přepětí sestává ze záchytných zařízení, svodů a příslušného uzemnění. Obr. 1: Vnější ochrana proti atmosférickému přepětí (vlevo) a vnitřní ochrana proti atmosférickému přepětí (vpravo). Legenda: A: vnější ochrana proti atmosférickému přepětí (s připojením k zemniči základové plochy), B: zemnič základové plochy, C: lišta pro vyrovnání potenciálů, D: připojení k veřejné rozvodné síti, E: telefonní přípojka, F: vodovod. Vnitřní ochrana proti atmosférickému přepětí zajišťuje vyrovnání potenciálů mezi kovovými instalacemi a vedeními uvnitř zařízení. Kovové a vodivé součásti zařízení (např. vodovodní potrubí) jsou proto spolu přímo propojeny. Vedení pod napětím (jako připojení k veřejné rozvodné síti nebo telefonní vedení) jsou nepřímo připojena k uzemnění prostřednictvím svodiče přepětí. Přepěťová ochrana slouží k tomu, aby se předešlo poškození elektrických a elektronických přístrojů příliš vysokým napětím. Svodiče přepětí (angl. Surge Protection Device, zkratkou: SPD) v případě zatížení zajišťují vyrovnání potenciálů mezi připojenými vodiči. Zabrání se tak tomu, aby špičky napětí zničily připojené přístroje. SMA Solar Technology AG 2/9

3 Důvody pro ochranu proti atmosférickému přepětí a přepěťovou ochranu 2 Důvody pro ochranu proti atmosférickému přepětí a přepěťovou ochranu Ochrana proti atmosférickému přepětí a přepěťová ochrana může být nutná z různých důvodů. Pro určité typy budov nebo zařízení (např. nemocnice) jsou tyto systémy povinně předepsány. Vlastníci budov často nechávají zařízení na ochranu proti atmosférickému přepětí zřídit, aby dosáhli na výhodnější pojistné podmínky nebo aby objekty, které chtějí chránit, vůbec bylo možné pojistit. Provedení se pak řídí požadavky příslušného pojistitele. Nezávisle na tom se doporučuje provést analýzu rizik. Podle pravděpodobnosti zásahu během provozní doby zařízení a z toho vyplývajícího zničení mohou být náklady na opatření na ochranu proti atmosférickému přepětí a přepěťovou ochranu nižší než škody, které se dají očekávat. U FV systémů, které jsou zřízeny na již existujících budovách, je třeba zohlednit požadavky platné pro tyto budovy. Pokud systém ochrany proti atmosférickému přepětí již existuje, musejí se také pro FV systém provést odpovídající opatření. 3 Typové třídy SPD 1 Svodiče přepětí (SPD) se dělí do tří tříd. Hrubá ochrana (SPD typu I): SPD typu I mají nejvyšší odolnost proti rázovému proudu, protože jsou dimenzovány na zatížení přímým zásahem bleskem. Používají se tam, kde proudy blesku nebo části proudů blesku mohou stékat nejen přes vnější zařízení na ochranu proti atmosférickému přepětí, ale i přes elektrická vedení. S tím je třeba počítat, když je chráněné zařízení s vnějším zařízením na ochranu proti atmosférickému přepětí přímo propojeno nebo například když je vzdálenost oddělující DC vedení od vnější ochrany proti atmosférickému přepětí příliš malá. Výše částí proudů blesku vyplývá z rozdělení proudu na počet svodů zařízení na ochranu proti atmosférickému přepětí a na počet vedení. Podle této hodnoty proudu a také třídy ochrany proti atmosférickému napětí lze zvolit svodič přepětí. Zatímco náklady na SPD typu I pro střídavý proud jsou poměrně nízké, mohou náklady na DC svodiče přepětí, které jsou odolné proti proudům blesku, snadno dosáhnout výše, která FV systém činí neekonomickým. Ekonomičtějším řešením často je přizpůsobit zařízení na ochranu proti atmosférickému přepětí tak, že se zvýší oddělující vzdálenost. Střední ochrana (SPD typu II): Tyto svodiče přepětí mají nižší odolnost proti rázovému proudu a chrání před nepřímými účinky blesku. Při blízkých zásazích bleskem, například do vnějšího zařízení na ochranu proti atmosférickému přepětí, vznikají elektromagnetická pole, která mohou do proudových obvodů navázat nebezpečně vysoká napětí. Vrcholové hodnoty proudů vyplývajících z přepětí jsou však výrazně nižší než příslušný proud blesku. Také doba trvání impulzu, a tím navázaná energie je nižší. K ochraně před tímto typem přepětí se používají SPD typu II. 1. podle normy EN / IEC SMA Solar Technology AG 3/9

4 Typové třídy SPD Jemná ochrana (SPD typu III): SPD typu III mají nejnižší odolnost proti rázovému proudu. Chrání citlivá elektronická koncová zařízení před vazbami, které jsou způsobeny vzdálenými zásahy bleskem. Střídače SMA jsou dimenzovány tak, aby SPD typu III nebyl nutný. U SPD je zbytkové napětí, takzvaná ochranná hladina, na chráněném přístroji obvykle tím vyšší, čím vyšší je odolnost proti rázovému proudu daného SPD. Například u SPD typu I je ochranná hladina většinou vyšší než dielektrická pevnost chráněného přístroje. V tomto případě se dále musí zapojit SPD typu II a případně SPD typu III, aby se ochranná hladina snížila na hodnotu vhodnou pro chráněný přístroj. Obr. 2: ochranná hladina SPD s různou odolností proti rázovému proudu Chcete-li střídač SMA ochránit proti navázaným přepětím, postačí SPD typu II. Dají-li se očekávat části proudů blesku, je třeba použít SPD typu I s dále zapojeným SPD typu II. SMA Solar Technology AG 4/9

5 Kombinace SPD se střídači 4 Kombinace SPD se střídači U střídačů se sledovačem MPP se FV stringy před střídačem sdružují a SPD se připojuje (připojují) až v místě spojení. U střídačů s několika sledovači MPP se SPD, resp. kombinace SPD instaluje pro každý vstup. To se týká například všech střídačů Sunny Boy a Sunny Tripower s multistringovým vstupem. Totéž platí pro střídače s pouze jedním sledovačem MPP, ale několika vstupy, z nichž každý má vlastní stringovou diodu nebo pojistku, jako například střídače z řady STP XX000TLEE. Zde je třeba nainstalovat SPD na každý vstup jištěný stringovou diodou. Obr. 3: jeden FV string na střídači s jedním sledovačem MPP (A), několik FV stringů na střídači s jedním sledovačem MPP (B), několik FV stringů na multistringovém střídači s několika sledovači MPP (C) Pokud se SPD používají na DC straně, jsou SPD vzhledem k rozdílu potenciálů zapotřebí také na AC straně. Na rozdíl od DC strany však lze na AC straně chránit několik střídačů jedním SPD, protože jsou připojeny ke stejnému (síťovému) napětí. Integrace SPD pro AC stranu se u střídačů SMA nepředpokládá, jelikož se často montuje několik střídačů vedle sebe. Samostatná instalace jednoho svodiče přepětí pro všechny střídače je pak cenově výrazně výhodnější. SMA Solar Technology AG 5/9

6 Kombinace SPD se střídači Používá-li se komunikace pomocí kabeláže (např. RS485 nebo Ethernet), musejí i tato připojení být chráněna svodiči přepětí, jelikož jinak může dojít k poškození rozhraní ve střídači, samotného střídače a připojeného komunikačního přístroje v důsledku rozdílných potenciálů. Obr. 4: připojení několika střídačů na AC straně k třífázovému svodiči přepětí Používáte-li stringové pojistky a SPD, musí se SPD nainstalovat na místě spojení sdružených FV stringů za pojistkami (srov. obr. 5 A). Pokud by SPD byl připojen pouze na jednom FV stringu mezi stringovým vstupem a stringovou pojistkou, nebyly by ostatní FV stringy po vybavení pojistky chráněny (srov. obr. 5 B). Obr. 5: několik FV stringů se stringovými pojistkami a společným SPD v místě spojení (A), několik FV stringů se stringovými pojistkami a SPD na jednom FV stringu s vybavenou stringovou pojistkou (B) SMA Solar Technology AG 6/9

7 Kombinace SPD se střídači Dále by se na střídači zvýšila ochranná hladina, pokud by se na některém z ostatních FV stringů vyskytlo přepětí. Indukčnostmi vedení v případě zatížení poklesnou další napětí. V případě nevýhodného uspořádání se ochranná hladina na střídači zvýší (srov. obr. 6). Obr. 6: SPD nainstalovaný za stringovými pojistkami (A) a SPD na stringovém vstupu, jehož stringová pojistka je nahrazena měděným čepem (B) SMA Solar Technology AG 7/9

8 Sunny Tripower s integrovaným SPD 5 Sunny Tripower s integrovaným SPD U některých střídačů SMA 1 ze skupiny Sunny Tripower byl výše uvedený problém vyřešen integrovatelnou přepěťovou ochranou. SPD uvnitř střídačů však mohou působit problémy. Jednak mohou vzniknout škody v důsledku vzájemného působení s EMC filtrem, jednak se v případě vysokým proudem ve svodiči přepětí mohou na obvody uvnitř střídače vázat další napětí. Při vývoji střídačů Sunny Tripower byly tyto potíže od počátku zohledňovány a byla učiněna potřebná protiopatření. Jednak byly EMC filtr a SPD vzájemně sladěny a dále se svodiče přepětí nacházejí v samostatném, stíněném prostoru, takže do spínacích obvodů střídače se nevážou žádná napětí. Svodiče přepětí lze doplnit zastrčením do podstavce, který je součástí standardního vybavení. Do střídače Sunny Tripower lze střední ochranu rychle a za výhodnou cenu doplnit díky integrovatelnému SPD typu II. Vzhledem k prostorovému omezení nelze nainstalovat SPD typu I. Kromě toho se vzhledem k nákladům doporučuje projektovat FV systém tak, aby SPD typu I nebyl zapotřebí. Obr. 7: místo instalace SPD na příkladu střídače z řady STP XX000TL-10 V závislosti na situaci na místě instalace může být smysluplnější SPD nainstalovat na jiném místě (např. u vstupu do budovy, pokud má být realizován systém zón ochrany proti atmosférickému přepětí). Integrovatelné řešení nahrazuje instalaci SPD v samostatném krytu v bezprostřední blízkosti střídače. O tom, zda je tato pozice optimální vzhledem k ochraně FV systém, musí na základě skutečností na místě instalace rozhodnout odborník na ochranu proti atmosférickému přepětí. 1. STP 8000TL-10, STP 10000TL-10, STP 12000TL-10, STP 15000TL-10, STP 17000TL-10, STP 20000TL-30, STP 25000TL-30 SMA Solar Technology AG 8/9

9 Doplňující informace 6 Doplňující informace Další informace k ochraně proti atmosférickému přepětí a přepěťové ochraně naleznete v následujících dokumentech: ČSN EN / VDE Ochrana před bleskem, Část 3: Hmotné škody na stavbách a ohrožení života (2006) ČSN EN / VDE Ochrana před bleskem, Část 3: Hmotné škody na stavbách a ohrožení života, příloha 5 pro fotovoltaická zařízení (2009) Bundesverband Solarwirtschaft, Zentralverband der Deutschen Elektro- und Informationstechnischen Handwerke (2008): Merkblatt für PV-Installteure Blitz- und Überspannungsschutz von Photovoltaikanlagen auf Gebäuden (poučení pro instalační techniky ve fotovoltaice ochrana proti atmosférickému přepětí a přepěťová ochrana fotovoltaických systémů na budovách) (ke stažení v informační sekci webu Beer, Michael (2009): Blitzschutzfibel für Solaranlagen Ratgeber für Solarinstallateure und Blitzschützer (slabikář ochrany proti atmosférickému přepětí pro fotovoltaické systémy rádce pro instalační techniky ve fotovoltaice a odborníky na ochranu proti atmosférickému přepětí), 4., kompletně přepracované a rozšířené vydání, Wagner & Co Cölbe/Marburg ( Dehn + Söhne (2007): Blitzplaner (projektování blesků), 2., aktualizované vydání, Dehn + Söhne GmbH + Co. KG., Neumarkt i. d. OPf. (ke stažení na webu VdS 2010 Risikoorientierter Blitz- und Überspannungsschutz, Richtlinie des Gesamtverbandes der Deutschen Versicherungswirtschaft e.v. (ochrana proti atmosférickému přepětí a přepěťová ochrana se zaměřením na rizika, směrnice zapsaného spolku Ústřední svaz německého pojišťovnictví) (ke stažení na adrese odborné informace ke svodičům přepětí přímo od výrobců SMA Solar Technology AG 9/9