Kritéria pro výběr zařízení na ochranu proti poruchovému proudu Použití zařízení na ochranu proti poruchovému proudu u střídačů SUNNY BOY, SUNNY MINI CENTRAL a SUNNY TRIPOWER Obsah Při instalaci střídačů často vznikají nejasnosti ohledně použití zařízení na ochranu proti poruchovému proudu. U FV systémů je v tomto ohledu možné se orientovat především podle norem DIN VDE 0100-410 (IEC 60364-4-41:2005) a DIN VDE 0100-712 (IEC60364-7-712:2002). Zde se zařízení na ochranu proti poruchovému proudu používá jako ochrana proti nepřímému dotyku (ochrana osob). RCD-TI-cs-43 Verze 4.3 1/11
Vysvětlení pojmů 1 Vysvětlení pojmů 1.1 Ochranné opatření podle normy DIN VDE 0100-410 (IEC 60364-4-41:2005) Ochranné opatření proti úrazu elektrickým proudem podle této normy zahrnuje dvě dílčí opatření: Základní ochrana: ochrana proti přímému dotyku. Poruchová ochrana: ochrana při výskytu poruchy. Toto dílčí opatření se aktivuje v případě, že základní ochrana již není účinná, a zabraňuje poranění osob. Jako ochranné opatření pro AC instalaci FV systému se většinou používá ochrana automatickým vypnutím napájení proudem. Vedle izolace aktivních součástí, což představuje základní ochranu, je poruchová ochrana zajištěna ochranným vyrovnáním potenciálů a vypínacím zařízením. Toto zařízení se musí vypnout během stanovených časových limitů od výskytu poruchy (při 230 V AC 0,2 s v TT sítích, resp. 0,4 s v TN sítích). 1.2 Typy sítí TT síť SMA Solar Technology AG 2/11
Vysvětlení pojmů TN sítě TN-C síť TN-S síť TN-C-S síť SMA Solar Technology AG 3/11
Vysvětlení pojmů 1.3 Zkratky, symboly a značky JV jistič vedení značka jističe vedení ve schématu zapojení RCD zařízení na ochranu proti poruchovému proudu ( Residual Current Device ) RCMU kontrolní jednotka poruchového (AC/DC) proudu ( Residual Current Monitoring Unit ) I a proud, který vyvolá automatické vypnutí během požadované doby (zkratová ochrana) V případě charakteristiky B jističe vedení se jedná o pětinásobek jmenovitého proudu (I jmen ) JV. V případě charakteristiky C se jedná o desetinásobek, např. JV C16A => I a = 160 A. I jmen jmenovitý proud jističe vedení I Δf jmenovitý rozdílový proud zařízení na ochranu proti poruchovému proudu R A součet odporů zemniče a ochranného vodiče chráněného tělesa U 0 jmenovité střídavé napětí vnějšího vodiče vůči zemi Z S impedance poruchové smyčky, složená ze zdroje elektrického proudu, vnějšího vodiče až k místu poruchy a ochranného vodiče mezi místem poruchy a zdrojem elektrického proudu R A a Z S vtt síti Z S v TN síti SMA Solar Technology AG 4/11
Možnosti vypnutí 2 Možnosti vypnutí Automatického vypnutí lze podle normy DIN VDE 0100-410 (IEC 60364-4-41:2005) dosáhnout použitím ochranného vyrovnání potenciálů v kombinaci s jističem vedení nebo zařízením na ochranu proti poruchovému proudu. 2.1 Automatické vypnutí jističem vedení Jistič vedení zajistí automatické vypnutí, pokud jsou splněny následující podmínky: TN síť: Jistič vedení dokáže zajistit ochranu automatickým vypnutím, pokud. TT síť: Pro zajištění poruchové ochrany je přednostně určeno zařízení na ochranu proti poruchovému proudu. Jistič vedení však dokáže ochranu automatickým vypnutím zajistit i zde, pokud. Příklad: vypnutí jističem vedení v případě poruchy v TN-C-S síti SMA Solar Technology AG 5/11
Možnosti vypnutí 2.2 Automatické vypnutí zařízením na ochranu proti poruchovému proudu Zařízení na ochranu proti poruchovému proudu zajistí automatické vypnutí, pokud jsou splněny následující podmínky: TN síť: V TN síti jsou poruchové proudy výrazně vyšší než jmenovitý rozdílový proud I Δf zařízení na ochranu proti poruchovému proudu, a doby vypnutí jsou tak se zařízením na ochranu proti poruchovému proudu vždy dodrženy. V TN-C sítích není použití zařízení na ochranu proti poruchovému proudu povoleno! TT sítě: Pro zajištění poruchové ochrany je přednostně určeno zařízení na ochranu proti poruchovému proudu. Zařízení na ochranu proti poruchovému proudu dokáže zajistit ochranu automatickým vypnutím, pokud. Příklad: vypnutí zařízením na ochranu proti poruchovému proudu v případě poruchy v TT síti 2.3 Výběr možnosti vypnutí Je třeba zkontrolovat, zda jistič vedení určený k ochraně vedení je dostačující pro automatické vypnutí (viz kapitola 2.1 Automatické vypnutí jističem vedení (Strana 5)). Pokud je tento předpoklad splněn, prochází poruchovou smyčkou proud (v závislosti na velikosti impedance smyčky), který je vyšší než vybavovací proud I a (u zkratové ochrany). Jistič vedení se tak dokáže vypnout v požadovaných časových limitech. Pokud je impedance smyčky příliš vysoká, je nutné navíc použít zařízení na ochranu proti poruchovému proudu (kromě TN-C sítí). SMA Solar Technology AG 6/11
Další důvody pro použití zařízení na ochranu proti poruchovému proudu 3 Další důvody pro použití zařízení na ochranu proti poruchovému proudu 3.1 Instalace ve venkovních prostorech Často se setkáváme s názorem, že pro instalace ve venkovních prostorech je vždy nutné použít zařízení na ochranu proti poruchovému proudu. Podle normy DIN VDE 0100-410 (IEC 60364-4-41:2005) se však tento požadavek vztahuje pouze na koncové proudové okruhy určené pro přenosné venkovní komponenty se jmenovitým proudem do 32 A. 3.2 Požadavky provozovatele sítě Jednotliví provozovatelé rozvodných a distribučních sítí upravují obecně platné technické podmínky připojení (TPP) podle svých sítí, a odchylují se tak od standardních požadavků. Tyto specifické technické podmínky připojení mohou obsahovat také požadavek na použití zařízení na ochranu proti poruchovému proudu. Pokud provozovatel rozvodné či distribuční sítě předepisuje použití zařízení na ochranu proti poruchovému proudu, jsou jeho typ a podmínky jeho použití upraveny v technických podmínkách připojení. Často však provozovatelé sítí nevyžadují explicitně použití zařízení na ochranu proti poruchovému proudu, nýbrž pouze instalaci v souladu s normami. 3.3 Nutnost na základě jiných norem V závislosti na místě instalace a místních podmínkách mohou použití zařízení na ochranu proti poruchovému proudu vyžadovat jiné normy a předpisy. Pokud bude instalace provedena například ve stodole nebo v dřevostavbě, platí také norma DIN VDE 0100-482 (IEC 60364-4-42:2001-08). V takovém případě je z důvodů protipožární ochrany vyžadováno zařízení na ochranu proti poruchovému proudu o jmenovitém rozdílovém proudu maximálně 300 ma. Různé působící vlivy však dokáže posoudit pouze instalační technik přímo na místě. Standardní instalace a specifika FV systémů jsou popsány v kapitole 4 Výběr zařízení na ochranu proti poruchovému proudu pro FV systém (Strana 8). 3.4 Doplňková ochrana Společnost SMA Solar Technology AG doporučuje vždy instalovat zařízení na ochranu proti poruchovému proudu jako doplňkovou ochranu, aby byla zajištěna maximální bezpečnost. Tato ochrana pak může rovněž zajišťovat funkci odpínače všech pólů, který je často nutný z jiných důvodů. SMA Solar Technology AG 7/11
Výběr zařízení na ochranu proti poruchovému proudu pro FV systém 4 Výběr zařízení na ochranu proti poruchovému proudu pro FV systém Kromě výše uvedených kritérií existují u FV systémů ještě další kritéria pro výběr zařízení na ochranu proti poruchovému proudu. 4.1 Požadavky vyplývající z normy DIN VDE 0100-712 (IEC60364-7-712:2002) Pokud je zapotřebí poruchová ochrana (viz kapitola 2.2 Automatické vypnutí zařízením na ochranu proti poruchovému proudu (Strana 6)), norma DIN VDE 0100-712 pro beztransformátorové střídače vyžaduje zařízení na ochranu proti poruchovému proudu typu B. Tento požadavek platí také pro střídače s vysokofrekvenčním transformátorem, protože u nich není strana střídavého napětí galvanicky oddělena od strany stejnosměrného napětí. Pro střídače s nízkofrekvenčním transformátorem tento požadavek neplatí. U tohoto požadavku existuje výjimka, pokud výrobce střídače může vyloučit vznik stejnosměrných poruchových proudů v systému. V takovém případě lze v případě potřeby použít zařízení na ochranu proti poruchovému proudu typu A. Všechny střídače SMA s transformátorem, včetně modelů SB 2000HF-30, SB 2500HF-30, SB 3000HF-30, a níže uvedené beztransformátorové střídače SMA jsou zkonstruované tak, že nedokážou dodávat stejnosměrné poruchové proudy. Tyto požadavky splňují podle normy DIN VDE 0100-712 (IEC60364-7-712:2002). Sunny Boy: SB 240-10, Multigate-10, SB 1300TL-10, SB 1.5-1VL-40, SB 1600TL-10, SB 2100TL, SB 2.5-1VL-40, SB 2500TLST-21, SB 3000TL-20, SB 3000TL-21, SB 3000TLST 21, SB 3600TL 21, SB 3600SE-10, SB 4000TL 20, SB 4000TL-21, SB 5000TL-20, SB 5000TL-21, SB 5000SE-10, SB 6000TL-21 Sunny Mini Central: SMC 6000TL, SMC 7000TL, SMC 8000TL, SMC 9000TL-10, SMC 9000TLRP-10, SMC 10000TL-10, SMC 10000TLRP-10, SMC 11000TL-10, SMC 11000TLRP-10 Sunny Tripower: STP 5000TL-20, STP 6000TL-20, STP 7000TL-20, STP 8000TL-10, STP 8000TL-20, STP 9000TL-20, STP 10000TL-10, STP10000TL-20, STP 12000TL-10, STP 12000TL-20, STP 15000TL-10, STP 15000TLHE-10, STP 15000TLEE-10, STP 17000TL-10, STP 20000TLHE-10, STP 20000TL-30, STP 20000TLEE-10, STP 25000TL-30 SMA Solar Technology AG 8/11
Výběr zařízení na ochranu proti poruchovému proudu pro FV systém Nezávisle na integrované kontrolní jednotce poruchového proudu (RCMU) byly prověřeny možnosti výskytu poruch. Pokud se tyto poruchy posuzují podle platných instalačních norem, nemůže v kombinaci s předřazeným zařízením na ochranu proti poruchovému proudu typu A nastat žádné ohrožení. Lze tedy vyloučit poruchy, které by kvůli střídači vyžadovaly použití zařízení na ochranu proti poruchovému proudu typu B. Integrovaná kontrolní jednotka poruchového AC/DC proudu (RCMU) navíc poskytuje ještě vyšší bezpečnost. U střídačů s monitorováním ochranného vodiče musí být tato jednotka aktivní. Výše uvedené prohlášení platí rovněž pro varianty uvedených střídačů s odlišným výkonem. 4.2 Rozdílové proudy způsobené provozem Při provozu beztransformátorového střídače vznikají rozdílové proudy, které jsou způsobovány izolačním odporem a kapacitami FV generátoru. Aby se zabránilo nechtěnému vybavení během provozu, musí jmenovitý rozdílový proud zařízení na ochranu proti poruchovému proudu činit minimálně 100 ma. Na každý připojený střídač se musí počítat se jmenovitým rozdílovým proudem 100 ma. Jmenovitý rozdílový proud zařízení na ochranu proti poruchovému proudu musí odpovídat minimálně součtu jmenovitých rozdílových proudů připojených střídačů. To znamená, že jsou-li připojeny například 3 beztransformátorové střídače, musí jmenovitý rozdílový proud zařízení na ochranu proti poruchovému proudu činit minimálně 300 ma. Pro střídače typu SB 1300TL-10, 1600TL-10, SB 2100TL, SMC 6000TL, SMC 7000TL a SMC 8000TL se smějí používat pouze následující zařízení na ochranu proti poruchovému proudu: zařízení na ochranu proti poruchovému proudu typu A od společnosti ABB typu F202A-xx/0,x nebo F204A-xx/0,x zařízení na ochranu proti poruchovému proudu typu A od společnosti Siemens typu 5SM1... nebo 5SM3... Možnost použití dalších zařízení na ochranu proti poruchovému proudu od jiných výrobců se zatím prověřuje. Zde je třeba vzít v úvahu to, že vybavovací proudy mohou v důsledku stejnosměrných rozdílových proudů způsobovaných provozem mírně (o 0 až 30 %) přesahovat jmenovitý rozdílový proud používaného zařízení na ochranu proti poruchovému proudu. Na rozdíl od podmínek pro použití zařízení na ochranu proti poruchovému proudu uvedených v kapitole 2.2 Automatické vypnutí zařízením na ochranu proti poruchovému proudu (Strana 6) v tomto případě platí: Zařízení na ochranu proti poruchovému proudu dokáže zajistit ochranu automatickým vypnutím, pokud. Pokud by nebylo možné použít výše navrhovaná zařízení na ochranu proti poruchovému proudu, doporučujeme přiklonit se k jiným střídačům. SMA Solar Technology AG 9/11
Příklady výpočtů Pokud jsou zohledněna výše uvedená kritéria, lze FV systémy budovat v souladu s normami a současně s optimálními náklady. Zejména to, že uvedené beztransformátorové střídače SMA jsou vhodné k použití se zařízením na ochranu proti poruchovému proudu, umožňuje cenově výhodnou instalaci. 5 Příklady výpočtů Níže je na dvou příkladech popsán výběr vhodné komponenty pro poruchovou ochranu automatickým vypnutím. Vždy se při tom vychází z předpokladu, že je současně s tím provedeno k tomu potřebné ochranné vyrovnání potenciálů. Použité hodnoty slouží jako příklad a nelze je považovat za směrné hodnoty pro daný typ sítě či dané použití. 5.1 Příklad výpočtu 1 1 střídač Sunny Boy SB 2100TL; jištění jističem vedení B16A; TN síť; impedance smyčky Zs = 1,5 Ω; střecha stodoly: Jistič vedení B16A má vybavovací proud pro případ zkratu I a o velikosti 80 A. (Charakteristika B: faktor 5; I jmen jističe vedení = 16 A => 5 16 A = 80 A.) Při 230 V může poruchovou smyčkou procházet proud o velikosti 153 A ( ). 153 A je hodnota vyšší než potřebný vybavovací proud jističe vedení, který činí 80 A. Jistič vedení se spolehlivě vypne během stanoveného časového limitu. Jistič vedení B16A je jako poruchová ochrana proti nepřímému dotyku dostačující. Jelikož se však jedná o stodolu, musí se v tomto případě ještě navíc nainstalovat zařízení na ochranu proti poruchovému proudu typu A o jmenovitém rozdílovém proudu maximálně 300 ma. To je nutné z důvodů protipožární ochrany podle normy DIN VDE 0100-482 (IEC 60364-4-42:2001-08). SMA Solar Technology AG 10/11
Příklady výpočtů 5.2 Příklad výpočtu 2 3 střídače Sunny Mini Central SMC 6000TL; jištění vždy jedním jističem vedení C32A; TT síť; impedance smyčky Zs = 0,2 Ω; R A = 1,1 Ω: Jistič vedení C32A má vybavovací proud pro případ zkratu 320 A. (Charakteristika C: faktor 10; I jmen JV = 32 A => 10 32 A = 320 A.) 230 V Při 230 V může poruchovou smyčkou procházet proud o velikosti 177 A ( ). 1,3 Ω = 177 A 177 A je hodnota nižší než potřebný vybavovací proud jističe vedení, který činí 320 A. Jistič vedení se tedy nevypne spolehlivě během stanoveného časového limitu. Jistič vedení C32A není jako poruchová ochrana proti nepřímému dotyku dostačující. 1. možnost: použití jiného jističe vedení (pokud je to možné) V případě použití jističe vedení B32A činí vybavovací proud pro případ zkratu 160 A. (Charakteristika B: faktor 5; I jmen JV = 32 A => 5 32 A = 160 A.) Vybavovací proud jističe vedení s charakteristikou B by byl nižší než hodnota 177 A, která by vedením v případě poruchy procházela. Tyto jističe vedení by se tak během stanoveného časového limitu vypnuly. Jistič vedení B32A je jako poruchová ochrana proti nepřímému dotyku dostačující. 2. možnost: použití zařízení na ochranu proti poruchovému proudu Pokud nelze použít jiný jistič vedení, je nutné jako poruchovou ochranu použít zařízení na ochranu proti poruchovému proudu. Jelikož jsou použity 3 beztransformátorové střídače, musí jmenovitý rozdílový proud podle kapitoly 4.2 Rozdílové proudy způsobené provozem (Strana 9) činit nejméně 300 ma. Vybere se zařízení na ochranu proti poruchovému proudu se jmenovitým rozdílovým proudem I Δf ve výši 500 ma. Kromě toho se musí podle podmínky v bodě 4 b (srov. strana 9) zkontrolovat, zda je ochranný účinek dostačující: 50 V R A = 1,1 Ω <, tedy 1,3 x I Δf Zařízení na ochranu proti poruchovému proudu typu A se jmenovitým rozdílovým proudem I Δf ve výši 500 ma zajišťuje poruchovou ochranu proti nepřímému dotyku. SMA Solar Technology AG 11/11