Viršįtampių apsaugos įrenginių pasirinkimas PV sistemoms – viršįtampių apsaugos įrenginių montavimas

1. SPD įrengimą įtakojantys veiksniai

Viršįtampius ant stogų įrengtose fotovoltinėse (FV) sistemose daugiausia sukelia tiesioginiai žaibo smūgiai (ant pastato arba šalia FV įrangos su ŽS), žaibo sukeltų elektrinio lauko pokyčių sukelta įtampa arba perjungimo operacijos AC/DC elektros energijos paskirstymo tinkluose. Norint įvertinti viršįtampių apsaugos poreikį ir nustatyti tinkamą apsaugos strategiją, kaip atskaitos tašką turėtų būti naudojama įrangos vardinė impulsinė įtampa (Uw). Jei rizikos vertinime nenurodyta kitaip, BPD turėtų būti įrengti tiek FV sistemos nuolatinės, tiek kintamosios srovės pusėse.

Fotovoltinės sistemos įrenginiai, kuriems gali reikėti apsaugos, yra šie:

Keitikliai, įskaitant sąsajas su žemos įtampos kintamosios srovės ir nuolatinės srovės sistemomis, FV masyvai, vidinė FV sistemos laidai, komponentai, sumontuoti tarp keitiklio ir FV masyvų, pvz., jungimo dėžutės; įranga, naudojama FV sistemai stebėti ir valdyti.

Pagal IEC 61643-12 ir atitinkamus GB/T 21714 skyrius, žaibo apsaugos įtaisų (ŽAI) pasirinkimas ir įrengimas PV sistemoms priklauso nuo daugelio veiksnių. Tai apima žemės žaibo tankį (NG) [1/km²·metus] arba vidutinį perkūnijos dienų skaičių per metus (T), žemosios įtampos elektros energijos tiekimo sistemos charakteristikas (pvz., oro linijos ar požeminiai kabeliai) ir apsaugotos įrangos pobūdį, ar įrengta išorinė žaibo apsaugos sistema (LPS), skirta apsaugoti PV sistemą nuo tiesioginių žaibo smūgių.

Jei yra išorinė ŽPS, SPD reikalavimams įtakos turi ŽPS apsaugos lygis (klasė) ir tai, ar išlaikomas reikiamas atstumas (S) tarp ŽPS ir FV sistemos (izoliuota ar neizoliuota ŽPS).

2. Įvairių išorinių ŽPS konfigūracijų įtaka FV sistemų žaibosaugai

SPD įrengimas stogo PV sistemose paprastai skirstomas į tris kategorijas, atsižvelgiant į išorinių LPS buvimą ir tipą:

(1) Fotovoltinės sistemos be išorinio LPS

Kaip parodyta diagramoje (čia neįtraukta), jei pastate nėra išorinės žaibosaugos sistemos, žaibo iškrovos įtaisai (SPD) turėtų būti įrengti remiantis žaibo rizikos vertinimo rezultatais. Rekomenduojama įrengti viršįtampių apsaugos įtaisus tiek kintamosios, tiek nuolatinės srovės pusėje, kad būtų apsaugoti svarbiausi FV komponentai.

Nuolatinės srovės pusėje šalia PV jungiamosios dėžutės arba PV masyvo (jei jungiamoji dėžutė nenaudojama) turėtų būti įrengtas 2 tipo nuolatinės srovės apsaugos įtaisas (žymimas DC1). Šis apsaugos įtaisas apsaugo pastatą nuo išorinių viršįtampių, perduodamų per PV kabelius, ir paprastai įrengiamas iškart po to, kai PV kabeliai įvedami į pastatą. Kitas 2 tipo nuolatinės srovės apsaugos įtaisas (žymimas DC2) turėtų būti įrengtas šalia keitiklio nuolatinės srovės įėjimo. Jei kabelio ilgis tarp DC1 ir keitiklio yra mažesnis nei 10 metrų, DC1 galima praleisti.

Kintamosios srovės pusėje rekomenduojama prie kintamosios srovės tinklo įėjimo, paprastai esančio pagrindiniame skirstomajame skydelyje, įrengti 2 tipo kintamosios srovės apsaugos įtaisą (žymimą AC1). Šis įtaisas apsaugo nuo viršįtampių, atsirandančių iš elektros tinklo. Ar AC1 reikalingas sistemoje be išorinės žaibo apsaugos, priklauso nuo žaibo rizikos vertinimo rezultatų. Siekiant apsaugoti brangų keitiklį, šalia keitiklio kintamosios srovės išėjimo paprastai įrengiamas 2 tipo kintamosios srovės apsaugos įtaisas (žymimas AC2). Jei kabelio ilgis tarp AC1 ir AC2 yra mažesnis nei 10 metrų, AC2 galima praleisti. Išsamesnės informacijos rasite konfigūracijos lentelėje.

(2) Fotovoltinės sistemos su išorine LPS, kurios atitinka reikiamą atstumą (izoliuota LPS)

Kaip parodyta diagramoje, kai pastate yra išorinė žaibosaugos sistema (pvz., žaibolaidžiai ar juostos) ir ant stogo esanti FV sistema yra apsaugota šios sistemos, išlaikant tinkamą atstumą, laikoma, kad FV sistema turi izoliuotą žaibosaugos sistemą. Net ir tokiu atveju būtina įrengti žaibolaidžius.

Sistemoms su izoliuota žaibo apsaugos sistema (ŽIS), žaibo apsaugos įtaiso (ŽAI) sąranka yra panaši į sistemų be išorinės apsaugos nuo žaibo. 2 tipo nuolatinės srovės žaibo apsaugos įtaisas (ŽAI) turėtų būti įrengtas šalia jungiamosios dėžutės arba šalia FV masyvo, jei nenaudojama jungiamoji dėžutė. Kitas 2 tipo nuolatinės srovės žaibo apsaugos įtaisas (ŽAI) turėtų būti įrengtas šalia keitiklio nuolatinės srovės pusės, o 2 tipo kintamosios srovės žaibo apsaugos įtaisas (ŽAI) – šalia keitiklio kintamosios srovės pusės. Tačiau kadangi FV sistema jungiasi į pastatą ir iš jo, 1 tipo kintamosios srovės žaibo apsaugos įtaisas (ŽAI) taip pat reikalingas pagrindiniame kintamosios srovės paskirstymo skyde, kur į pastatą įeina elektros energija. Išsamias išdėstymo gaires rasite konfigūracijos lentelėje.

(3) Fotovoltinės sistemos su išorine LPS, kurios neatitinka reikiamo atstumo (neizoliuota LPS)

Ant stogų montuojamose PV sistemose, kur plokštės yra per arti išorinės žaibosaugos sistemos (ŽS) ir negali atitikti reikiamo saugaus atstumo, visos metalinės PV sistemos dalys turi būti prijungtos prie ŽS, kad būtų užtikrintas tinkamas žaibo išlyginimo potencialų sujungimas. Tai įprastas stogo žaibosaugos metodas. Šioje konstrukcijoje tiek kintamosios, tiek nuolatinės srovės kabeliai sujungimo sistemoje traktuojami kaip lygiagretūs laidininkai, o tai reiškia, kad juos gali tiesiogiai paveikti žaibo srovė. Štai kodėl IEC rekomenduoja naudoti 1 tipo viršįtampių apsaugos įtaisus (SPD) – dažniausiai kartu su 2 tipo SPD – pagrindiniuose sistemos taškuose: ten, kur PV kabeliai įeina į pastatą, ir svarbių įrenginių, tokių kaip keitiklis, tiek kintamosios, tiek nuolatinės srovės pusėse.

Kaip parodyta diagramoje, DC1 turėtų būti montuojamas kuo arčiau jungiamosios dėžutės arba, jei jungiamosios dėžutės nėra, šalia PV masyvo. DC2 ir AC2 turėtų būti dedami šalia keitiklio, kad jis būtų geriau apsaugotas. Daugeliu atvejų reikalingi ir AC1 (pagrindiniame skydelyje), ir AC2 (šalia keitiklio). Tačiau jei keitiklis montuojamas pagrindinio skydelio viduje ir jie dalijasi tuo pačiu įžeminimu, o kabelio ilgis yra mažesnis arba lygus 0,5 metro, AC2 gali būti nereikalingas. Išsamias įrengimo instrukcijas galite rasti lentelėje.

1. DC1 galima praleisti šiomis sąlygomis: jei kabelio ilgis tarp DC1 ir keitiklio yra mažesnis nei 10 metrų, o AC2 įtampos apsaugos lygis (Up) yra mažesnis arba lygus 0,8 karto FV masyvo vardinei impulsinei atsparumo įtampai (Uw); arba jei AC2 Up yra mažesnis arba lygus 0,5 karto Uw, o PE (apsauginio įžeminimo) laidininkas yra nutiestas arti nuolatinės srovės kabelių.

2. AC2 galima praleisti šiomis sąlygomis: jei kabelio ilgis tarp AC1 ir AC2 yra mažesnis nei 10 metrų; arba jei keitiklis ir pagrindinė paskirstymo plokštė turi tą patį įžeminimo elektrodą, o SPD jungiamieji kabeliai yra ne ilgesni kaip 0,5 metro, pavyzdžiui, jei keitiklis sumontuotas pagrindinės plokštės viduje.

3. Minimalus SPD įžeminimo laidininkų skerspjūvio plotas: 2 tipo SPD vario įžeminimo laidininko skerspjūvis turi būti ne mažesnis kaip 6 mm²; 1 tipo SPD – ne mažesnis kaip 16 mm².

Nuolatinės srovės pusės viršįtampių apsaugos įtaisų (SPD) pasirinkimas stogo PV sistemose daugiausia priklauso nuo to, kaip pastatas yra apsaugotas nuo žaibo ir kaip sistema yra sujungta. Pagal konfigūracijos lentelę ir IEC standartus, keitiklio nuolatinės srovės pusėje visada turėtų būti viršįtampių apsauga. Tačiau papildomi SPD šalia jungiamosios dėžutės – arba šalia PV plokščių, jei jungiamosios dėžutės nėra – reikalingi tik tuo atveju, jei kabelis tarp plokščių ir keitiklio yra ilgesnis nei 10 metrų.

Tačiau ne visur tai daroma. Kai kuriose šalyse, pavyzdžiui, Vokietijoje, taisyklės iš esmės yra priešingos. Ten nuolatinės srovės viršįtampių apsauga visada įrengiama šalia fotovoltinių plokščių, o šalia keitiklio ją reikia įrengti tik tuo atveju, jei kabelio ilgis viršija 10 metrų.