...

Dobór ograniczników przepięć do ochrony instalacji PV

19 lipca 2017
Dobór ograniczników przepięć do ochrony instalacji PV

Instalacje fotowoltaiczne są poważnie narażone na uszkodzenie w wyniku bezpośredniego wyładowania atmosferycznego, a także na uszkodzenia wskutek przepięć indukowanych powstałych w odległości do kilkuset metrów od miejsca uderzenia pioruna. Dlatego też norma przedmiotowa PN-EN 50539-11 zaleca ochronę instalacji PV specjalnymi ogranicznikami przepięć.

Ograniczniki przepięć typu T1 + T2 czy typu T2?

Ogólne zasady stosowania ograniczników przepięć w instalacjach PV można znaleźć w specyfikacji technicznej CLS/TS 50539-12 i normie PN-HD 60364-7-712. Bardzo ważna jest tu wstępna ocena ryzyka wg normy PN-EN 62305 związana z zagrożeniem dla danej instalacji PV. Jeżeli przy projektowaniu systemu ochrony odgromowej zgodnie z tą normą nie udało się zachować właściwych odstępów izolacyjnych pomiędzy instalacją odgromową a instalacją fotowoltaiczną (zwykle powyżej 0,5 m, co wynika z obliczeń) lub np. instalacja fotowoltaiczna jest zainstalowana na dachu pokrytym metalową dachówką, należy wówczas koniecznie zastosować ograniczniki przepięć typu T1 + T2 wg normy PN-EN 50539-11. Specyfikacja techniczna CLC/TS 50539-12 w Aneksie A zaleca w tym przypadku stosowanie ograniczników z iskiernikiem gazowym. Ponadto wskazuje przewagę technologii połączenia szeregowego iskiernika gazowego i warystora, jak w ogranicznikach przepięć firmy CITEL wykonanych w technologii VG, np. DS60VGPV. Przykładowo w tabeli A.2.2 w specyfikacji LCL/TS 50539-12 dla LPL I (ang. Lightning Protection Level), czyli dla prądów udarowych do 200 kA przy dwóch zwodach pionowych, sugeruje zastosowanie ograniczników o połączeniu szeregowym iskiernika gazowego i warystora na prąd udarowy 10/350 µs minimum 10 kA na biegun (ograniczniki DS60VGPV firmy CITEL mają Iimp = 12,5 kA). citel_jmKonkurencyjne ograniczniki o połączeniu równoległym iskiernika gazowego i warystora muszą wg tabeli A.2.3 dla istniejącej instalacji odgromowej z dwoma zwodami wytrzymywać minimum 25 kA prądu 10/350 µs na biegun lub trzeba zastosować cztery zwody pionowe dla wykonania 12,5 kA na biegun. Dla poziomu ochrony LPL III (100 kA) w powyższej tabeli A.2.2 zalecany jest jako minimum ogranicznik przepięć typu T1 + T2 o połączeniu szeregowym iskiernika gazowego i warystora na prąd udarowy minimum 5 kA (np. DS50VGPVS-1000G/10KT1 firmy CITEL). W odniesieniu do systemów fotowoltaicznych przy założeniu, że zastosowana instalacja odgromowa dzieli obszar chroniony na kwadraty nie większe niż 20 × 20 m, tabela A.3 z CLC/TS 50539-12 zaleca dla ochrony w obszarze LPL III lub IV zastosowanie ograniczników przepięć typu T1 + T2 z szeregowym połączeniem iskiernika i warystora o wartości 5 kA prądu udarowego 10/350 µs na biegun (np. DS50VGPVS-1000G/10KT1 firmy CITEL) lub 10 kA na biegun, gdy połączenie iskiernika i warystora jest równoległe. W ofercie CITEL znajdują się również tańsze ograniczniki przepięć typu T1 + T2 na 8 i 10 kA na biegun w wykonaniu tylko warystorowym z dwuletnią gwarancją, ale ze względów technicznych i trwałości warystorów zaleca się stosowanie wykonań z iskiernikiem. Przy doborze należy też zwrócić uwagę, że od ok. 10 lat nie ma zgodnie z normami ograniczników przepięć typu B + C. Aktualnie obowiązująca norma podaje jednoznacznie typ T1 + T2. Sprzedawane przez niektóre firmy na polskim rynku ograniczniki przepięć o nazwie B + C są w większości niezgodne z normami i ich zastosowanie zamiast typu T1 + T2 może doprowadzić do uszkodzenia instalacji PV po stronie DC oraz AC, dużych strat oraz wyłączenia odpowiedzialności firmy ubezpieczającej.

Jeżeli system fotowoltaiczny nie jest zabezpieczony instalacją odgromową lub też udało się zachować właściwe odległości pomiędzy instalacją odgromową a systemem PV, to wg zaleceń CLC/TS 50539-12 minimum, które należy zastosować, to ograniczniki przepięć typu T2 służące do odprowadzania prądów wyładowczych powstałych w wyniku przepięć indukowanych. W przypadku jednak uderzenia pioruna w taką instalację PV, ograniczniki typu T2 najczęściej okażą się niewystarczające. Ograniczniki warystorowe typu T2 dobrze odprowadzają prądy indukowane o kształcie fali 8/20 [µs]. Ich jedyną poważniejszą wadą jest starzenie się pod wpływem tzw. prądu upływu i prądu roboczego, co w przypadku instalacji na prąd stały jest poważnym problemem. Można temu zapobiec, stosując ograniczniki przepięć trójmodułowe w układzie „Y”, gdzie w środkowym module łączącym bieguny„+” i „–” z ziemią zostaje zastosowany iskiernik gazowy uniemożliwiający przepływ prądu upływu, jak np. w ograniczniku DS50PVS-1000G/51 firmy CITEL. Montaż iskiernika zamiast warystora we wspólnym module ma jeszcze dwie istotne zalety. Po pierwsze: na rynku dostępne są falowniki, które sprawdzają przy uruchomieniu napięcie izolacji w instalacji PV – w przypadku stwierdzenia prądu upływu w warystorze o wartości większej niż dopuszczalna nie załączą się. Po drugie: wartość prądu wyładowczego Itotal odprowadzanego do ziemi przez cały ogranicznik PV w przypadku, gdy we wspólnym module jest zainstalowany tylko warystor, odpowiada wartości prądu wyładowczego dla tego warystora. Z kolei jeżeli w module wspólnym znajduje się iskiernik gazowy, to wówczas wartość prądu wyładowczego często jest sumą  dwóch biegunów, czyli ogranicznik może odprowadzać do ziemi prąd nawet dwa razy większy.

Na ograniczniki przepięć w konstrukcji dwa warystory + iskiernik gazowy na wspólnym module firma CITEL udziela 5 lat gwarancji. Konstrukcja trójmodułowa typu „Y” dodatkowo zapobiega uszkodzeniu ogranicznika w przypadku zwarcia powstałego np. w wyniku uszkodzenia izolacji kabla. Najlepszym i najtrwalszym wykonaniem są ograniczniki trójmodułowe w technologii VG, gdyż wtedy w każdym z biegunów zainstalowane są szeregowo iskiernik gazowy i warystor, co zapobiega samoistnemu procesowi starzenia. Na wykonania DS50VGPV w technologii VG producent oferuje 10-letnią gwarancję liczoną od daty produkcji.

Całość artykułu można przeczytać w nr 2/2017 Magazynu Fotowoltaika.

Zaprenumeruj