Pārsprieguma aizsardzības ierīču izvēle PV sistēmām — pārsprieguma aizsardzības ierīču uzstādīšana

1. Faktori, kas ietekmē SPD uzstādīšanu

Pārspriegumus jumta fotoelektriskajās (FV) sistēmās galvenokārt izraisa tieši zibens spērieni (uz ēkas vai FV iekārtas ar LPS vai tās tuvumā), inducētais spriegums no zibens izraisītām elektriskā lauka izmaiņām vai komutācijas darbības maiņstrāvas/līdzstrāvas elektroenerģijas sadales tīklos. Lai novērtētu pārsprieguma aizsardzības nepieciešamību un noteiktu atbilstošu aizsardzības stratēģiju, par atsauci jāizmanto iekārtas nominālais impulsa izturības spriegums (Uw). Ja vien riska novērtējumā nav norādīts citādi, SPD jāuzstāda gan FV sistēmas līdzstrāvas, gan maiņstrāvas pusē.

Fotoelektriskās sistēmas ierīces, kurām var būt nepieciešama aizsardzība, ir šādas:

Invertori, tostarp saskarnes gan ar zemsprieguma maiņstrāvas sistēmu, gan līdzstrāvas sistēmu, PV bloki, iekšējā PV sistēmas elektroinstalācija, komponenti, kas uzstādīti starp invertoru un PV blokiem, piemēram, kombinēšanas kārbas; iekārtas, ko izmanto PV sistēmas uzraudzībai un vadībai.

Saskaņā ar IEC 61643-12 un attiecīgajām GB/T 21714 sadaļām, zibensdrošības slēdžu (SPD) izvēle un uzstādīšana PV sistēmām ir atkarīga no vairākiem faktoriem. Tie ietver zemes uzliesmojumu blīvumu (NG) [1/km²·gadā] vai vidējo pērkona negaisa dienu skaitu gadā (T), zemsprieguma elektroapgādes sistēmas raksturlielumus (piemēram, gaisvadu līnijas vai pazemes kabeļi) un aizsargājamo iekārtu veidu, kā arī to, vai ir uzstādīta ārēja zibensaizsardzības sistēma (LPS), lai aizsargātu PV sistēmu no tiešiem zibens spērieniem.

Ja ir pieejama ārēja LPS, SPD prasības ietekmē LPS aizsardzības līmenis (klase) un tas, vai tiek ievērots nepieciešamais attālums (S) starp LPS un PV sistēmu (izolēta vai neizolēta LPS).

2. Dažādu ārējo LPS konfigurāciju ietekme uz zibens aizsardzību fotoelektriskajām sistēmām

SPD uzstādīšana jumta fotoelektriskajām sistēmām parasti iedalās trīs kategorijās, pamatojoties uz ārējās LPS klātbūtni un veidu:

(1) Fotoelektriskās sistēmas bez ārējās LPS

Kā parādīts diagrammā (šeit nav iekļauta), ja ēka nav aprīkota ar ārēju zibensaizsardzības sistēmu, pārsprieguma slēdži (SPD) jāuzstāda, pamatojoties uz zibensriska novērtējuma rezultātiem. Lai aizsargātu kritiskos PV komponentus, ieteicams uzstādīt pārsprieguma aizsardzības ierīces gan maiņstrāvas, gan līdzstrāvas pusē.

Līdzstrāvas pusē 2. tipa līdzstrāvas SPD (apzīmēts ar DC1) jāuzstāda netālu no PV kombinēšanas kārbas vai PV masīva (ja netiek izmantota kombinēšanas kārba). Šis SPD aizsargā ēku no ārējiem pārspriegumiem, kas tiek pārraidīti pa PV kabeļiem, un parasti tiek uzstādīts tūlīt pēc tam, kad PV kabeļi tiek ievadīti ēkā. Vēl viens 2. tipa līdzstrāvas SPD (apzīmēts ar DC2) jāuzstāda netālu no invertora līdzstrāvas ieejas. Ja kabeļa garums starp DC1 un invertoru ir mazāks par 10 metriem, DC1 var neinstalēt.

Maiņstrāvas pusē maiņstrāvas tīkla ieejā ieteicams uzstādīt 2. tipa maiņstrāvas SPD (apzīmēts ar AC1), kas parasti atrodas galvenajā sadales panelī. Šī ierīce aizsargā pret pārspriegumiem, kas rodas no elektrotīkla. Tas, vai AC1 ir nepieciešams sistēmā bez ārējas zibensaizsardzības, ir atkarīgs no zibensriska novērtējuma rezultātiem. Lai aizsargātu dārgo invertoru, 2. tipa maiņstrāvas SPD (apzīmēts ar AC2) parasti tiek uzstādīts invertora maiņstrāvas izejas tuvumā. Ja kabeļa garums starp AC1 un AC2 ir mazāks par 10 metriem, AC2 var nelietot. Sīkāku informāciju skatiet konfigurācijas tabulā.

(2) Fotoelektriskās sistēmas ar ārējo LPS, kas atbilst nepieciešamajam atdalīšanas attālumam (izolēta LPS)

Kā parādīts diagrammā, ja ēkai ir ārēja zibensaizsardzības sistēma (piemēram, zibens novadīšanas stieņi vai lentes) un jumta fotoelektrisko paneļu masīvu aizsargā šī sistēma, ievērojot atbilstošu atdalīšanas attālumu, fotoelektrisko sistēmu uzskata par aprīkotu ar izolētu zibensaizsardzības sistēmu (LPS). Pat šajā gadījumā joprojām ir nepieciešams uzstādīt zibensdrošos slēdžus (SPD).

Sistēmām ar izolētu zibens aizsardzības avotu (LPS) zibensdrošības slēdža (SPD) uzstādīšana ir līdzīga sistēmām bez ārējas aizsardzības. 2. tipa līdzstrāvas SPD jāuzstāda netālu no kombinēšanas kārbas vai netālu no PV masīva, ja netiek izmantota kombinēšanas kārba. Vēl viens 2. tipa līdzstrāvas SPD jānovieto netālu no invertora līdzstrāvas puses, bet 2. tipa maiņstrāvas SPD — netālu no invertora maiņstrāvas puses. Tomēr, tā kā PV sistēma tiek pieslēgta ēkai un izvadīta no tās, galvenajā maiņstrāvas sadales skapī, kur ēkā ienāk elektrotīkla strāva, ir nepieciešams arī 1. tipa maiņstrāvas SPD. Detalizētus izkārtojuma norādījumus skatiet konfigurācijas tabulā.

(3) Fotoelektriskās sistēmas ar ārējo LPS, kas neatbilst nepieciešamajam atdalīšanas attālumam (neizolēta LPS)

Jumta fotoelektriskajās sistēmās, kur paneļi atrodas pārāk tuvu ārējai zibensaizsardzības sistēmai (ZPS) un nevar ievērot nepieciešamo drošības attālumu, visas fotoelektriskās sistēmas metāla daļas ir jāpievieno ZPS, lai nodrošinātu pareizu zibenspotenciālu izlīdzināšanu. Šī ir izplatītākā pieeja, ko izmanto jumta zibensaizsardzībai. Šajā konfigurācijā gan maiņstrāvas, gan līdzstrāvas kabeļi savienojuma sistēmā tiek uzskatīti par paralēliem vadītājiem, kas nozīmē, ka tos var tieši ietekmēt zibensstrāva. Tāpēc IEC iesaka izmantot 1. tipa pārsprieguma aizsardzības ierīces (SPD) — parasti kopā ar 2. tipa SPD — galvenajos sistēmas punktos: vietā, kur fotoelektriskie kabeļi ienāk ēkā, un svarīgu ierīču, piemēram, invertora, gan maiņstrāvas, gan līdzstrāvas pusēs.

Kā parādīts diagrammā, DC1 jāuzstāda pēc iespējas tuvāk kombinēšanas kārbai vai PV masīva tuvumā, ja kombinēšanas kārbas nav. DC2 un AC2 jānovieto invertora tuvumā, lai nodrošinātu tam labāku aizsardzību. Vairumā gadījumu ir nepieciešams gan AC1 (pie galvenā paneļa), gan AC2 (netālu no invertora). Bet, ja invertors ir uzstādīts galvenā paneļa iekšpusē un tiem ir kopīgs zemējums, ar kabeļu garumu, kas ir mazāks vai vienāds ar 0,5 metriem, tad AC2 var nebūt nepieciešams. Detalizētus uzstādīšanas norādījumus varat apskatīt tabulā.

1. DC1 var izlaist šādos apstākļos: ja kabeļa garums starp DC1 un invertoru ir mazāks par 10 metriem un AC2 sprieguma aizsardzības līmenis (Up) ir mazāks vai vienāds ar 0,8 reizēm PV masīva nominālo impulsa izturības spriegumu (Uw); vai ja AC2 Up ir mazāks vai vienāds ar 0,5 reizēm Uw un PE (aizsargzemējuma) vadītājs ir novietots tuvu līdzstrāvas kabeļiem.

2. AC2 var izlaist šādos apstākļos: ja kabeļa garums starp AC1 un AC2 ir mazāks par 10 metriem; vai ja invertoram un galvenajam sadales panelim ir viens un tas pats zemējuma elektrods, un SPD savienojuma kabeļi katrs nav garāks par 0,5 metriem, piemēram, ja invertors ir uzstādīts galvenā paneļa iekšpusē.

3. SPD zemējuma vadītāju minimālais šķērsgriezuma laukums: 2. tipa SPD vara zemējuma vadītājam jābūt ne mazākam par 6 mm²; 1. tipa SPD tam jābūt ne mazākam par 16 mm².

Jumta fotoelektriskajās sistēmās uzstādīto līdzstrāvas puses pārsprieguma aizsardzības slēdžu (SPD) izvēle galvenokārt ir atkarīga no tā, kā ēka ir aizsargāta no zibens un kā sistēma ir savienota. Saskaņā ar konfigurācijas tabulu un IEC standartiem invertora līdzstrāvas pusē vienmēr jābūt pārsprieguma aizsargam. Taču papildu SPD pie kombinatora kārbas — vai pie fotoelektriskajiem paneļiem, ja kombinatora kārbas nav — ir nepieciešami tikai tad, ja kabelis starp paneļiem un invertoru ir garāks par 10 metriem.

Tomēr ne visur tas tiek darīts šādi. Dažās valstīs, piemēram, Vācijā, noteikumi ir principiāli pretēji. Tur līdzstrāvas pārsprieguma aizsardzība vienmēr tiek uzstādīta tieši blakus fotoelektriskajiem paneļiem, un tāda jāpievieno invertora tuvumā tikai tad, ja kabeļa garums pārsniedz 10 metrus.