Fotowoltaika a ochrona przeciwporażeniowa

[DesignMaintenance]

Dzień dobry.

Postaram się wyjaśnić wątpliwości - niektóre po raz kolejny.

1. Przytoczony przez p. elmontjs artykuł pana Czai mówi o ochronie przeciwporażeniowej w obszarze DC dokładnie to co napisałem w pierwszym poście: ochrona przez zastosowanie urządzeń 2 klasy ochronności i urządzeń w izolacji wzmocnionej lub podwójnej, a jako ochronę uzupełniającą - ekwipotencjalizację przy zastosowaniu połączeń wyrównawczych.
Jakimi pomiarami - oprócz pomiaru rezystancji izolacji - chce Pan potwierdzać prawidłowość wykonania tego środka ochrony? (cyt. "mierzalne rozwiązania techniczne") To sprawdza się jedynie poprzez oględziny i sprawdzenie wykonania na zgodność z dokumentacją projektową. W przypadkach wątpliwości co do skuteczności połączeń wyrównawczych wykonuje się czasem pomiar ich oporności, ale w przypadku spodziewanych prądów zwarciowych na poziomie 10 - 20A, przy przekrojach tych przewodów 4 lub 6mm2 Cu i łącznej długości połączeń do 40 - 50m taka wątpliwość zagości rzadko - chyba że oględziny wykazują kiepski stan tych połączeń.

2. Jeszcze raz o samoczynnym wyłączeniu zasilania przez zabezpieczenia nadprądowe w części AC. Rozpatrzmy zasilane odbiornika zabezpieczonego zabezpieczeniem X o określonym prądzie Ia. Odbiornik zasilany jest z instalacji która z kolei zasilana jest z sieci elektroenergetycznej i -równolegle - instalacji fotowoltaicznej. Zabezpieczenie nadprądowe reaguje na wartość skuteczną prądu lub na szybkość jego narastania (maksymalna wartość pochodnej prądu w czasie).
Przy zasilaniu wyłącznie sieciowym, scharakteryzowanym zmierzoną impedancją pętli zwarcia Zx, prąd zwarcia będący podstawą oceny zabezpieczenia wyniesie Ix. Równoległe dołączenie falownika fotowoltaicznego może jedynie spowodować wzrost wartości skutecznej prądu zwarcia na urządzeniu i wzrost szybkości jego narastania. Przez długie okresy doby (noc) nie wprowadzi żadnej zmiany w parametrach zasilania w stosunku do stanu wyłączenia falownika.
Zatem jeżeli spełniony jest warunek Ix>Ia, to zabezpieczenie nadprądowe X jest poprawnie dobranym urządzeniem ochronnym realizującym samoczynne wyłączenie zasilania urządzenia X. Co więcej, skuteczność jego działania powinna być sprawdzana przy wyłączonym falowniku fotowoltaicznym, gdyż jego załączenie może - ale nie musi (np. w nocy) zwiększyć prąd w miejscu zwarcia, a w konsekwencji poprawić warunki działania zabezpieczenia.
Oczywiście - jak już pisałem - nie dotyczy top przypadków, w których instalacja może przejść do pracy przy zasilaniu jedynie z buforowanego falownika fotowoltaicznego lub też instalacji w układzie off-grid.

3. Przed dalszym rozważaniem zagrożeń jakie może wnieść falownik, proponuję zapoznać się z dokumentacją techniczną (nie tylko kartą katalogową i instrukcją montażu) określonego falownika, która najczęściej jest dostępna na jego stronach internetowych, a jeśli trudno coś znaleźć - to prawie zawsze można informacje otrzymać po zadaniu konkretnego pytania.

Np. jedną z tych kwestii jest możliwość przedostania się składowej stałej z części DC do obwodów AC falownika. Jeżeli możliwość taka istnieje, według PN-HD 60364-7-712 na wyjściu AC falownika konieczne jest zastosowanie wyłącznika różnicowoprądowego klasy B. Jeżeli producent deklaruje, że możliwości takiej nie ma - stosowanie tego wyłącznika nie jest konieczne. To producent deklaruje czy możliwy jest przepływ składowej stałej.
Również producent określa minimalną wartość różnicowego prądu znamionowego wyłączników nadprądowych, które mogą być stosowane na wyjściu AC falownika bez obawy nieselektywnych wyłączeń w chwili załączania falownika - z uwagi na prądy ładowania pojemności zawartych w układzie, a objawiających się chwilowym pojawieniem się składowej kolejności zerowej prądu, mogącej spowodować zbędne wyłączenie wyłącznika.
Falowniki fotowoltaiczne są budowane zgodnie z dość rygorystycznymi normami PN-EN 62109-1 i PN-EN 62109-2 dotyczącymi ich budowy i bezpieczeństwa. Obejmują one konieczność stosowania szeregu różnorodnych środków ochrony (w różnych dopuszczalnych kombinacjach), mających zapobiec powstaniu zagrożenia zarówno przy normalnej eksploatacji falownika jak i w warunkach uszkodzenia. Nie ma zatem jednego "falownika przykładowego", na którym można ćwiczyć rozważania na temat konsekwencji uszkodzenia w nim samym. Np. falowniki firmy Fronius typu Symo wyposażone są w układ reagujący na nagłą zmianę prądu różnicowego na wyjściu AC i powodującego wyłączenie falownika w określonym czasie zależnym od wielkości tej zmiany:
- 300ms przy nagłej zmianie o 30 mA,
- 150ms przy nagłej zmianie o 60 mA,
-40ms przy nagłej zmianie o 150 mA.
Odnosząca się tego deklaracja jest osiągalna u producenta.
Proponuję zatem zapoznać się z podanymi normami lub zacząć rozważać środki zastosowane w określonym urządzeniu, gdyż analizowanie "uogólnionego" falownika donikąd nas nie zaprowadzi.
Pozdrawiam.

[witek17]

"2. Jeszcze raz o samoczynnym wyłączeniu zasilania przez zabezpieczenia nadprądowe w części AC. Rozpatrzmy zasilane odbiornika zabezpieczonego zabezpieczeniem X o określonym prądzie IA. Odbiornik zasilany jest z instalacji która z kolei zasilana jest z sieci elektroenergetycznej i -równolegle -instalacji fotowoltaicznej."

Nie jestem ekspertem od układów fotowoltaicznych. Czy istnieje wymóg zasilania urządzeń odbiorczych z jednego punktu (rozdzielni), czyli czy części AC falownika i sieć energetyki najpierw muszą się "spotkać", a dopiero potem można zasilać odbiory? Czy dopuszczalne jest zasilanie sieci odbiorczej z dwóch miejsc, np. gospodarstwo rolne, dom od strony ulicy, tam rozdzielnie główna, zasilanie z sieci energetycznej, potem stodoły, magazyny, a na końcu, np. 150 metrów dalej, kilka paneli i mała rozdzielnia dodatkowa. Bo miejsce dołączenia falownika będzie miało duże znaczenia dla analizy takich układów. Mam nadzieję, że niezbyt mętnie wytłumaczyłem Takich sytuacji może być więcej, mały domek, jeden, dwa panele, by zmniejszyć rachunki za energię. Gdyby nie wyjątkowo wysoki poziom zmienności wartości produkowanej mocy, sporo ludzi najchętniej odłączyłoby się od sieci energetycznej. Uwarunkowania prawne i ekonomiczne powodują, że także na tym forum zadawanych jest sporo pytań - jak w całości zużytkować wytworzoną przez moje urządzenia energię? I pojawiają się sugestie - gdy masz nadmiar mocy ogrzewaj wodę użytkową, itd. Takie małe instalacje domowe, w których również będzie (o ile to dozwolone) zasilanie dwustronne. Jak je sprawdzić i jak oprzyrządować rozdzielnie?
Takie mniejsze instalacje będą z reguły wyposażone w mało skomplikowane falowniki, być może ze sporą ilością harmonicznych. Co wtedy?

---------------------------------------------------------------------------------

"Proponuję zatem zapoznać się z podanymi normami lub zacząć rozważać środki zastosowane w określonym urządzeniu, gdyż analizowanie "uogólnionego" falownika donikąd nas nie zaprowadzi."

Ale można analizować kota od strony ogona i może Szanowni Koledzy, przy moim minimalnym wsparciu, ustalą jakie powinny być minimalne wymagania dla falowników dopuszczonych do użytku na terenie RP.

[elmontjs]

Zacznę może od tego, że skuteczność ochrony pp udowadnia się pomiarami i stosownymi wyliczeniami; ogledziny też są konieczne , ale pod kątem poprawności montażu doboru urządzeń, braku uszkodzeń.

Wobec powyższego:
1.

Jakimi pomiarami - oprócz pomiaru rezystancji izolacji - chce Pan potwierdzać prawidłowość wykonania tego środka ochrony? (cyt. "mierzalne rozwiązania techniczne)?

...połączenia wyrównawcze służą obniżeniu napięcia do wartości bezpiecznej, zatem muszą mieć wymaganą rezystancję - o tym pomiarze mówię.

I jeszcze ta II klasa ochronności ... mocno naciągana, podlega sprawdzeniu w ramach właśnie oględzin; wymagań normy raczej nie spełnia, ale może rzeczywiście trzeba zapoznać się z jakąś szczegółową specyfikacją (czego nie zrobiłem)
2.

Przy zasilaniu wyłącznie sieciowym, scharakteryzowanym zmierzoną impedancją pętli zwarcia Zx, prąd zwarcia będący podstawą oceny zabezpieczenia wyniesie Ix. Równoległe dołączenie falownika fotowoltaicznego może jedynie spowodować wzrost wartości skutecznej prądu zwarcia na urządzeniu i wzrost szybkości jego narastania

... oczywiście kolego , doskonale rozumiem co piszesz i teoretycznie masz rację, jednak znów wrócę do wstępy tego postu, ochronę trzeba udowodnić i poprzeć wyliczeniem konkretnego Ia. Pomiar IPZ z udziałem falownika jest delikatnie mówiąc niewiarygodny, więc pomiary należałoby przeprowadzać przy wyłączonej fotowoltaice. Sama ocena przydatności do eksploatacji wg kolegi opierałaby się jedynie na domniemaniu , porównaniu : IPZ wywoła prąd zwarcia większy od Ia zabezpieczeń ( to jest mierzalne , wyliczalne i do udowodnienia), to falownik nie zaszkodzi , tylko polepszy warunki SWZ , ale to nie dowód , to tylko porównanie.
Teoria pomiarów, oparta oczywiście na normach, definiuję IPZ na której może oprzeć się skuteczność SWZ. Sieć zasilana z dwóch źródeł, przy czym jedno nie ma metalicznej pętli nie wpisuje się w tą teorię, wg mnie, zgodnie z normami w tym wypadku potrzebne są inne środki.

Co więcej, skuteczność jego działania powinna być sprawdzana przy wyłączonym falowniku fotowoltaicznym, gdyż jego załączenie może - ale nie musi (np. w nocy) zwiększyć prąd w miejscu zwarcia, a w konsekwencji poprawić warunki działania zabezpieczenia.

... jego załączenie spowoduje tylko tyle, że nie mierzymy już Impedancji pętli zwarcia a wynik trudno uznać za wiarygodny - mierniki IPZ nie radzą sobie z takim pomiarem nawet te z "górnej półki" (proszę zapytać producentów, czy dają gwarancję wyniku pomiaru za falownikiem) .

Reasumując, jeżeli przepisy dopuszczą metode porównawczą do oceny skuteczności ochrony przeciwporażeniowej, jeżeli nie będą wymagane wyniki w dopuszczalnym zakresie błędu - to kolega DesignMaintenance ma rację. Póki co ja nie zgadzam się z Kolegi teorią.

Falowniki fotowoltaiczne są budowane zgodnie z dość rygorystycznymi normami PN-EN 62109-1 i PN-EN 62109-2 dotyczącymi ich budowy i bezpieczeństwa. Obejmują one konieczność stosowania szeregu różnorodnych środków ochrony (w różnych dopuszczalnych kombinacjach), mających zapobiec powstaniu zagrożenia zarówno przy normalnej eksploatacji falownika jak i w warunkach uszkodzenia.

...ale rozumiem, że wszystkie falowniki trzymają się jakichś normatywnych ram ? , więc nie możemy się opierać na flagowych , dobrze zabezpieczonych modelach a rzeczywistość (dopuszczona normami) może okazać się inna.

Np. jedną z tych kwestii jest możliwość przedostania się składowej stałej z części DC do obwodów AC falownika. Jeżeli możliwość taka istnieje, według PN-HD 60364-7-712 na wyjściu AC falownika konieczne jest zastosowanie wyłącznika różnicowoprądowego klasy B.

... wg mnie to powinno być standardem, albo obowiązkiem umieszczenia takiego zabezpieczenia w inwerterze (ale to moje pobożne życzenie )

Np. falowniki firmy Fronius typu Symo wyposażone są w układ reagujący na nagłą zmianę prądu różnicowego na wyjściu AC i powodującego wyłączenie falownika w określonym czasie zależnym od wielkości tej zmiany:
- 300ms przy nagłej zmianie o 30 mA,
- 150ms przy nagłej zmianie o 60 mA,
-40ms przy nagłej zmianie o 150 mA.
Odnosząca się tego deklaracja jest osiągalna u producenta.

..to już coś jest , tylko czemu na początku tego zdania widać "np" ? a inni producenci? ale dzięki za podpowiedź , będę wiedział czego szukać .
Ok nasze zdana są różne , bo mamy inny punkt widzenia a regulacje prawne w tym temacie są b. mgliste. Kolega DesignMaintenance "żyje" z projektowanie i instalowania PV , ja po czasie podpisuje się pod bezpieczeństwem tych instalacji i wobec braku przejrzystych przepisów w tym temacie, to mimo , że oboje zwiemy się elektrykami,to stoimy po przeciwnych stronach barykady (interesu ) ; ale dzięki za rzeczową dyskusję

Czy dopuszczalne jest zasilanie sieci odbiorczej z dwóch miejsc, np. gospodarstwo rolne, dom od strony ulicy, tam rozdzielnie główna, zasilanie z sieci energetycznej, potem stodoły, magazyny, a na końcu, np. 150 metrów dalej, kilka paneli i mała rozdzielnia dodatkowa. Bo miejsce dołączenia falownika będzie miało duże znaczenia

Włączenie fotowoltaiki za rozdzielnią gł. to możliwe , ale niesamowita praca dla projektanta kolego . Rozkład prądów zwarciowych były nieprzewidywalny.

[witek17]

Włączenie fotowoltaiki za rozdzielnią gł. to możliwe , ale niesamowita praca dla projektanta kolego . Rozkład prądów zwarciowych były nieprzewidywalny.

Niby tak, a niby nie. Z punktu widzenia projektanta interesujące są dwa skrajne przypadki:
1. całkowity brak zasilania ze strony instalacji fotowoltaicznej
2. maksymalna moc tejże
Analiza zasilania dwustronnego dla tych dwóch przypadków, ale także pomiary wykonywane dwuetapowo - nocą i w mocno słoneczny dzień. Projektant i pomiarowiec będą musieli się wysilić. Dlaczego? Mam wrażenie, chociaż nie zostało to wprost powiedziane, że Koledzy dyskutują nad dużymi instalacjami, farmami PV. Lecz będzie mnóstwo małych i średnich instalacji, wspomagających lokalne gospodarstwa rolne, domowe, małe firmy. Oczekiwanie na to, że rolnik poprowadzi minimum 150 m kabla podziemnego, po to by dołączyć 3 panele jest mocno wątpliwe. Raczej położy drewniany przedmiot służący starszym ludziom do podpierania się na temacie. A jeszcze dodatkowo drugi, bo instalacja ma napęd silnikowy do ustawiania paneli (odbiór to odbiór). Takie sztywne podejście spowoduje zanik mikroinstalacji. Gość nie położy panelu na dachu, bo będzie musiał kuć ściany na nowy przewód.

[elmontjs]

Czy dopuszczalne jest zasilanie sieci odbiorczej z dwóch miejsc, np. gospodarstwo rolne, dom od strony ulicy, tam rozdzielnie główna, zasilanie z sieci energetycznej, potem stodoły, magazyny, a na końcu, np. 150 metrów dalej, kilka paneli i mała rozdzielnia dodatkowa.

Tylko jak kolega wyobraża sobie rozkład prądów uszkodzeniowych ( przy uszkodzeniu instalacji w gospodarstwie) w takim przypadku. Tradycyjne samoczynne wyłączenie zasilanie w takim układzie już raczej nie daje pewności działania ani na zasilaniu z sieci a o falowniku nie wspomnę. Nie sądzę , żeby w ten sposób włączało się do instalacji elektrycznej fotowoltaike, ale może jeszcze nie wszystko w tej dziedzinie widziałem . Jak już to spotkałem układ panele + inwerter ale dedykowany tylko do jednego urządzenia (np bojler), ktore nie jest połączone z instalacją domową .

[witek17]

Tyle że problem zasilania wielostronnego występuje powszechnie i jakoś projektanci sobie z nim radzą. Mowa o sieci energetycznej, zasilanej w danej wsi z kabla 15 kV i stacji trafo, ale w tej wsi stoi też wiatrak i na dodatek minielektrownia wodna na 10 kW, no i oczywiście średnia farma PV Zaś sama sieć zasilana jest z np. 11 elektrowni dużych i setek mniejszych. Oczywiście układy o większej mocy są podłączane bezpośrednio do trafo, ale taka minielektrownia już chyba nie. Nie wiem jakie są przepisy.

[witek17]

Przygasiłem temat pora go lekko rozruszać.

Napiszę coś związanego z tematem, ale też przekażę trochę swoich rozważań ogólnych. Wiem, że nie jest to całkowicie zgodne z regulaminem, ale ja zawsze zachowywałem się niestandardowo. Gdyby kogoś to zainteresowało, zapraszam do mojego tematu o łączniku, najwyżej on zostanie skasowany

Bezpieczne z każdego punktu widzenia (m.in. przeciwporażeniowego) systemy zasilania wielostronnego z udziałem PV muszą powstać. To od nich zależy rozpowszechnienie mikro i mini instalacji. Powszechnie sądzi się, że to cena paneli ogranicza ich zastosowanie. To półprawda, dokładnych wyliczeń nie podam, ale przypuszczam, że cena urządzeń dodatkowych (inwertery, itd.), oraz ułożenia przewodów, a także wielokrotnie konieczność remontów w zdewastowanych pomieszczeniach, skutecznie zniechęcają do montażu instalacji solarnych. Ekologia ekologią, wielu już czuje potrzebę zmian, ale te koszty i surrealistyczny czas zwrotu inwestycji.

O ile jeden, dwa panele po 200 W jeszcze nie zmieniają zbytnio warunków pracy instalacji, to większa ilość już będzie je zmieniać. Kto pierwszy to zauważy (możliwe że ja ), a potem opracuje nowatorskie rozwiązania (najlepiej chronione patentami), ma szansę nie tylko zdobyć rynki, nawet światowe i spory majątek, ale będzie miał poważny wkład w ochronę Przyrody. Zadziała Prawo Wielkich Liczb, setki tysięcy, miliony instalacji, w Polsce i miliardy na Świecie, mimo małych mocy jednostkowych, stanowić będą poważne, globalne źródło energii.

P.S. następne przemyślenia w moim temacie

[witek17]

Wystąpił w tym temacie wątek rodzajów pracy inwerterów. Część z nich automatycznie wyłącza się się przy zaniku zasilającego napięcia sieciowego.

Wyobraźmy sobie następującą sytuację. Wieś zasilana z trafo, we wsi sporo instalacji energii odnawialnej, wiatrak, turbina wodna, kilka średnich farm PV, sporo mikroinstalacji PV. Instalacje generują średnią moc pokrywającą zapotrzebowanie wsi. Wieś jest (średnio licząc) samowystarczalna, podłączenie do sieci krajowej służy bardziej jako stabilizator paramentów dostarczanej energii, niż jako źródło energii.
Wystąpiła konieczność prac (naprawcze, konserwacyjne, podłączenie nowego odbiorcy, itd.), wyłączono trafo od strony SN. Jak zachowa się taki izolowany, pracujący, zasilany układ? Czy trzeba go będzie "wygasić" sztucznym zwarciem? Jakie będą parametry U i f? Czy nie ucierpią lodówki, telewizory, itp. w stanie przejściowym?

[luka2nd]

Wszystkie falowniki wyłączają się automatycznie, gdy zabraknie zasilania z sieci. Zabezpieczenie przed pracą wyspową jest koniecznym warunkiem przyłączenia instalacji do sieci. Natomiast jeśli chodzi o rozpatrywany przypadek, to farmy PV są przeważnie przyłączane do sieci SN, więc wypadają z bilansu.

Ale mnie rownież ciekawi, jak zachowałyby się falowniki w sieci o bardzo dużym udziale OZE. Gdzie leży granica samopodtrzymania systemu?

[elmontjs]

Dziś na targach w Bielsku oczywiście podrążyłem ten temat tj. ochronę pp strony AC, okazał się wielkim tabu , ale cóż , to przedstawiciele handlowi nie wiele wiedzący o szczegółach technicznych. Jedynie jeden z wiodących producentów (a bardziej polski ich przedstawiciel) zapewnił że ich inwerter ma wbudowany na wyjściu różnicówkę typu B (wierzę na słowo, choć warto byłoby sprawdzić te parametry). Obecności znaku II klasy ochronności i jednocześnie styku połączenia przewodu PE ...żaden z wystawców nie potrafił wytłumaczyć - szkoda.