Блискавкозахист сонячних електростанцій на даху. Три основних сценарії
Блискавкозахист сонячних електростанцій (СЕС) на даху — критичний елемент безпеки, який безпосередньо впливає на надійність роботи фотоелектричних систем, збереження обладнання та пожежну безпеку будівель.
В Україні спостерігається стрімке зростання будівництва дахових сонячних електростанцій. Основні причини — підвищення попиту та енергетичну незалежість від зовнішніх мереж та зниження вартості електроенергії власного виробництва, особливо для бізнесу та промислових об’єктів.
З огляду на високу вартість землі, фотоелектричні (PV) модулі часто доцільно встановлювати на дахах будівель. Водночас дахова СЕС у разі удару блискавки створює додаткові ризики:
- виникнення небезпечного іскріння та пожежі;
- занесення прямого або індуктивно наведеного потенціалу в електричну мережу через PV-кабелі з подальшим пошкодженням електричного та електронного обладнання будівлі;
- пошкодження PV-модулів та інших компонентів сонячної електростанції.
Блискавкозахист сонячних електростанцій на даху. Три основних сценарії
Для мінімізації цих ризиків необхідно передбачати систему блискавкозахисту та заземлення елементів СЕС. Важливо зазначити, що розміщення PV-модулів на даху не повинно порушувати або знижувати ефективність уже наявної системи блискавкозахисту будівлі. У зв’язку з цим часто виникає потреба в коригуванні існуючої системи або влаштуванні нової.
У будь-якому випадку, перед початком проєктних робіт, виконується оцінка ризиків та можливих втрат в разі удару блискавки відповідно до ДСТУ EN 62305-2. На основі розрахунків визначається рівень блискавкозахисту (РБЗ), згідно з яким, а також відповідно до вимог ДСТУ EN 62305-3, проєктується система.
На практиці можна виділити три основні сценарії блискавкозахисту дахових сонячних електростанцій:
Сценарій А. Будівля без системи зовнішнього блискавкозахисту
Сценарій А. Будівля без системи зовнішнього блискавкозахисту
Цей варіант можливий у випадках, коли за результатами розрахунку ризиків відповідно до ДСТУ EN 62305-2 імовірність прямого удару блискавки є низькою. Це дозволяє передбачати захист лише від занесеної та наведеної напруги. Зазвичай це характерно для невеликих односімейних будинків в сільській місцевості з СЕС потужністю до 5 кВт.
Небезпечні перенапруги можуть потрапляти в PV-систему:
- через індуктивний зв’язок унаслідок близьких ударів блискавки;
- безпосередньо з мережі електропостачання через ввідний розподільчий щит.
Пристрої захисту від імпульсних перенапруг (ПЗІП), відповідно Сценарію A, мають бути встановлені у таких місцях:
- ПЗІП типу II на вході інвертора з боку DC (може бути вбудований заводом-виробником)
- ПЗІП типу II на вході інвертора з боку AC (може не встановлюватися, якщо відстань між інвертором і ПЗІП типу I+II у ввідному щиті менша за 10 м).
- ПЗІП типу I+II у ввідному розподільчому щиті.
Заземлення рам сонячних панелей повинно виконуватись мідним проводом мінімальним перерізом 6 мм2 або еквівалентним провідником.
Сценарій B. Будівля з системою зовнішнього блискавкозахисту та достатньою роздільчою відстанню s
Сценарій B. Будівля з системою зовнішнього блискавкозахисту та достатньою роздільчою відстанню s
Це оптимальний варіант з точки зору захисту як будівлі, так і обладнання. Система зовнішнього блискавкозахисту спроєктована таким чином, що фотоелектричні модулі знаходяться в захищеному об’ємі, сформованому блискавкоприймачами та струмовідводами відповідно до ДСТУ EN 62305-3.
Між елементами системи блискавкозахисту та всіма складовими сонячної електростанції (PV-модулі, кабельні траси, інвертори, елементи заземлення тощо) попередньо розраховується та витримується роздільча відстань s. Це унеможливлює прямий занос струму блискавки в електричну мережу.
s – це мінімальна відстань між двома струмопровідними частинами, за якої небезпечне іскріння між ними виключене.
Альтернативним способом забезпечення роздільчої відстані є застосування спеціальних високовольтних ізольованих провідників HVI, які дозволяють зменшити необхідну відстань до 0,9 м. Такі провідники можуть безпосередньо контактувати з елементами сонячної електростанції без ризику для обладнання та системи електропостачання.
Пристрої захисту від імпульсних перенапруг (ПЗІП), відповідно Сценарію B, мають бути встановлені у таких місцях:
- Тип ІІ на вході інвертора по DC стороні (може бути вбудований ПЗІП Тип ІІ заводом-виробником)
- ПЗІП типу II на вході інвертора з боку AC (може не встановлюватися, якщо відстань між інвертором і ПЗІП типу I+II у ввідному щиті менша за 10 м).
- ПЗІП типу I+II у ввідному розподільчому щиті.
Заземлення сонячних панелей повинно виконуватись мідним проводом мінімальним перерізом 6 мм2 або еквівалентним провідником.
Сценарій С. Будівля з системою зовнішнього блискавкозахисту та неможливістю забезпечити роздільчу відстань s
Сценарій С. Будівля з системою зовнішнього блискавкозахисту та неможливістю забезпечити роздільчу відстань s
У випадках, коли покрівля є металевою або практично повністю вкрита PV-модулями, забезпечити роздільчу відстань s неможливо. У такій ситуації всі металеві елементи на покрівлі, включно з конструкціями кріплення фотоелектричних модулів, повинні бути електрично з’єднані із системою зовнішнього блискавкозахисту та розраховані на протікання струму блискавки.
Пристрої захисту від імпульсних перенапруг (ПЗІП), відповідно Сценарію С, мають бути встановлені у таких місцях:
- a) Тип І+ІІ на вході інвертора по DC стороні (якщо відсутній вбудований захист інвертору заводом-виробником)
- b) Тип І на вході інвертора по DC стороні (в разі наявності вбудованого ПЗІП Тип ІІ) в такому випадку обов’язково потрібно врахувати координацію (послідовність спрацювання) між різними типами пристроїв захисту від імпульсних перенапруг.
- 2. ПЗІП типу II на вході інвертора з боку AC (може не встановлюватися, якщо відстань між інвертором і ПЗІП типу I+II у ввідному щиті менша за 10 м).
- 3. ПЗІП типу I+II у ввідному розподільчому щит
Заземлення панелей сонячних та підключення їх до системи блискавкозахисту повинно виконуватись мідним проводом мінімальним перерізом 16 мм2 або еквівалентним провідником.
Схеми, використані в написанні статті, створені компанією DEHN SE
Переклад та обробка - RAIDEN