Προστασία από υπέρταση

Transcript

1 Προστασία από υπέρταση Αντικεραυνική προστασία και προστασία από υπέρταση για Sunny Boy και Sunny Tripower Περιεχόμενα Στις φωτοβολταϊκές εγκαταστάσεις η φωτοβολταϊκή γεννήτρια βρίσκεται σε ανοιχτό χώρο, συνήθως επάνω σε κάποιο κτίριο. Ανάλογα την κατάσταση, εγκαθίστανται και οι μετατροπείς σε υπαίθριο χώρο. Ήδη από τον σχεδιασμό της φωτοβολταϊκής εγκατάστασης θα πρέπει επομένως να ελέγχεται αν πρέπει να ληφθούν μέτρα για προστασία από κεραυνούς και υπερτάσεις. Αυτά τα μέτρα μπορεί να είναι απαραίτητα για διάφορους λόγους. Εκτός από τα εθνικά τεχνικά πρότυπα και τους εθνικούς πολεοδομικούς κανονισμούς, ενδέχεται και η εταιρεία ασφάλισης της εγκατάστασης να απαιτεί την ύπαρξη προστασίας από υπέρταση. Κάποιος ειδικός σε συστήματα προστασίας από κεραυνούς πρέπει να ελέγξει ποια μέτρα είναι απαραίτητα στην εκάστοτε φωτοβολταϊκή εγκατάσταση. Σε αυτό το έγγραφο επεξηγείται η προστασία υπέρτασης γενικά και σε σχέση με τους μετατροπείς. Εκτός αυτού περιγράφονται κάποιες ιδιαιτερότητες του συνδυασμού συσκευών προστασίας από την υπέρταση με μετατροπείς της SMA. Το θέμα της αντικεραυνικής προστασίας αναλύεται στο παρόν έγγραφο μόνο στον βαθμό που παίζει κάποιο ρόλο για την προστασία από υπέρταση. U_Schutz-TI-el-13 Έκδοση 1.3 1/9

2 Αντικεραυνική προστασία / προστασία από υπέρταση 1 Αντικεραυνική προστασία / προστασία από υπέρταση Τα συστήματα αντικεραυνικής προστασίας έχουν σκοπό την αποτροπή ζημιών από κεραυνικά πλήγματα. Γίνεται διάκριση μεταξύ εξωτερικής και εσωτερικής αντικεραυνικής προστασίας. Η εξωτερική αντικεραυνική προστασία χρησιμεύει στην έλξη των κεραυνών και τη διοχέτευσή τους στο έδαφος. Έτσι προστατεύονται από τις επιπτώσεις ενός άμεσου κεραυνικού πλήγματος τα κτίρια και οι εγκαταστάσεις. Η εξωτερική αντικεραυνική προστασία αποτελείται από διατάξεις έλξης, απαγωγούς και τη σχετική εγκατάσταση γείωσης. Εικ.1: Εξωτερική αντικεραυνική προστασία (αριστερά) και εσωτερική αντικεραυνική προστασία (δεξιά). Υπόμνημα: A: εξωτερική αντικεραυνική προστασία (με σύνδεση στη γείωση της θεμελίωσης), B: γείωση θεμελίωσης, C: ράγα ισοδυναμικής σύνδεσης, D: σύνδεση δικτύου, E: τηλεφωνική σύνδεση, F: αγωγός νερού Η εσωτερική αντικεραυνική προστασία δημιουργεί μια ισοδυναμική σύνδεση μεταξύ μεταλλικών εγκαταστάσεων και καλωδιώσεων εντός της εγκατάστασης. Τα μεταλλικά και τα αγώγιμα μέρη της εγκατάστασης, π.χ. οι σωληνώσεις νερού, συνδέονται για αυτόν τον σκοπό απευθείας μεταξύ τους. Οι καλωδιώσεις που φέρουν τάση, π.χ. η σύνδεση με το ηλεκτρικό δίκτυο ή οι τηλεφωνικές συνδέσεις συνδέονται έμμεσα στην εγκατάσταση γείωσης μέσω μιας συσκευής προστασίας από υπέρταση. Η προστασία από υπέρταση χρησιμεύει στην αποτροπή ζημιών στις ηλεκτρικές και ηλεκτρονικές συσκευές από πολύ υψηλές τάσεις. Οι συσκευές προστασίας από υπέρταση (αγγλικά: "Surge Protection Device", εν συντομία: SPD) δημιουργούν σε περίπτωση φορτίου μια ισοδυναμική σύνδεση ανάμεσα στους συνδεδεμένους αγωγούς. Έτσι αποτρέπεται η καταστροφή των συνδεδεμένων συσκευών από αιχμές τάσης. SMA Solar Technology AG 2/9

3 Λόγοι για προστασία από κεραυνούς και υπέρταση 2 Λόγοι για προστασία από κεραυνούς και υπέρταση Η προστασία από κεραυνούς και υπέρταση μπορεί να είναι απαραίτητη για διάφορους λόγους. Για συγκεκριμένα είδη κτιρίων ή εγκαταστάσεων, π.χ. νοσοκομεία, είναι υποχρεωτική η χρήση τέτοιων συστημάτων. Συχνά οι ιδιοκτήτες ζητούν αντικεραυνικές εγκαταστάσεις, για να είναι ευνοϊκότεροι οι όροι ασφάλισης ή ακόμη για να μπορούν να ασφαλίσουν τα αντικείμενα. Η εκτέλεση ακολουθεί τότε τις προδιαγραφές της εκάστοτε ασφαλιστικής εταιρείας. Ανεξάρτητα από αυτά προτείνεται η διενέργεια μιας ανάλυσης κινδύνων. Ανάλογα με την πιθανότητα πλήγματος εντός του χρόνου λειτουργίας της εγκατάστασης και τις επακόλουθες ζημιές, τα έξοδα για τα μέτρα προστασίας από κεραυνούς και υπέρταση είναι μικρότερα από τις αναμενόμενες ζημιές. Σε φωτοβολταϊκές εγκαταστάσεις που τοποθετούνται σε υφιστάμενα κτίρια, πρέπει να λαμβάνονται υπόψη οι προδιαγραφές για αυτά τα κτίρια. Αν υπάρχει ήδη αντικεραυνική εγκατάσταση πρέπει να προβλεφθούν και τα αντίστοιχα μέτρα για τη φωτοβολταϊκή εγκατάσταση. 3 Κατηγορίες τύπου SPD 1 Οι συσκευές προστασίας από υπέρταση (SPD) υποδιαιρούνται σε 3 κατηγορίες. Βασική προστασία (SPD τύπου I): Τα SPD τύπου I έχουν τη μεγαλύτερη χωρητικότητα μεταφοράς κρουστικού ρεύματος, γιατί είναι σχεδιασμένα για φορτίο ενός απευθείας κεραυνικού πλήγματος. Χρησιμοποιούνται σε περιπτώσεις όπου ρεύματα κεραυνού ή μέρος αυτών μπορεί να περάσουν όχι μόνο από την εξωτερική εγκατάσταση αντικεραυνικής προστασίας, αλλά και μέσω των ηλεκτρικών αγωγών. Μια τέτοια κατάσταση πρέπει να αναμένεται, αν η εγκατάσταση που προστατεύεται είναι συνδεδεμένη απευθείας με την εξωτερική εγκατάσταση αντικεραυνικής προστασίας ή π.χ. αν η απόσταση απομόνωσης των αγωγών DC είναι πολύ μικρή από την εξωτερική αντικεραυνική προστασία. Το ύψος των μερικών ρευμάτων από κεραυνό προκύπτει από την κατανομή ρεύματος μέσω του αριθμού των απαγωγών της εγκατάστασης αντικεραυνικής προστασίας και του αριθμού των αγωγών. Ανάλογα με αυτή την τιμή ρεύματος καθώς και την κατηγορία αντικεραυνικής προστασίας μπορεί να γίνει η επιλογή της συσκευής προστασίας από υπερτάσεις. Ενώ το κόστος για SPD τύπου I για μετατροπείς είναι σχετικά χαμηλό, το κόστος για συσκευές προστασίας από υπέρταση DC μπορεί εύκολα να λάβει διαστάσεις τέτοιες, που να καθιστούν ασύμφορη οικονομικά μια φωτοβολταϊκή εγκατάσταση. Η οικονομικότερη λύση είναι συχνά η προσαρμογή της εγκατάστασης αντικεραυνικής προστασίας για αύξηση τους απόστασης απομόνωσης. 1. κατά EN / IEC SMA Solar Technology AG 3/9

4 Κατηγορίες τύπου SPD Μέση προστασία (SPD τύπου II): Αυτές οι συσκευές προστασίας από υπέρταση έχουν μικρότερη χωρητικότητα μεταφοράς κρουστικού ρεύματος και προστατεύουν από μέτριες επιπτώσεις από κεραυνούς. Σε κοντινά κεραυνικά πλήγματα, π.χ. στην εξωτερική εγκατάσταση αντικεραυνικής προστασίας, δημιουργούνται ηλεκτρομαγνητικά πεδία, τα οποία μπορεί να τροφοδοτήσουν επικίνδυνα υψηλές τάσεις στα ηλεκτρικά κυκλώματα. Οι μέγιστες τιμές των ρευμάτων που προκύπτουν από την υπέρταση είναι όμως κατά πολύ μικρότερες από το εκάστοτε ρεύμα κεραυνού. Μικρότερη είναι επίσης η διάρκεια του παλμού και επομένως η τροφοδοτούμενη ενέργεια. Για την προστασία τέτοιου είδους υπέρτασης χρησιμοποιούνται SPD τύπου II. Λεπτομερής προστασία (SPD τύπου III): Οι συσκευές SPD τύπου III έχουν τη χαμηλότερη χωρητικότητα μεταφοράς κρουστικού ρευμάτος. Προστατεύουν ευαίσθητες ηλεκτρονικές τερματικές συσκευές από παρεμβολές από απομακρυσμένα κεραυνικά πλήγματα. Οι μετατροπείς SMA έχουν σχεδιαστεί έτσι, ώστε να μην χρειάζονται SPD τύπου III. Συνήθως η παραμένουσα τάση στα SPD, η επονομαζόμενη στάθμη προστασίας, είναι στην προς προστασία συσκευή τόσο υψηλή, όσο υψηλότερη είναι η χωρητικότητα μεταφοράς κρουστικού ρεύματος του SPD. Στα SPD τύπου I η στάθμη προστασίας είναι συνήθως υψηλότερη από την αντοχή τάσης της προς προστασία συσκευής. Σε αυτήν την περίπτωση πρέπει να συνδεθεί ένα SPD τύπου II και ενδεχομένως ένα SPD τύπου III, ώστε να μειωθεί η στάθμη προστασίας σε τιμή κατάλληλη για την προς προστασία συσκευή. Εικ. 2: Επίπεδο προστασίας SPD με διαφορετική χωρητικότητα μεταφοράς κρουστικού ρεύματος Αν θέλετε να προστατεύσετε μετατροπείς SMA από παρεμβολές υπερτάσεων, αρκεί ένα SPD τύπου II. Αν αναμένονται μερικά ρεύματα κεραυνού, πρέπει να χρησιμοποιηθεί SPD τύπου I με συνδεδεμένο SPD τύπου II. SMA Solar Technology AG 4/9

5 Συνδυασμός SPD με μετατροπείς 4 Συνδυασμός SPD με μετατροπείς Στους μετατροπείς με ανιχνευτή σημείου μέγιστης ισχύος οι στοιχειοσειρές ενώνονται πριν από τον μετατροπέα και το ή τα SPD συνδέονται στο σημείο της ένωσης. Στους μετατροπείς με περισσότερους ανιχνευτές σημείου μέγιστης ισχύος πρέπει να προβλεφθεί για κάθε είσοδο ένα SPD ή ένας συνδυασμός SPD. Αφορά π.χ. όλα τα Sunny Boy και Sunny Tripower με είσοδο Multi- String. Το ίδιο ισχύει για μετατροπείς με μόνο έναν ανιχνευτή σημείου μέγιστης ισχύος αλλά περισσότερες εισόδους με κάθε φορά δική τους δίοδο στοιχειοσειράς ή ασφάλεια, όπως π.χ. οι μετατροπείς της σειράς STP XX000TLEE. Σε αυτή την περίπτωση πρέπει να χρησιμοποιείται ένα SPD, το οποίο είναι ασφαλισμένο μέσω διόδου στοιχειοσειράς. Εικ. 3: Μια στοιχειοσειρά σε έναν μετατροπέα με ανιχνευτή σημείου μέγιστης ισχύος (A), περισσότερες στοιχειοσειρές σε έναν μετατροπέα με έναν ανιχνευτή σημείου μέγιστης ισχύος (B), περισσότερες στοιχειοσειρές σε έναν μετατροπέα πολλαπλών στοιχειοσειρών με περισσότερους ανιχνευτές σημείου μέγιστης ισχύος (C) Αν χρησιμοποιούνται SPD στην πλευρά DC, τότε απαιτούνται SPD και στην πλευρά AC λόγω διαφοράς δυναμικού. Σε αντίθεση με την πλευρά DC, στην πλευρά AC μπορούν να προστατευτούν περισσότεροι μετατροπείς με ένα SPD, αφού συνδέονται στην ίδια τάση (τροφοδοσίας). SMA Solar Technology AG 5/9

6 Συνδυασμός SPD με μετατροπείς Μια ενσωμάτωση SPD πλευράς AC δεν προβλέπεται για τους μετατροπείς SMA, αφού συχνά εγκαθίστανται περισσότεροι μετατροπείς ο ένας δίπλα στον άλλο. Η ξεχωριστή εγκατάσταση μιας μόνο συσκευής προστασίας από υπέρταση για όλους τους μετατροπείς είναι σε αυτή την περίπτωση σαφώς πιο οικονομική. Εάν υπάρχει ενσύρματη επικοινωνία (π.χ. RS485, Ethernet), πρέπει να προστατεύονται και αυτές οι συνδέσεις με συσκευές προστασίας από υπέρταση, διότι διαφορετικά υπάρχει η πιθανότητα πρόκλησης ζημιών στις διεπαφές στον μετατροπέα, στον ίδιο τον μετατροπέα και στη συνδεδεμένη συσκευή επικοινωνίας λόγω διαφορών δυναμικού. Εικ. 4: Σύνδεση στην πλευρά AC περισσότερων μετατροπέων σε τριφασική συσκευή προστασίας από υπέρταση SMA Solar Technology AG 6/9

7 Συνδυασμός SPD με μετατροπείς Σε περίπτωση χρήσης ασφαλειών στοιχειοσειράς και SPD, πρέπει το SPD να εγκατασταθεί στο σημείο ένωσης των συγκεντρωμένων στοιχειοσειρών μετά τις ασφάλειες (βλ. εικ. 5 A). Αν το SPD συνδεόταν σε μία μόνο στοιχειοσειρά ανάμεσα στην είσοδο στοιχειοσειράς και την ασφάλεια στοιχειοσειράς, τότε οι υπόλοιπες στοιχειοσειρές θα ήταν απροστάτευτες μετά την ενεργοποίηση της ασφάλειας (βλ. εικ. 5 B). Εικ. 5: Περισσότερες στοιχειοσειρές με ασφάλειες στοιχειοσειράς και κοινό SPD στο σημείο ένωσης (A), περισσότερες στοιχειοσειρές με ασφάλειες στοιχειοσειράς και SPD σε μία στοιχειοσειρά με ενεργοποιημένη ασφάλεια στοιχειοσειράς (B) Επιπρόσθετα θα αυξάνονταν το επίπεδο προστασίας στον μετατροπέα, αν η υπέρταση παρουσιαζόταν σε μία από τις άλλες στοιχειοσειρές. Μέσω των αυτεπαγωγών της καλωδίωσης σε περίπτωση φορτίου προκύπτουν πρόσθετες τάσεις. Σε μια δυσμενή διάταξη αυξάνεται το επίπεδο προστασίας στον μετατροπέα (βλ. εικ. 6). Εικ. 6: Συνδεδεμένο μετά τις ασφάλειες στοιχειοσειράς SPD (A) και SPD σε μία είσοδο στοιχειοσειράς, της οποίας η ασφάλεια στοιχειοσειράς έχει αντικατασταθεί από χάλκινο μπουλόνι (B) SMA Solar Technology AG 7/9

8 Sunny Tripower με ενσωματωμένο SPD 5 Sunny Tripower με ενσωματωμένο SPD Στους ορισμένους μετατροπείς SMA 1 της οικογένειας προϊόντων Sunny Tripower το προαναφερόμενο πρόβλημα έχει επιλυθεί με ενσωματώσιμη προστασία από υπέρταση. Τα SPD μπορεί ωστόσο να προκαλέσουν δυσκολίες στο εσωτερικό των μετατροπέων. Από τη μία μπορεί να προκληθούν ζημιές από αλληλεπιδράσεις με το φίλτρο ΗΜΣ, από την άλλη μπορεί σε περίπτωση φορτίου από το υψηλό ρεύμα ενός της συσκευής προστασίας από υπέρταση να παρεμβληθούν επιπρόσθετα τάσεις σε συνδεσμολογίες στο εσωτερικό του μετατροπέα. Κατά τον σχεδιασμό των Sunny Tripower έχουν συνυπολογιστεί από την αρχή αυτές οι δυσκολίες και αντιμετωπίστηκαν ανάλογα. Το φίλτρο ΗΜΣ και το SPD έχουν προσαρμοστεί μεταξύ τους, ενώ οι συσκευές προστασίας από υπέρταση βρίσκονται σε ένα ξεχωριστό, θωρακισμένο χώρο, έτσι ώστε να μην παραβάλλονται τάσεις στα ηλεκτρικά κυκλώματα του μετατροπέα. Οι συσκευές προστασίας από υπέρταση μπορούν να τοποθετηθούν εκ των υστέρων στην εργοστασιακή υποδοχή. Στο Sunny Tripower η μεσαία προστασία μπορεί να τοποθετηθεί εκ των υστέρων γρήγορα και οικονομικά, χάρη στο ενσωματώσιμο SPD τύπου II. Για χωροταξικούς λόγους δεν είναι δυνατή η εγκατάσταση SPD τύπου I. Για οικονομικούς λόγους προτείνεται εκτός αυτού να σχεδιάσετε τη φωτοβολταϊκή εγκατάσταση έτσι ώστε να μην απαιτείται SPD τύπου I. Εικ. 7: Σημείο εγκατάστασης του SPD ενδεικτικά στην οικογένεια συσκευών STP XX000TL-10 Ανάλογα με τα τοπικά δεδομένα ενδέχεται να είναι πιο σκόπιμο να εγκατασταθεί το SPD σε άλλο σημείο (π.χ. στην είσοδο του κτιρίου, αν πρόκειται να υλοποιηθεί ένα σχέδιο ζωνών αντικεραυνικής προστασίας). Η ενσωματώσιμη λύση αντικαθιστά την εγκατάσταση του SPD σε ξεχωριστό περίβλημα πολύ κοντά στον μετατροπέα. Εάν αυτή η θέση είναι ιδανική αναφορικά με την προστασία της φωτοβολταϊκής εγκατάστασης, πρέπει να αποφασιστεί επιτόπου με βάση τα τοπικά δεδομένα από ειδικό σε συστήματα αντικεραυνικής προστασίας. 1. STP 8000TL-10, STP 10000TL-10, STP 12000TL-10, STP 15000TL-10, STP 17000TL-10, STP 20000TL-30, STP 25000TL-30 SMA Solar Technology AG 8/9

9 Πρόσθετες πληροφορίες 6 Πρόσθετες πληροφορίες Περαιτέρω πληροφορίες για την προστασία από κεραυνούς και από υπέρταση μπορείτε να βρείτε στα ακόλουθα έγγραφα: DIN EN / VDE Αντικεραυνική προστασία Μέρος 3: Προστασία κτιριακών εγκαταστάσεων και ατόμων (2006) DIN EN / VDE Αντικεραυνική προστασία Μέρος 3: Προστασία κτιριακών εγκαταστάσεων και ατόμων Συνοδευτικό δελτίο 5: Προστασία από κεραυνούς και υπέρταση για φωτοβολταϊκά συστήματα τροφοδοσίας ρεύματος (2009) Γερμανική Ένωση Ηλιακών Συστημάτων (BSW), Κεντρική Ένωση Τεχνικών Ηλεκτρολογίας και Πληροφορικής Γερμανίας (ZVEH) (2008): Merkblatt für PV-Installteure - Blitz- und Überspannungsschutz von Photovoltaikanlagen auf Gebäuden (Ενημερωτικό δελτίο για τεχνικούς εγκατάστασης φωτοβολταϊκών συστημάτων - Προστασία από κεραυνούς και υπέρταση για φωτοβολταϊκές εγκαταστάσεις σε κτίρια). (λήψη από την περιοχή πληροφοριών στη διεύθυνση Beer, Michael (2009): Blitzschutzfibel für Solaranlagen - Ratgeber für Solarinstallateure und Blitzschützer, 4. völlig überarb. u. erw. Auflage, Wagner & Co Cölbe/Marburg. ( Dehn + Söhne (2007): Blitzplaner, 2η ενημερωμένη έκδοση, Dehn + Söhne GmbH + Co. KG. Neumarkt i.d.opf. (λήψη από τη διεύθυνση VdS Risikoorientierter Blitz- und Überspannungsschutz (Προστασία από κεραυνούς και υπέρταση βάσει κινδύνων), Οδηγία της Γερμανικής Ένωσης Ασφαλιστικών Εταιριών (λήψη από verlag/files/vds_2010_web.pdf) Τεχνικές πληροφορίες των κατασκευαστών συσκευών προστασίας από υπέρταση SMA Solar Technology AG 9/9