Tartalom. Túlfeszültség-védelem fényelektromos berendezésekhez. Túlfeszültség-védelem fényelektromos berendezésekhez F.1

Átírás

1 Tartalom ényelektromos alkalmazási példa.2.1

2 ényelektromos alkalmazási példa A károk megelőzését a túlfeszültség-védelem jelenti A megújuló energia felhasználását szolgáló fényelektromos berendezések elhelyezésük és nagy felületük miatt különösen ki vannak téve a villámcsapások veszélyének. Ez az egyedi szegmensek károsodását vagy akár az egész berendezés meghibásodását is okozhatja. Ezeknek a hibáknak az elkerülése céljából összehangolt villám- és túlfeszültség-védelmi elvet kell alkalmazni. Mi támogatjuk Önt ebben: egyrészt azért, hogy berendezése hibátlanul működjön, másrészt azért, hogy Ön ténylegesen el tudja érni tervezett eredményét! Az inverterekben és fényelektromos modulokban keletkezett anyagi károk oka nagyon gyakran a villámcsapás és a túlfeszültség. Ezek a károk a fényelektromos berendezések üzemeltetői számára nemritkán további költségekkel járnak: nemcsak magas javítási díjak merülnek fel, hanem befolyással vannak a berendezés gazdaságosságára is. Ezért a fényelektromos berendezést minden esetben bele kell illeszteni a meglevő villámvédelmi és földelési koncepcióba. Óvja meg fényelektromos berendezését a Weidmüller villámés túlfeszültség-védelmével: Az épület és a fényelektromos berendezés védelme céljából A berendezések rendelkezésre állásának növelése céljából Befektetése biztonsága érdekében.2

3 ényelektromos alkalmazási példa Szabványok és követelmények Egy fényelektromos berendezés létesítésénél mindenképpen be kell tartani a túlfeszültség-védelemre vonatkozó hatályos szabványokat és irányelveket. A fényelektromos berendezések túlfeszültség-védelmének kiválasztását és létesítését az európai DIN VDE /E rész, DIN IEC 64/1123/CD (Kisfeszültségű berendezések Tetőfelület a káresemény után létesítése; Speciális berendezésekkel és terekkel szemben támasztott követelmények; ényelektromos feszültségellátó rendszerek) szabvány vagy a fényelektromos berendezések nemzetközi létesítési előírása az IEC írja le, valamint ajánl túlfeszültség-védelmi készülékeket a napelemek közé. A VdS-Schadenverhütung (VdS Kármegelőzési Kft.) 2010-es saját kiadványában a 10 kw-nál nagyobb teljesítményű fényelektromos berendezéssel ellátott épületeknél a III-as osztály szerinti villám- és túlfeszültség-védelmet ír elő. Annak érdekében, hogy az Ön berendezése hosszú távon biztonságot nyújtó módon létesüljön, készülékeink magától értetődően megfelelnek ezeknek a követelményeknek. Előkészületben van továbbá egy európai szabvány a túlfeszültség-védelmi komponensekre. Ez a szabvány előírásokat fog tartalmazni arra, hogyan kell megtervezni fényelektromos berendezésekben a túlfeszültség-védelmet az egyenáramú oldalon. Ennek a szabványnak jelenleg pren a jele. Hasonló szabvány már hatályba lépett ranciaországban, a jele: UTE C A Weidmüller termékeit jelenleg is mindkét szabvány szerint teszteljük, így ezek még nagyobb fokú biztonságot nyújtanak..3

4 ényelektromos alkalmazási példa A Weidmüller túlfeszültség-védelme a legjobb védelem I-es és II-es osztályú (B és C levezető) túlfeszültség-védelmi moduljaink biztosítják a fellépő feszültségek elegendően gyors korlátozását és az áramok biztonságos levezetését. Az Ön fényelektromos berendezésében így elkerülhetők a költséges károk vagy a berendezés kiesése. Mindegy, hogy az épület villámvédelmi berendezéssel ellátott vagy sem mi minden alkalmazáshoz rendelkezünk a megfelelő termékkel! A modulokat kívánságra egyedileg összeállítva, vezetékezésre készen, házba beépítve szállítjuk. Túlfeszültség-védelmi készülékek (SPD) használata fényelektromos berendezésekben A túlfeszültség-védelmi készülékek (angolul: surge protective device = SPD) fényelektromos berendezésekben történő használata során néhány különleges körülményt figyelembe kell venni. A túlfeszültség-védelmi készülékek váltakozó feszültségű rendszerekben történő felhasználásával szemben a fényelektromos berendezések esetén egyedi tulajdonságokkal rendelkező egyenfeszültségű feszültségforrásról van szó. A berendezés tervezésekor ezeket a sajátos tulajdonságokat figyelembe kell venni, és a túlfeszültség-védelmi készüléket ezekhez illeszteni. A fényelektromos berendezésekben alkalmazott túlfeszültségvédelmi készülékeket így mind a napelemes feszültségforrás maximális üresjárási feszültsége (UOC STC = a terhelés nélküli áramkör feszültsége szabványos vizsgálati körülmények között), mind a berendezés maximális rendelkezésre állása és biztonsága figyelembe vételével kell méretezni. A fényelektromosság a megújuló energiával történő energiatermelés egyik alappillére. Külső villámvédelem A fényelektromos berendezések nagy felületük és legtöbbször az elhelyezésük miatt is különösen ki vannak téve a légköri kisülések mint pl. a villámok veszélyének. Különbséget kell tenni ennek során a villámcsapás közvetlen és az úgynevezett közvetett (induktív és kapacitív) hatása között. A villámvédelem szükségessége egyrészt a normatív követelményekből adódik, másrészt azonban az alkalmazástól magától is függ (nem mindegy, hogy épületre történő vagy szabadtéri telepítésről van szó). Épületre történő telepítés esetén különbséget kell tenni a fényelektromos feszültségforrás meglevő villámvédelmi berendezéssel rendelkező középület tetejére, valamint villámvédelmi berendezéssel nem rendelkező melléképület tetejére való telepítése között. A szabadtérre történő telepítés a nagy felületű modulok miatt szintén nagy potenciális támadási felületet kínál, ilyenkor mindig javasolt külső villámvédelem, hogy a közvetlen villámcsapást el lehessen kerülni. A normatív szabályozások az IEC (VDE ), 2. mellékletében (Méretezés az LPL III védelmi osztály, ill. veszélyeztetettségi szint szerint) [2] és 5. mellékletében (Villámés túlfeszültség-védelem fényelektromos áramellátó rendszerekhez), valamint a VdS évi irányelvében (VdS- Richtlinie 2010 Ha a fényelektromos berendezés teljesítménye nagyobb, mint 10 kw, akkor villámvédelem szükséges) [3] találhatók. Ezen felül szükség van túlfeszültség-védelmi intézkedésekre is. A fényelektromos feszültségforrást a fentiek szerint lehetőleg külön felfogó berendezéssel kell védeni. Ha azonban a fényelektromos feszültségforrás közvetlen csatlakozása elkerülhetetlen, tehát pl. nem lehet betartani az elválasztási távolságot, akkor figyelembe kell venni a villámáram egy részének hatását. Mindenképpen árnyékolt generátor fővezetéket kell alkalmazni, hogy az indukált túlfeszültségeket lehetőség szerint kis értéken lehessen tartani. Ezen túl az árnyékolás elegendő keresztmetszete esetén (legalább 16 mm2, réz) a kábel árnyékolása a rész-villámáramok vezetésére is felhasználható. Ugyanez érvényes a zárt fém készülékházak használatára is. A kábelek és fém készülékházak esetén a földelést mindkét oldalon ki kell építeni. Ezzel a napelem-fővezeték (egyenáramú oldal) az LPZ 1 (angolul: lightning protection zone) zónába kerül, ami azt jelenti, hogy 2-es típusú túlfeszültség-védelmi készülék elegendő. Ellenkező esetben 1-es típusú készülék lenne szükséges. A túlfeszültség-védelmi készülékek alkalmazása és helyes méretezése A túlfeszültség-védelmi készülékek használatát és helyes méretezését általános szokásnak vehetjük a kisfeszültségű berendezések váltakozó áramú oldalán, ezzel szemben a fényelektromos egyenáramú feszültségforrásokhoz történő alkalmazásuk és a helyes méretezésük még mindig kihívást jelent. Ez azért van így, mert először is egy napelem-rendszer különleges jellemzőkkel bír, másodsorban pedig a túlfeszültség-védelmi készülékeket egyenáramú körben használjuk. A szokásos túlfeszültség-védelmi készülékeket tipikusan váltakozó feszültségű, nem pedig egyenfeszültségű rendszerekre fejlesztették ki. Évek óta léteznek az ide vonatkozó termékszabványok [4], amelyek elméletileg egyenfeszültségű.4

5 ényelektromos alkalmazási példa alkalmazásokra is átvihetők. Korábban azonban még viszonylag alacsony fényelektromos rendszerfeszültségeket használtak, ma ez kb V DC feszültséget tesz ki a terheletlen fényelektromos áramkörben. Az ilyen magas egyenfeszültségű rendszert mindenképpen alkalmas túlfeszültség-védelmi készülékkel kell ellátni. Az, hogy egy fényelektromos berendezés műszakilag mely pontján ésszerű és célszerű túlfeszültség-védelmi eszközt használni, elsősorban a berendezés fajtájától, a berendezés elvi kialakításától és a térbeli kiterjedésétől függ. A 2. és 3. ábra megmagyarázza az elvi különbséget: az első egy külső villámvédelemmel ellátott épület és a tetőre szerelt fényelektromos berendezés (épületre történő telepítés), a második egy nagy kiterjedésű fényelektromos napelem-rendszer (terepi telepítés), szintén külső villámvédelemmel ellátva. Az első esetben a rövid vezetékek miatt csupán az inverter egyenáramú bemeneteinek védelmét kell megvalósítani, a második esetben mind a napelem-generátor csatlakozódobozában (a napelem-modulok védelmére), mind az inverter egyenáramú bemenetén (az inverter védelmére) találhatók túlfeszültség-védelmi készülékek. Ha a napelemgenerátor és inverter közötti vezetékhossz hosszabb, mint 10 m (2. ábra), mind a fényelektromos feszültségforrás közelébe, mind az inverter közelébe telepíteni kell túlfeszültség-védelmi készüléket. A váltakozó áramú oldal védelmét, azaz az inverter kimenetét és a hálózat betáplálását ekkor szabvány szerint az inverter kimenetén 2-es típusú túlfeszültség-védelmi készülékkel valamint külső villámvédelemmel ellátott épületre történő telepítés esetén a hálózat betáplálási pontján 1-es típusú túlfeszültség-védelmi készülékkel és levezetővel kell ellátni. Különlegességek a napelem-generátor egyenáramú oldalán 1. ábra: Elvi rajz a DIN VDE szabványból 2. ábra: Épületre történő telepítés külső villámvédelemmel és az elválasztási távolság betartásával A DC oldal védelme esetén eddig csak normál váltakozó hálózati feszültségű túlfeszültség-védelmi készüléket használt mindenki, ahol az L+ és L ágat egyaránt el kellett látni védelmi áramkörrel a földpotenciálhoz képest. Ennek során a túlfeszültség-védelmi készülékeket érő igénybevétel legalább a napelem-generátor maximális üresjárási feszültségének 50 %-a volt. A hosszú évek során történő használat alatt szigetelési hiba léphet fel a fényelektromos generátorban. A fényelektromos berendezésben levő ilyen hibának azután az lehet a következménye, hogy a fényelektromos generátor teljes feszültsége a hiba által nem érintett póluson levő túlfeszültség-védelmi eszközre jut, és túlterhelést okoz. Ha a fém-oxid varisztoron alapuló túlfeszültség-védelmi készülékeket túl magas állandó feszültség veszi igénybe, 3. ábra: Terepen történő telepítés külső villámvédelmi berendezéssel.5

6 ényelektromos alkalmazási példa akkor az esetlegesen a leválasztó berendezés tönkremenetelét, ill. kioldását okozhatja. A legkedvezőtlenebb esetben a leválasztó berendezés működésbe lépésekor pontosan a nagy rendszerfeszültségű fényelektromos berendezések esetén nem lehet teljesen kizárni a tűz keletkezését a kapcsolási ív megléte miatt. Nem megoldás ebben az esetben a berendezés előtt elhelyezett túláramvédelmi készülék (biztosító) sem, mivel a fényelektromos generátor rövidzárási árama csak csekély mértékben magasabb a névleges áramánál. Manapság egyre inkább V DC körüli rendszerfeszültségű fényelektromos berendezéseket készítenek, hogy a veszteségi teljesítményt lehetőleg alacsony szinten lehessen tartani. Annak érdekében, hogy a túlfeszültség-védelmi készülékekkel kezelni lehessen az ilyen magas rendszerfeszültséget is, nem hivatalos szabványként a három varisztorból álló, úgynevezett Y kapcsolás terjedt el, és vált be (4. ábra). A szigetelés sérülése esetén még mindig két varisztor van sorba kötve, ami hatékonyan megakadályozza a túlfeszültségvédelmi eszköz túlterhelését. Összegzésként leszögezhetjük: megvalósult az abszolút szivárgó áram mentes védelmi áramkör, és meg lehet akadályozni a leválasztó berendezés nem szándékos aktiválását. Ezzel a tűz esetleges keletkezésének korábban fent leírt eseménysorát hatásosan meg lehet akadályozni, és egyidejűleg szintén elkerülhető a szigetelés-felügyeleti készülékre gyakorolt hatás. Ez azt jelenti: ha a szigetelés meghibásodik, akkor mindig két varisztor található sorba kötve. Így teljesül az a követelmény, hogy a földzárlatot mindenképpen meg kell akadályozni. A Weidmüller ehhez a PU II V DC jelű 2-es típusú túlfeszültség-védelmi eszközzel és levezetővel a legfeljebb UCPV-Modus +/, /PE, +/PE = V DC szintű feszültségre egy kiérlelt, gyakorlati használatra megfelelő megoldást kínál, ami azt jelenti, hogy ez a termék igazolhatóan minden hatályos szabvány szerint bevizsgált (UTE C és pren ) (4. ábra). Ilyen módon a legnagyobb fokú biztonságot kínáljuk egyenáramú áramkörökben történő használatra. Gyakorlati alkalmazási esetek Mint azt már említettük, a gyakorlatban épületre történő és terepen történő telepítést különböztetünk meg. Ha van külső villámvédelem, akkor a fényelektromos generátort szigetelt túlfeszültség-levezető (2-es típusú túlfeszültség-védelmi készülék) ennek ellenére mindkét oldalon szükséges. Mint azt az 5. ábra mutatja, az árnyékolt generátor fővezeték segítségével létrehozható olyan gyakorlatban alkalmazható Napelem panel Szigetelési hiba a PE-hez képest Uoc < 1000 Vc U MOV = Metall Oxyd Varistor MOV U MOV U MOV DC Konverter 4. ábra: Y védelmi kapcsolás három varisztorral 5. ábra: Épületre történő telepítés külső villámvédelemmel és az elválasztási távolság be nem tartásával felfogó berendezésként lehetőleg ebbe kell integrálni. Ennek során be kell tartani az IEC (VDE ) szerinti elválasztási távolságot. Amennyiben ez nem betartható, akkor figyelembe kell venni a villámcsapás áramának egy részét. Az IEC (VDE ) villámvédelmi szabvány 2. melléklete erre a 17.3 bekezdésben azt mondja: Árnyékolt generátor fővezetéket kell használni az indukált túlfeszültségek csökkentése céljából. Elegendő keresztmetszet esetén (legalább 16 mm2, rézvezeték) a kábel árnyékolása a villámok részáramának levezetésére is használható. Az ABB-( a VDE Villámvédelmi és Villámkutatási Munkabizottsága )-Merkblatt [5] ényelektromos berendezések villámvédelme című kiadványban is az áll, hogy a generátor fővezetékét árnyékolt kivitelben kell elkészíteni. Ezzel megtakarítható a villámáramlevezető (1-es típusú túlfeszültség-védelmi készülék), jóllehet AC.6

7 ényelektromos alkalmazási példa megoldás, amellyel elérhető az 1-es villámvédelmi zóna. A 2-es típusú túlfeszültség-védelmi készülék és levezető ezzel a szabványnak megfelelően alkalmazható Telepítésre kész megoldások Annak érdekében, hogy a szerelést a gyakorlatban a lehető legegyszerűbben lehessen elvégezni, a Weidmüller telepítésre kész megoldásokat kínál az inverter egyen- és váltakozó feszültségű oldalán történő védelemhez. A plug and play fényelektromos dobozok csökkentik a telepítés idejét. Megrendelésre a Weidmüller a vevőspecifikus összeszerelést is átvállalja. További információs anyag a honlapon található. igyelmeztetés: Az országspecifikus szabványokat és előírásokat be kell tartani! Irodalom [1] DIN VDE 0100 (VDE 0100) 712. rész ( ): Követelmények különleges üzemi épületek, terek és berendezések számára Napelemes-fényelektromos áramellátó rendszerek [2] DIN EN (VDE ) ( ): Villámvédelem, 3. rész: Épített létesítmények és személyek védelme, 2. melléklet: Méretezés az LPL III védelmi osztály, ill. veszélyeztetettségi szint szerint, 5. melléklet: ényelektromos áramellátó rendszerek villám- és túlfeszültség-védelme [3] VdS irányelv 2010 ( ): Kockázat alapú villám- és túlfeszültség-védelem; Kármegelőzési irányelvek, VdS Schadenverhütung Kiadó [4] DIN EN (VDE ) ( ): Kisfeszültségű túlfeszültség-védelem 11. rész: Túlfeszültségvédelmi készülékek kisfeszültségű berendezésekben történő alkalmazásra Követelmények és vizsgálatok [5] IEC Villámvédelem 3. rész: Épületek fizikai sérülése és élettartama [6] IEC Villámvédelem 4. rész: Épületen belül elhelyezett villamos és elektronikus rendszerek [7] pren Kisfeszültségű túlfeszültség-védelmi készülékek Túlfeszültség-védelmi készülékek speciális alkalmazásokhoz, az egyenfeszültséget is beleértve 11. rész: ényelektromos alkalmazásokban használt túlfeszültség-védelmi készülékekre vonatkozó követelmények és vizsgálatok [8] UTE C Egyenáramú területen használt túlfeszültség-védelmekre vonatkozó francia termékszabvány PU II V DC PV PU II V / 40 ka PU-I-LC-sorozat Egy db V-os túlfeszültség-védelmi levezető egyenáramú oldalon történő alkalmazásra További információk a C fejezetben találhatók. 230/400 V-os túlfeszültségvédelmi levezető Alkalmas TN-C-S erősáramú hálózatban Nagy energiaelnyelő képesség Imax: 40 ka árammal rétegenként További információk a C fejezetben találhatók. 230/400 V-os Kombinált villámáram- és túlfeszültségvezető, szivárgóárammentes 1 pólusú változat Iimp: 30 ka árammal Nagy energiaelnyelő képesség Imax: 80 ka árammal PU BC-nként V alakú vezetékcsatlakozás lehetősége.7

8 ényelektromos alkalmazási példa Túlfeszültség-védelmi készülékeink modul rendszerű használata Ha az épületben már van villámvédelmi berendezés, akkor ennek a teljes létesítmény legmagasabb pontján kell lennie. A fényelektromos berendezés összes modulját és vezetékét a felfogó berendezés alatt kell telepíteni. Ennek során legalább 0,5 1 m elválasztási távolságot kell tartani (az IEC szerinti kockázatelemzés függvényében). Továbbá a külső, I-es osztályú villámvédelmi berendezés (az AC oldalon) I-es osztályú villámáram-levezető telepítését követeli meg az épület villamos betáplálásába. Amennyiben nem lenne villámvédelmi berendezés, akkor elegendő II-es osztályú levezető használata (az AC oldalon). (Példaábra, felelősség nélkül) PU II V DC PV Y-kapcsolás PU II V DC PV Nagyobb távolság esetén (> 10 m) a fényelektromos feszültségforrás és az inverter között PU II V / 40 ka Nagyobb távolság esetén (> 10 m) az inverter és a ház betáplálása között PU-I-LC-Serie Meglevő villámvédelmi berendezés esetén.8