04.09.0. Magyar Mérnöki Kamara ELEKTROTECHNIKAI TAGOZAT Kötelező szakmai továbbképzés 04 Villámvédelem #5. Napelemes rendszerek villám- és túlfeszültség-védelme II. Túlfeszültség-védelem 04. szeptember 0. Villámvédelem Villám- és túlfeszültség-védelmi szabványok napelemes rendszerekhez DC oldali túlfeszültség-védelem: MSZ EN 5059-:0 CLC/TS 5059-:0 AC oldali túlfeszültség-védelem: MSZ EN 605-4:0 MSZ HD 6064-4-44:007 MSZ HD 6064-5-54:009 MSZ HD 6064-7-7:006. MSZ EN 664-:00/A:007 (érv.: 05.08-ig) MSZ EN 664-:0 CLS/TS 664-:009 (IEC 664-:008) Villámvédelem Villám- és túlfeszültség-védelmi szabványok napelemes rendszerekhez DC oldali túlfeszültség-védelem: MSZ EN 5059-:0 Low-voltage surge protective devices - Surge protective devices for specific application including d.c. - Part : Requirements and tests for SPDs in photovoltaic applications CLC/TS 5059-:0 Low-voltage surge protective devices - Surge protective devices for specific application including d.c. - Part : Selection and application principles - SPDs connected to photovoltaic installations Villámvédelem

04.09.0. Villám- és túlfeszültség-védelmi szabványok napelemes rendszerekhez AC oldali túlfeszültség-védelem: MSZ HD 6064-7-7:006. Épületek villamos berendezéseinek létesítése. 7-7. rész: Különleges berendezésekre vagy helyiségekre vonatkozó követelmények. Napelemes (PV) energiaellátó rendszerek Villámvédelem 4 Elosztói szabályzat 6/B melléklete Az Elosztói szabályzat 6/B melléklete háztartási méretű kiserőművek esetén előírja a komplex túlfeszültség-védelmet (ez a nagy értékű berendezések miatt a telepítő érdekével is egybeesik). A túlfeszültség-védelmi megoldást a villámvédelmi kialakítás határozza meg. Kivonat az Elosztói szabályzat 6/B mellékletéből: Túlfeszültség védelem A felhasználó által üzemeltetett HMKE a csatlakozási ponton potenciális túlfeszültség forrás, ezért a telepítendő berendezésnek rendelkeznie kell a típusának megfelelő komplex túlfeszültség védelemmel, amely a hálózatba kerülő túlfeszültséget a szabványban rögzített mértékre korlátozza. A termelő berendezés túlfeszültség védelmi megoldását a HMKE csatlakozási dokumentációjának tartalmaznia kell. Villámvédelem 5 EON HMKE műszaki követelmények Kialakítási lehetőségek: Villámvédelem nélkül az inverter egyen- és váltakozóáramú oldalán,. típusú túlfeszültségvédelmi készüléket kell elhelyezni. Villámvédelmi szabványnak megfelelő (MSZ EN 605), a veszélyes megközelítés figyelembevételével kialakított rendszer esetén az inverter egyen- és váltakozóáramú oldalán. típusú túlfeszültségvédelmi készüléket kell elhelyezni. Villámvédelemmel rendelkező, de a villámvédelmi szabvány (MSZ EN 605) által előírt veszélyes megközelítési távolság betartása nélkül kialakított rendszer esetén az inverter egyen- és váltakozóáramú oldalán. típusú túlfeszültség-védelmi készüléket kell elhelyezni. Az inverterben elhelyezett túlfeszültség-védelem az előző megoldásokkal alkot megfelelő védelmi rendszert (önmagában nem nyújt teljes értékű, komplex túlfeszültség-védelmet). Villámvédelem 6

04.09.0. EON HMKE műszaki követelmények egyvonalas kapcsolási rajz Villámvédelem 7 CLC/TS 5059-:0 4.4 Túlfeszültség-védelmi készülékek (SPD) napelemes (PV) installációkban Az SPD-nek meg kell felelnie az EN 664- szabványnak kisfeszültségű energiaellátó rendszerek esetében és az EN 664- szabványnak telekommunikációs és jelátviteli vonalak védelme esetében. Ezen kívül az SPD kiválasztásának meg kell felelnie a HD 6064-4-44, HD 6064-5-54 és a CLC/TS 664- szabványoknak kisfeszültségű energiaellátó rendszerek esetében és a CLC/TS 664- szabványnak telekommunikációs és jelátviteli vonalak védelme esetében. A napelemes generátorok egyenáramú oldalán, a következő bekezdésekben definiált értékek kiegészítéseként, más követelmények is megjelennek, például az un. élettartam vége üzemmódot is meg kell határoznia a gyártónak. Ezen túlfeszültség-védelmi készülékeket (SPD) tehát a gyártó ajánlásai szerint kell kiválasztani. 4.5 Követelmények az SPD-k alkalmazásánál SPD-k telepítése a napelemes installációk DC és AC oldalán kötelező, kivéve ha az EN 605- szabvány alapján készített villámvédelmi kockázatelemzés más eredményt ad. Ha SPD-t telepítenek az erősáramú elosztóhálózat védelmére, ajánlott a telekommunikációs vonalak védelme is. Villámvédelem 8 Kell-e túlfeszültség-védelmet kiépíteni az AC illetve a DC oldalon? Ha van villámvédelem az épületen, akkor az MSZ EN 605 szabvány alapján készült kockázatelemzés alapján lehet a kérdést megválaszolni.. követelmény: villámvédelmi potenciálkiegyenlítés, minden villámárammal átjárt vezetőre, amely az építménybe kívülről, LPZ0A villámvédelmi zónából belép. Az épületen van villámvédelem és az s távolság nincs betartva.. követelmény: A túlfeszültség-védelmet a zónakoncepció alapján lehet kialakítani. Minden az LPZ0B zónából érkező vezetékre túlfeszültség-védelmet kell telepíteni. (Napelemes rendszer a külső villámvédelem védett terében van és az s távolság be van tartva. Mit mondanak a biztosítók? Csak akkor fizetnek, ha a villámcsapás km-en belül történt. Mit mondanak az inverter gyártók? Komplex túlfeszültségvédelem nélkül nincs garancia. Villámvédelem 9

04.09.0. Túlfeszültség kategóriák az MSZ HD 6064-44 szerint Méretezési lökőfeszültség 6 kv Védelmi szint,5kv 4 kv,5 kv Háztartási berendezések,5 kv Érzékeny készülékek UV Végkészülék 0/400 V HA Z Levezető típus (B) (C) (D) (D) (Követelményosztály) Villámvédelem 0 Túlfeszültség-védelem, Alkalmazás fő- és alelosztóban valamint végkészüléknél AE UV. típus > 5 m 5 m Végkészülék. típus Végkészülék AE. típus > 5 m. típus Végkészülék FE +. típus > 5 m. típus Végkészülék Villámvédelem PV - AC oldali túlfeszültség-védelem elszigetelt villámvédelmi felfogórendszerrel Inverter a szolároldali csoportkábel épületbe történő belépési pontjánál a GAK (generátor-csatlakozó-szekrénynél) Túlfeszültség-védelmi készülék. típus Túlfeszültség-védelmi készülék. típus Kombi villámáram-levezető +. típus Villámvédelem 4

04.09.0. Vizsgálati áramok összehasonlítása 00 ka Hullámalak (µs) 0/50 8/0 8/0 I (ka) 80 ka TYPE i max. ka Q As 00 50 0 0,4 5 0, 60 ka W/R J/Ω,5 0 6, 0 0,4 0 50 ka Szabvány: MSZ EN 605- IEC 60060- IEC 60060-40 ka 0 ka TYPE TYPE 0 µs 00 µs 50 µs 600 µs 800 µs 000 µs t (µs) Villámvédelem PV berendezés közvetlen kapcsolatban a külső felfogó rendszerrel Közvetlen csatlakozás Csatlakozás szikraközön keresztül DC-vezeték Inverter CPU RV PAS DC AC Villámvédelem 4 Az induktív becsatolás csökkentése megfelelő nyomvonalvezetés révén Villámvédelmi felfogó Hibás Nagyon nagy felület az induktív csatolás szempontjából Napelem csatlakozó doboz Helyes Nagyon kicsi felület az induktív csatolás szempontjából Villámvédelem 5 5

04.09.0. DC oldali túlfeszültség-védelem: Hibatűrő Y- kapcsolás DC + U +- DC - U / U / +- SCI SCI +- hibatűrő Y - kapcsolás Elkerüli a modulok túlterhelését szigetelési hiba esetén modul különböző komponens Alkalmazható földfüggetlen és üzemi célú földeléssel rendelkező rendszereknél Villámvédelem 6 Szigetelési hiba a DC körben földfüggetlen rendszer esetében a) Méretezés U +- / feszültségre Szigetelési hiba esetén U névl b) Méretezés U +- feszültségre U +- Nagyobb védelmi szint Villámvédelem 7 Szigetelési hiba a DC körben földfüggetlen rendszer esetében U +- DC + DC - SCI SCI U +- / hibatűrő Y - kapcsolás Elkerüli a modulok túlterhelését szigetelési hiba esetén U +- / Villámvédelem 8 6

PV áram A 04.09.0. Tervezési alapelvek az MSZ EN 5059-:0 alapján Tervezési, kiválasztási paraméterek: U oc max (U CPV ) - sztring maximális üresjárási feszültsége I n - névleges levezetései áram. típusú levezető esetén, pl.,5 ka (8/0 ka) U p - védelmi szint I scpv - maximális független zárlati áram a beépítés helyén Villámvédelem 9 SPD méretezése U ocmax (U CPV ) feszültségre U ocmax (U CPV ): legnagyobb üresjárási sztringfeszültség Méretezési elv ugyanaz, mint az inverter kiválasztásánál U ocstc (U modul, U sztring ) Open Circuit Voltage under Standard Test Conditions: 000 W/m 5 C AM,5 légtisztasági érték hőmérsékleti együttható ΔU (%) vagy ΔU (mv) negatív érték Villámvédelem 0 SPD méretezése U ocmax feszültségre Inverter maximális bemenő árama Inverter maximális tartománya U MPP üzemi tartománya Inverter lekapcsolási határa PV feszültség V Forrás: Deutsche Gesellschaft für Sonnenenergie Villámvédelem 7

04.09.0. SPD méretezése U ocmax feszültségre Példa: Napelemtábla U oc,stc =6 V sztring 4 tábla U oc,stc =4*6 V= 864 V Legalacsonyabb tervezési hőmérséklet : -5 C ΔU=-0,7% U modul-0 C = (-5 C * ΔU/00) *U oc,stc = = (-40 C * (-0,007)) *864 V = 99,87 V CLC/TS 5059- szerint az U c minden körülmények között legyen nagyobb-egyenlő, mint: U ocmax,inv =000 V Inverter MPP követés fesz. tart. megfelelő! U modul-0 C =, * U oc,stc =,*864 V=06,8 V U oc,spd =00 V Villámvédelem Követelmények a túlfeszültség-védelmi készülékekkel szemben DIN EN 605- Bb. 5 5.5 Túlfeszültség-védelmi készülékek kiválasztása 5.5. Általános... A túlfeszültség-védelmi készülékeket az egyenáramú oldalon úgy kell kiválasztani, hogy ezek rövidzárlat esetén is biztonságos állapotba kerüljenek, anélkül hogy tűzveszélyt okoznának a túlterhelés és villamos ív keletkezése miatt. A túlfeszültségvédelmi berendezés gyártójának kell igazolnia, hogy a túlfeszültségvédelmi berendezés belső kapcsolása a szükséges kapcsolási képességgel rendelkezik, ami megfelel a beépítési hely követelményeinek. Villámvédelem Hagyományos DC-forrás és a PV-generátor jelleggörbéinek összehasonlítása U [V] U OC x PV-generátor U OC Hagyományos DC-forrás U ív = f(i) Munkapont x I SC I [A] Villámvédelem 4 8

04.09.0. Villamos ív napelem DC körében Villámvédelem 5 MSZ EN 5059-:0 6..5. SPD túlterhelési viselkedés Az SPD meghibásodásakor nem jelenthet veszélyt a környezetére vagy a gyártó által megadott I SCPV -t, amely az SPD meghibásodásakor kialakulhat el kell tudnia viselni. 7.4.7.4. Szakadás üzemmód (Open Circuit Mode =OCM) Az olyan SPD esetében, ahol a gyártó szakadás üzemmódot (OCM) ad meg SPD túlterhelési viselkedésként, a tápforrás áramát belső vagy külső SPD leválasztóval (disconnector) kell megszakítani: 0 s-nál rövidebb idő alatt PV 4 tápforrás és I SCPV mellett..4 SPD leválasztók (disconnector) Külső vagy az SPD részeként kialakított készülék az SPD DC hálózatról történő leválasztásához az SPD meghibásodása esetén.. megjegyzés: Ennek a leválasztónak nem kell szigetelési tulajdonsággal rendelkeznie biztonsági szempontok figyelembe vételével. Feladata, hogy megakadályozza a hiba tartós fennmaradását a rendszerben és jeleznie kell az SPD meghibásodását. A leválasztók lehetnek SPD-be beépített vagy külső készülékek (alkalmazását a gyártó írja elő). A készülék több funkcióval rendelkezhet, például túlterhelés-védelem és termikus védelem. Ezek a funkciók különálló egységek is lehetnek. Villámvédelem 6 I scpv - maximális független zárlati áram a beépítés helyén az EN 5059-:0 alapján Mekkora zárlati áramra lehet számítani a napelem csatlakozó dobozok (GAK) beépítési helyén egy sztring esetén? Mekkora zárlati áramra lehet számítani a napelem csatlakozó dobozok (GAK) beépítési helyén két sztring esetén? Mekkora zárlati áramra lehet számítani a napelem csatlakozó dobozok (GAK) beépítési helyén nyolc sztring esetén? Villámvédelem 7 9

04.09.0. I scpv - maximális független zárlati áram a beépítés helyén az EN 5059-:0 alapján. szt.. szt.. szt. DC + 8 A Sztring csatlakozó szekrény Generátor csatlakozó szekrény (GAK) Sztring olvadóbiztosítók 8. szt. DC főkapcsoló 8 A 8x8 A = Helyi EPH sín DC - N Helyi EPH sín Üzemi célú földelés Fő földelő sín PEN 070 PE Villámvédelem 8 I scpv - maximális független zárlati áram a beépítés helyén az EN 5059-:0 alapján. szt.. szt.. szt. DC + 7x8 A Sztring csatlakozó szekrény Generátor csatlakozó szekrény (GAK) Sztring olvadóbiztosítók 8. szt. I sc STC =, x I MPP DC főkapcsoló 8 A 0 A = DC - Modulparaméterek: Helyi EPH sín U MPP = 5,8 V U OC STC = 44,4 V I MPP = 7,5 A I SC STC = 8, A N Helyi EPH sín Üzemi célú földelés Fő földelő sín PEN 070 PE Villámvédelem 9 Sztring olvadóbiztosítók alkalmazása Általában kettőnél több sztring esetén (kristályos napelemtábla) a sztringkörbe olvadóbiztosító beépítése erőteljesen ajánlott! (A modul max. visszáram értékét a modulgyártó adja meg. Modul garanciális feltételei). Villámvédelem 0 0

04.09.0. Sztringvezeték méretezése túláram-védelmi szerv nélkül I max =,5 x (Σ I k,sztring - I k,sztring ) A teljes generátoráram egyetlen sztring vezetéken folyik. I max I Z, vezeték A vezeték tartós áramterhelhetősége nagyobb kell legyen, mint a visszáramokkal számolt maximális zárlati áram. Villámvédelem I scpv - maximális független zárlati áram a beépítés helyén az EN 5059-:0 alapján. szt.. szt.. szt. DC + 8 A Sztring csatlakozó szekrény Generátor csatlakozó szekrény (GAK) Sztring olvadóbiztosítók 8A I DC főkapcsoló sc STC =, x I MPP 8x8 A 0 A = 8. szt. DC - Helyi EPH sín Modulparaméterek: U MPP = 5,8 V U OC STC = 44,4 V I MPP = 7,5 A I SC STC = 8, A Helyi EPH sín Fő földelő sín Üzemi célú földelés N PEN PE 070 Villámvédelem I scpv - maximális független zárlati áram a beépítés helyén az EN 5059-:0 alapján rendszer 0 A 80 A 40 A Visszáram a rendszer felől Tervezési feltétel: I scpvspd legyen nagyobb az inverter bemenő áramánál. (központi inverter koncepció esetén) Példa: I scpv =60 A, amit a túlfeszültség-korlátozónak meg kellene szakítania biztonságosan!!! Villámvédelem

04.09.0. I scpv - maximális független zárlati áram a beépítés helyén az EN 5059-:0 alapján Olyan OCM (vagy SCM) rövidzár üzemmódú DC köri SPD-t kell kiválasztani, amely az MSZ EN 5059-:0 szerint bevizsgált, és az SPD I SCPV megszakítóképessége nagyobb, mint a beépítés helyén kialakuló független zárlati áram (,5*I MPP, INV ) A független zárlati áram több sztring csatlakozó doboz esetén nem egyenlő az adott dobozba becsatlakozó sztringek eredő zárlati áramával (közp. inverter koncepció esetén). Villámvédelem 4 Túlfeszültség-védelem kiválasztása 4. eset: PV rendszer külső villámvédelem nélkül Adatátviteli túlfeszültség-védelmi készülék C kategória Villámáram-levezető +. típus Túlfeszültség-védelmi készülék. típus Túlfeszültség-védelmi készülék. típus Villámvédelem 5 Túlfeszültség-védelem kiválasztása A villámvédelem és a PV berendezés között a biztonsági távolság betartható? s igen. típusú levezető Villámvédelem 6

04.09.0. Túlfeszültség-védelem kiválasztása. eset: PV rendszer, s távolság be van tartva Túlfeszültség-védelmi készülék. típus Túlfeszültség-védelmi készülék. típus Villámáram-levezető +. típus Inverter a szolároldali csoportkábel épületbe történő belépési pontjánál a generátor-csatlakozó-szekrénynél, (GAK) Villámvédelem 7 Túlfeszültség-védelem kiválasztása. eset: PV rendszer, s távolság be van tartva Túlfeszültség-védelmi készülék. típus Villámáram-levezető +. típus Inverter a fogyasztásmérés közelében, GAK a szolároldali csoportkábel épületbe történő belépési pontjánál Villámvédelem 8 Túlfeszültség-védelem a DC oldalon CLC/TS 5059-:0 alapján Napelem (szting) csatlakozó doboz A hurok területét minimalizálni kell! Villámvédelem 9

04.09.0. Túlfeszültség-védelem kiválasztása. eset: PV rendszer, s távolság be van tartva Túlfeszültség-védelmi készülék. típus Túlfeszültség-védelmi készülék. típus Villámáram-levezető +. típus Inverter a szolároldali csoportkábel épületbe történő belépési pontjánál két MPPT bemenet Villámvédelem 40 Túlfeszültség-védelem kiválasztása Közvetlen csatlakozás a külső villámvédelemhez A villámvédelem és a PV berendezés között biztonsági távolság betartható? nem igen Fém tető. típusú levezető. típusú levezető Villámvédelem 4 Túlfeszültség-védelem kiválasztása. eset: PV rendszer, s távolság nincs betartva Felfogócsúcs Villámáram-levezető +. típus Villámáram-levezető +. típus Villámáram-levezető +. típus Inverter a csoportkábelek épületbe történő belépési pontjánál Villámvédelem 4 4

04.09.0. SPD-t terhelő I imp meghatározása a napelemes generátor DC oldalán MSZ EN 605 alapján modul SPD. típus SPD. SPD. SPD. I total tetőszint Z vezeték SPD. típus Z levezető DC/AC átalakító SPD. típus R földelés talajszint Villámvédelem 4 Szükséges legkisebb villámáramvezetőképesség DIN EN 605-5. nemz.mell. Villámvédelem 44 Szükséges legkisebb villámáramvezetőképesség DIN EN 605-5. nemz.mell. Villámvédelem 45 5

04.09.0. Túlfeszültség-védelem - összefoglalás MSZ HD 6064-44 MSZ EN 605- MSZ HD 6064-44 MSZ HD 6064-54 MSZ EN 605-4 CLC/TS 664- MSZ HD 6064-7 CLC/TS 5059- DIN EN 605-5. nemz. mell. Főelosztó 0 m PV inverter 0 m Napelem táblák Közcélú = 4 hálózat SPD SPD ~ SPD SPD Földelőrendsze r SPD Surge Protecting Device = túlfeszültség-védelmi készülék Villámvédelem 46 Túlfeszültség-védelem - összefoglalás Villámvédelem 47 Magyar Mérnöki Kamara ELEKTROTECHNIKAI TAGOZAT Kötelező szakmai továbbképzés 04 Köszönöm a figyelmet! Dr. Kovács Károly +6 0 84476 kovacs.karoly@dehn.hu www.dehn.hu 04. szeptember 0. Villámvédelem 48 6