Falowniki łańcuchowe
Jeśli używane są falowniki łańcuchowe (inwertery stringowe), ważne jest, aby zabezpieczyć je za pomocą dodatkowych SPD typu 1 (surge protective device, ogranicznik przepięć) przed częściowymi prądami piorunowymi po stronie AC, nawet jeśli już sam falownik wyposażony jest w wewnętrzny ogranicznik przepięć.
W przypadku uderzenia pioruna w pole paneli elektrowni PV z falownikami łańcuchowymi częściowe prądy piorunowe mogą zostać wprowadzone do wejścia AC falownika i uszkodzić go, a nawet zniszczyć.
Rys. 1. Schemat farmy PV na otwartym terenie z falownikami łańcuchowymi
Podstawowy schemat farmy fotowoltaicznej na otwartym terenie z falownikami łańcuchowymi pokazano na rys 1. System PV składa się z:
- łańcuchów PV generujących napięcie DC,
- falowników szeregowych,
- szaf rozdzielczych AC,
- transformatora blokowego podwyższającego napięcie z poziomu AC falownika do poziomu sieci energetycznej.
Obecnie napięcia wyjściowe łańcuchów PV na farmach wynoszą ok. 1500 V DC. W systemach z wykorzystywaniem falownika łańcuchowego większość okablowania zasilającego znajduje się po stronie instalacji AC.
Gdzie instaluje się falowniki łańcuchowe?
Falowniki są najczęściej instalowane pod stelażami modułów łańcuchów PV. Większość falowników łańcuchowych dla dużych przemysłowych elektrowni fotowoltaicznych ma napięcie wyjściowe 800 V (L-L) po stronie prądu przemiennego.
Kable po stronie AC kilku falowników łańcuchowych są często łączone i zabezpieczane przed transformatorem w szafie rozdzielczej AC. Następnie transformator przetwarza napięcie 800 V AC na poziom napięcia systemu sieci średniego lub wysokiego napięcia.
W większości przypadków połączenie elektryczne od falownika do stacji transformatorowej realizowane jest jako trójfazowy system IT. Dzięki pominięciu przewodu neutralnego optymalizuje się koszty związane z okablowaniem instalacji.
Jeśli wyładowanie piorunowe nastąpi w pole modułów PV lub zwód pionowy, prąd piorunowy jest odprowadzany przez ramę PV (zwód) do ziemi, a następnie rozprzestrzenia się we wszystkich kierunkach od punktu wniknięcia. Częściowe prądy piorunowe popłyną ścieżką największej różnicy napięć i najniższej rezystancji. Dlatego częściowe prądy piorunowe będą poprzez SPD po stronie AC falownika wnikać do przewodów instalacji i płynąć w kierunku stacji transformatorowej, gdzie następnie będą rozpraszane przez instalację uziemiającą stacji transformatorowej (rys. 2).
Rys. 2. Częściowe prądy piorunowe płyną od punktu uderzenia do instalacji uziemiającej stacji transformatorowej
Falowniki łańcuchowe są instalowane na ramie blisko modułów i są połączone w sposób przewodzący z instalacją uziemiającą (wg zaleceń IEC TR 63227). Powstaje lokalna powierzchnia ekwipotencjalna, dzięki czemu nie następuje wnikanie częściowych prądów piorunowych do instalacji po stronie prądu stałego.
Co użyć do zabezpieczenia strony DC?
Dlatego do zabezpieczenia strony DC falownika wystarczy zastosowanie SPD typu 2, które zapewniają ochronę obwodu DC przed przepięciami indukowanymi. Informacja o możliwym zagrożeniu przepływem częściowych prądów piorunowych w części instalacji AC dla farm PV wyposażonych w falowniki łańcuchowe została również opisana w normie IEC 61643-32.
Większość falowników łańcuchowych po stronie AC jest wyposażona tylko w zintegrowane SPD typu 2 zamontowane wewnątrz obudowy. W celu ochrony przed oddziaływaniem częściowych prądów pioruna konieczny jest montaż dodatkowych zabezpieczeń. Ochrona wejść falowników za pomocą SPD typu 1 zapewnia bezpieczne rozproszenie wysokoenergetycznych częściowych prądów piorunowych, a tym samych chroni falownik przed uszkodzeniem lub zniszczeniem.
Ograniczniki typu T1+T2
W bieżącym roku oferta firmy DEHN poszerzyła się o nowy zestaw ograniczników typu T1+T2 pozwalający na skuteczną ochronę falowników w sieciach IT 800 V. Ochrona strony AC falownika realizowana jest w konfiguracji tak zwanego „układu Neptuna” (3+1) i oparto ją na iskiernikach typu 1 i typu 2. Na zestaw składają się trzy podłączone ograniczniki DEHNventil DV M2 440 SN SN1891 FM oraz jeden DEHNventil DV M2 W 440 SN 1893 FM. Są one instalowane po stronie AC w pobliżu falownika (rys. 3).
Rys. 3. Ogranicznik przepięć w konfiguracji „układu Neptuna”
Ze względu na konfigurację „układ Neptuna” (3+1) dwa SPD są zawsze połączone między sobą szeregowo (L-L; L-GND). Ogranicznik DEHNventil DV M2 440 posiada największe napięcie trwałej pracy AC 440 V. W przypadku połączenia szeregowego maksymalne ciągłe napięcie robocze kombinacji ograniczników zostaje podniesione do 880 V AC i jest zatem idealnie przystosowane do stosowania w sieciach 800 V AC. Układ znajduje zastosowanie w sieciach IT w których:
- punkt gwiazdowy strony wtórnej (NN) transformatora ma połączenie o wysokiej impedancji lub nie ma połączenia z ziemią;
- uziemienie transformatora ma połączenie przewodzące z uziemieniem falownika i uziemieniem PV.
Degradacja indukowanym napięciem (PID)
W instalacjach fotowoltaicznych występuje zjawisko degradacji indukowanym napięciem (PID, potential induced degradation), czyli utrata mocy przez moduł fotowoltaiczny wywołana niepożądanym upływem prądu z ogniwa fotowoltaicznego do ziemi. W celu zapobieżenia temu zjawisku napięcie po stronie prądu stałego (DC) jest podnoszone tak, aby nie występowała wartość ujemna (czyli zamiast od -750 V do +750 V, następuje zmiana napięcia na 0 V do 1500 V).
Tym samym następuje podniesienie wirtualnego punktu gwiazdowego sieci prądu przemiennego o połowę napięcia generatora prądu stałego (750 V przy 1500 V UCPV). Zastosowany po stronie AC ogranicznik przepięć powinien być odporny na pracę przesunięciu punktu neutralnego.
Rys. 4. Podłączenie ogranicznika przepięć DV M2 880 FM w sieci IT z układem anty-PID
Ogranicznik DEHNventil DV M2 880 jest odporny na działanie układu ochrony przed PID (tak jak pokazano na rys. 5), może pracować w instalacji 508 VAC + 750 VDC – zastosowane ograniczniki przepięć nie zostaną wyzwolone. W ten sposób zagwarantowana jest bezpieczna praca falownika.
Rys. 5. Działanie układu anty-PID i przesuniecie punktu neutralnego w instalacji AC
Układ SPD do sieci IT 800 V (DV M2 880 FM, nr kat. 961 151) jest dostarczany w stanie niezmontowanym. W skład zestawu wchodzi też nowa modułowa szyna mostkująca zapewniająca pełną ochroną styków przed dotykiem. Dostawa poszczególnych komponentów następuje w jednym opakowaniu, a dołączona do każdego produktu instrukcja instalacji pozwala na wykonanie szybkiego montażu kompletnego ogranicznika.
Rys. 6. Elementy składowe ogranicznika przepięć DEHNventil M2 880 FM
Rys. 7. Charakterystyka ogranicznika DEHNventil M2 880 FM
Podsumowanie
Ze strony www.dehn.pl można pobrać kartę katalogową w języku polskim oraz instrukcję montażu. Ogranicznik przepięć dzięki technice iskiernikowej RAC zapewnia koordynację energetyczną z ogranicznikami przepięć typu 2 zabudowanymi wewnątrz falowników.
Autor: Krzysztof Wincencik
Dyrektor ds. technicznych
DEHN POLSKA
Komentarze (0)