Zabezpieczenia w fotowoltaice – ochrona przeciwporażeniowa

Po stronie DC instalacja fotowoltaiczna jest zazwyczaj źródłem prądu o natężeniu do 8A (w przypadku jednego pasma paneli połączonych w szereg) i napięciu sięgającym prawie 1000V. System jest odizolowany od ziemi, a więc nie jest możliwy przepływ prądu przez ciało człowieka – dotykającego tylko jednego bieguna instalacji – do ziemi. Prąd może przepływać tylko od bieguna dodatniego do bieguna ujemnego. Oczywiście porażenie jest możliwe i w takim przypadku przez ciało człowieka przepływa prąd stały o wartości (najczęściej) większej niż 2A, który wywołuje poważne oparzenia oraz może wywołać migotanie komór sercowych. Na podstawie badań i analiz przeprowadzonych przez Międzynarodową Komisję Elektrotechniczną (IEC) przyjęto, że graniczna wartość prądu stałego płynącego przez ciało człowieka w dłuższym czasie wynosi zaledwie 70mA. A więc zabezpieczenia przeciwporażeniowe w systemach fotowoltaicznych są niezbędne.

Ochrona przeciwporażeniowa

Przede wszystkim należy zadbać o zapewnienie ochrony podstawowej – przed dotykiem bezpośrednim. Dodatkowo należy zapewnić możliwą ochronę przed dotykiem pośrednim – przy uszkodzeniu. Rodzaj i poziom zastosowanej ochrony przeciwporażeniowej w każdym przypadku zależy od warunków środowiskowych i od parametrów systemu fotowoltaicznego.

Ochrona przed dotykiem bezpośrednim jest realizowana przez izolację podstawową oraz wszelkie działania ograniczające dostęp do elementów systemu PV. W przypadku farm fotowoltaicznych niezbędne jest odpowiednie ogrodzenie całej farmy. Wszystkie budynki i rozdzielnie znajdujące się na terenie farmy, zawierające wyposażenie elektryczne powinny być zamykane na klucz. Tabliczki ostrzegawcze muszą się znajdować na każdej rozdzielni, na wszystkich drzwiach stacji transformatorowej oraz na płocie (co kilka metrów). Kable i przewody powinny być prowadzone pod ziemią lub w osłonach.

Jeżeli chodzi o ochronę przeciwporażeniową podstawową w budynkach, to umieszczenie systemu fotowoltaicznego na dachu (na odpowiedniej wysokości większej niż 2,5m) zapewnia ograniczenie dostępu do elementów systemu. W przypadku gdy dostęp na dach budynku mają osoby nieupoważnione, należy wykonać dodatkowe osłony wokół systemu, lub ograniczyć dostęp na dach. Inwertery najczęściej montuje się wewnątrz budynku. Są one wykonane w I klasie izolacji, więc powinny się znajdować w pomieszczeniu o ograniczonym dostępie lub w dodatkowych obudowach zamykanych na klucz. Przewody w budynku są prowadzone pod tynkiem lub w przeznaczonych do tego trasach kablowych, korytach itp. Również w budynkach należy stosować tabliczki ostrzegawcze. Nie można także zapomnieć o umieszczeniu wyłącznika awaryjnego (np. PPOŻ) w dostępnym i widocznym miejscu.

Zabezpieczenie inwertera

Ochrona przy uszkodzeniu, przed dotykiem pośrednim jest realizowana przez wykorzystanie urządzeń II klasy ochronności oraz uziemione połączenia wyrównawcze. Panele fotowoltaiczne są zazwyczaj wykonane w II klasie ochronności, a przewody i kable DC mają wzmocnioną lub podwójną izolację. Jeżeli tak nie jest, to należy wykonać uziemione połączenia wyrównawcze metalowych elementów systemu, uziemienie jednego z przewodów strony DC (minus) oraz konieczne jest zastosowanie zabezpieczeń zwarciowych po stronie DC. Zabezpieczenia te jednak nie zapewniają samoczynnego wyłączenia zasilania w przypadku każdego uszkodzenia, ze względu na zależność prądu zwarciowego paneli od nasłonecznienia, dlatego najlepszym i najczęściej stosowanym środkiem ochrony przeciwporażeniowej przy uszkodzeniu po stronie DC systemu PV jest izolacja podwójna lub wzmocniona oraz urządzenia w II klasie ochronności. Zdarza się, że producent inwertera zaleca uziemienie jednego z przewodów mimo tego, że panele i przewody są w II klasie ochronności. Jest to spowodowane brakiem separacji galwanicznej pomiędzy stroną DC i AC wewnątrz inwertera i ma chronić system PV przed uszkodzeniem w przypadku prądów zwarciowych pochodzących z sieci elektroenergetycznej. Poza tym wykonuje się połączenia metalowych, przewodzących części konstrukcyjnych systemu z główną szyną uziemiającą budynku lub uziomem, ale jest to część ochrony odgromowej a nie przeciwporażeniowej. Sam inwerter zazwyczaj posiada tylko izolację podstawową, dlatego jeśli nie ma możliwości umieszczenia go poza dostępem osób nieupoważnionych, musi zostać zamontowany w dodatkowej obudowie zamykanej na klucz. Inwerter musi być połączony z zaciskiem PE sieci AC i posiada do tego przeznaczone wyprowadzenie na przewód PE.

Podczas prac konserwacyjnych lub podczas napraw awaryjnych inwerterów należy zadbać o zapewnienie bezpiecznej izolacji inwertera od sieci elektroenergetycznej oraz źródła napięcia DC – paneli PV. Realizowane jest to przez wyłączniki, rozłączniki lub odłączniki przeznaczone do tego celu – do galwanicznego rozłączania prądów roboczych lub przeciążeniowych DC. Podobnie po stronie AC systemu należy zastosować odpowiednie wyłączniki lub rozłączniki. Inwerter powinien być możliwy do bezpiecznego odłączenia po stronie DC i AC.

Podsumowując

Ochronę przeciwporażeniową w systemach fotowoltaicznych realizuje się przez:

1. Ochronę podstawową, przed dotykiem bezpośrednim

• Izolacja podstawowa

• Ograniczenie dostępu – osłony, płoty, bariery, umieszczenie poza zasięgiem ręki,

• Odłączenie inwertera z zapewnieniem bezpiecznej izolacji podczas prac konserwacyjnych i usuwania awarii

2. Umieszczenie tabliczek ostrzegawczych („Pod napięciem”, „Nie dotykać” itp.)

3. Ochronę przy uszkodzeniu

• Urządzenia II klasy ochronności lub uziemione połączenia wyrównawcze

• Połączenie inwertera z przewodem PE sieci AC.

Pobierz treść całej publikacji – Zabezpieczenia elektryczne w systemach fotowoltaicznych

mgr inż. Maciej Dolata

---

O autorze

Nazywam się Maciej Dolata. Poniższa publikacja jest wynikiem mojej pracy związanej z zabezpieczeniami w fotowoltaice. Tematem tym zajmuję się od początku 2013 roku, przeanalizowałem wiele publikacji udostępnianych przez specjalistów oraz przez producentów zabezpieczeń. W wyniku takiej analizy powstał zbiór uogólnionych zaleceń stosowania określonych zabezpieczeń w fotowoltaice. Są to zalecenia ogólne i każdorazowo należy dogłębnie przeanalizować warunki pracy instalacji PV i indywidualnie dobrać zabezpieczenia. Zawsze inwestor i wykonawca powinien to zlecić uprawnionemu projektantowi.