Wyłącznik nadmiarowoprądowy

Transkrypt

1 techniczna Wyłącznik nadmiarowoprądowy Dobór odpowiednich wyłączników nadmiarowo-prądowych falowników z uwzględnieniem specyficznych warunków instalacji fotowoltaicznej Zawartość Dobór odpowiedniego wyłącznika nadmiarowo-prądowego zależy od różnych czynników. W instalacjach fotowoltaicznych znaczenie pewnych czynników jest silniejsze niż w zwykłych instalacjach elektrycznych. Zignorowanie tych czynników zwiększy niebezpieczeństwo załączania wyłączników nadmiarowo-prądowych podczas pracy w normalnych warunkach. Z tego względu należy należy zwrócić na te czynniki specjalną uwagę, gdyż jest to jedyny sposób na zapewnienie niezawodnego działania instalacji fotowoltaicznej i możliwie największej produkcji energii elektrycznej oddawanej do sieci. W dalszej części opisano czynniki, które należy uwzględnić podczas doboru wyłączników nadmiarowoprądowych, wpływ tych czynników na instalacje fotowoltaiczne oraz skutki nieprawidłowego doboru wyłącznika nadmiarowo-prądowego. Na końcu dokumentu zamieszczono tabelę przedstawiającą maksymalną wartość bezpiecznika zabezpieczającego falowników Sunny Boy, Sunny Mini Central oraz Sunny Tripower firmy SMA. LSS-TI-en-43 Wersja 4.3 1/7

2 Czynniki wpływające na dobór odpowiednich wyłączników 1 Czynniki wpływające na dobór odpowiedniego wyłącznika nadmiarowo-prądowego 1.1 Ogólne czynniki wpływające Ogólne wymagania w zakresie doboru wyłączników nadmiarowo-prądowych są określone normami oraz przepisami krajowymi. Poniżej wymieniono ogólne, obowiązujące czynniki wpływające, które należy uwzględnić podczas doboru odpowiedniego wyłącznika nadmiarowo-prądowego: Czynniki wpływające na obciążalność prądową kabla: Typ używanego kabla Obciążalność kabla zależy od przekroju poprzecznego, materiału kabla oraz typu kabla (izolacja, liczba żył itp.). Zadaniem wyłącznika nadmiarowo-prądowego jest ograniczenie prądu do takiego poziomu, aby obciążalność prądowa nie została przekroczona. Temperatura otoczenia wokół kabla Wzrost temperatury otoczenia wokół kabla powoduje zmniejszenie jego obciążalności prądowej. Sposób prowadzenia kabla Przykładowo, jeśli kabel jest położony w materiale izolacyjnym, jego obciążalność prądowa ulega zmniejszeniu. Im gorsze jest rozpraszanie ciepła generowanego przez kabel, tym niższa jest jego obciążalność prądowa. Wiązki kabli Jeśli kable są ułożone blisko siebie, będą się wzajemnie ogrzewać. Obciążalność prądowa zmniejszy się z powodu wzajemnego ogrzewania się kabli. Inne czynniki wpływające na dobór wielkości: Impedancja pętli W warunkach zwarcia impedancja pętli kabla ogranicza natężenie prądu. Nie może mieć to żadnego wpływu na czasy załączania wyłącznika nadmiarowo-prądowego. Wzajemne ogrzewanie się wyłączników nadmiarowo-prądowych Jeśli wyłączniki nadmiarowo-prądowe są umieszczone zbyt blisko siebie, będą się wzajemnie ogrzewać. Nadmierne rozgrzanie powoduje, że wyłączniki załączają się przy prądzie niższym niż prąd znamionowy. SMA Solar Technology AG 2/7

3 Czynniki wpływające na dobór odpowiednich wyłączników Temperatura otoczenia wyłącznika nadmiarowo-prądowego W wyższych temperaturach otoczenia wokół wyłącznika nadmiarowo-prądowego jest rozpraszana mniejsza ilość ciepła. Przez to załączenie wyłącznika nadmiarowo-prądowego następuje przy prądzie niższym od znamionowego. Wybiorczość Bezpieczniki/wyłączniki nadmiarowo-prądowe zainstalowane kolejno po sobie muszą być skoordynowane, aby nie dochodziło do niezamierzonego załączania zabezpieczeń położonych dalej od miejsca wystąpienia awarii. Typ przyłączonego urządzenia Aby uniknąć niezamierzonego załączania, wyłączniki muszą mieć charakterystykę odpowiednią do zachowania rozruchowego przyłączonego urządzenia. 1.2 Czynniki wpływające specyficzne dla instalacji fotowoltaicznych W przypadku instalacji fotowoltaicznych niektóre z wymienionych czynników wpływających mają ponadprzeciętny wpływ na dobór wyłączników nadmiarowo-prądowych. Poniżej wymieniono czynniki specyficzne dla instalacji fotowoltaicznych, które należy uwzględnić podczas doboru odpowiedniego wyłącznika nadmiarowo-prądowego: Temperatura otoczenia wokół kabla W instalacjach fotowoltaicznych kable są często położone na zewnątrz (instalacje na otwartym obszarze, instalacje na płaskich dachach itp.). Zwykle przyjmuje się, że temperatura otoczenia na zewnątrz budynków jest wyższa niż wewnątrz. Ze względu na wyższą temperaturę otoczenia obciążalność prądowa jest obniżona. Wzajemne ogrzewanie się wyłączników nadmiarowo-prądowych W instalacjach fotowoltaicznych falowniki jednocześnie wytwarzające swój maksymalny prąd (jednoczesność) są często przyłączone do sąsiednich wyłączników nadmiarowo-prądowych. Powoduje to szybsze nagrzewanie się wyłączników nadmiarowo-prądowych, co może prowadzić do zbyt szybkiego ich załączania. W celu zapewnienia odpowiedniego rozpraszania ciepła i uniknięcia przedwczesnego załączania należy zachować większe odstępy między poszczególnymi wyłącznikami nadmiarowoprądowymi. Na potrzeby obliczenia strat cieplnych w danych technicznych wyłącznika nadmiarowo-prądowego podawany jest współczynnik korekcyjny. Przykładowo dla dziewięciu wyłączników zainstalowanych obok siebie współczynnik korekcyjny może wynosić 0,77. Wyłącznik nadmiarowo-prądowy o prądzie znamionowym będzie działał w taki sposób, jak gdyby jego prąd znamionowy wynosił 0,77 x 50 A = 38,5 A. SMA Solar Technology AG 3/7

4 Czynniki wpływające na dobór odpowiednich wyłączników Jeśli to natężenie prądu jest zbyt małe, należy użyć wyłącznika nadmiarowo-prądowego o większym prądzie znamionowym. Zawsze należy pamiętać, że w zależności od sytuacji (brak jednoczesnych obciążeń) załączenie bezpiecznika nie nastąpi, dopóki nie zostanie osiągnięty jego prąd znamionowy. W takim przypadku przyłączony kabel musi mieć odpowiednią obciążalność prądową lub należy go zastąpić kablem o większym przekroju. Inną możliwością jest zwiększenie odległości między wyłącznikami nadmiarowo-prądowymi. Pozwoli to na rozpraszanie większej ilości ciepła i zapobiegnie niezamierzonemu załączaniu. Temperatura otoczenia wyłącznika nadmiarowo-prądowego Ze względu na wcześniej opisaną jednoczesność obciążeń tablica rozdzielcza, w której są zainstalowane wyłączniki nadmiarowo-prądowe, może się rozgrzewać bardziej niż w przypadku zwykłych instalacji. Ponieważ tablice rozdzielcze w instalacjach fotowoltaicznych są często instalowane na zewnątrz, należy przewidywać wyższe temperatury panujące w ich wnętrzu. Dane dotyczące współczynników uwzględniających ten wpływ można znaleźć w danych technicznych wyłączników nadmiarowo-prądowych. Typ przyłączonego urządzenia Charakterystykę falownika można sprawdzić w jego instrukcji instalacji. Dzięki możliwości rozłączania obciążenia wyłącznik nadmiarowo-prądowy można użyć do odłączania falownika od publicznej sieci elektroenergetycznej pod obciążeniem. Wkręcane wkładki topikowe (np. DIAZED czy NEOZED) nie zapewniają możliwości rozłączania obciążenia, przez co można je używać do zabezpieczenia kabli, ale nie jako rozłączniki. Podczas rozłączania pod obciążeniem wkładka topikowa może zostać zniszczona lub jej funkcjonalność może ulec pogorszeniu ze względu na nadpalenie styków. Między wyłącznikiem nadmiarowo-prądowym a falownikiem nie mogą być przyłączone odbiorniki. SMA Solar Technology AG 4/7

5 Przykładowe 2 Przykładowe obliczenie Przykład oceny termicznej wyłącznika nadmiarowo-prądowego w instalacji fotowoltaicznej pracującej równolegle z siecią. Instalacja fotowoltaiczna z dziewięcioma falownikami Sunny Mini Central 7000HV (po trzy falowniki na fazę). Wymagana specyfikacja techniczna falownika Sunny Mini Central 7000HV: Maksymalny prąd wyjściowy = 31 A Maksymalna wartość bezpiecznika zabezpieczającego falownika Sunny Mini Central = Wybór kabla i sposób jego prowadzenia, temperatury otoczenia oraz inne marginalne warunki ograniczają maksymalną wartość zabezpieczenia kabla. W tym przykładzie przyjęto, że wybrany i poprowadzony kabel (6 mm²) można obciążyć prądem znamionowym 32,2 A. Dobór wyłączników nadmiarowo-prądowych Maksymalny dopuszczalny prąd znamionowy użytego kabla i maksymalna wartość bezpiecznika zabezpieczającego falownika Sunny Mini Central ograniczają maksymalny dopuszczalny prąd znamionowy wyłączników nadmiarowo-prądowych. Przykład doboru pod względem termicznym wyłącznika nadmiarowo-prądowego 40 A o charakterystyce wyłączania B bez odstępów między wyłącznikami. W przykładzie przyjęto użycie wyłącznika 40 A. Dodatkowo należy sprawdzić pojemność cieplną wyłączników nadmiarowo-prądowych. SMA Solar Technology AG 5/7

6 Przykładowe Czynniki obciążenia zgodnie ze specyfikacją katalogową: Redukcja ze względu na obciążenie trwałe > 1 h = 0,9 (W instalacjach fotowoltaicznych możliwe jest występowanie obciążeń ciągłych trwających ponad godzinę) Redukcja ze względu na instalację dziewięciu wyłączników nadmiarowoprądowych obok siebie bez odstępu = 0,77 (Jeśli instalowany jest tylko jeden wyłącznik nadmiarowo-prądowy, ten współczynnik wynosi 1) Zwiększenie prądu znamionowego ze względu na temperaturę otoczenia 40 C w tablicy rozdzielczej = 1,07 (Dlatego, że wartość znamionowa dla wyłączników nadmiarowo-prądowych wynosi 50 C) Wynik: Znamionowy prąd obciążenia wyłącznika nadmiarowoprądowego obliczony według wzoru: Ibn = 40 A x 0,9 x 0,77 x 1,07 = 29,7 A Wniosek: Wybrany wyłącznik nadmiarowo-prądowy nie może zostać użyty w tym przykładzie, ponieważ maksymalna obciążalność prądowa bezawaryjnej pracy jest niższa niż maksymalny prąd wyjściowy użytego falownika. Wyłącznik nadmiarowo-prądowy będzie się załączać w trakcie pracy w warunkach znamionowych. Rozwiązanie 1: Użyć wyłącznika nadmiarowo-prądowego. W rezultacie maksymalna obciążalność prądowa wyniesie 37,1 A (Ibn = x 0,9 x 0,77 x 1,07 = 37,1 A) i wyłącznik nadmiarowo-prądowy nie będzie się załączać w trakcie pracy w warunkach znamionowych. Należy zwrócić uwagę, że nie można zastosować w tym przypadku wybranego kabla o przekroju 6 mm². Należy użyć kabla o większym przekroju. Obciążalność prądowa kabla musi być odpowiednia do wybranego zabezpieczenia. Rozwiązanie 2: Zwiększyć odległość między wyłącznikami nadmiarowo-prądowymi do 8 mm i użyć wyłącznika nadmiarowo-prądowego 40 A. Współczynnik redukcyjny wynosi w takim przypadku 0,98 zamiast 0,77. W rezultacie maksymalna wartość obciążalności prądowej wynosi 37,7 A (Ibn = 40 A x 0,9 x 0,98 x 1,07 = 37,7 A), a więc wyłącznik nadmiarowo-prądowy nie będzie się załączał w trakcie pracy w warunkach znamionowych. Należy zwrócić uwagę, że nie można zastosować w tym przypadku wybranego kabla o przekroju 6 mm². Obciążalność prądowa kabla musi być odpowiednia do wybranego zabezpieczenia. SMA Solar Technology AG 6/7

7 Maksymalna wartość bezpiecznika 3 Maksymalna wartość bezpiecznika zabezpieczającego W poniższej tabeli przedstawiono maksymalną dopuszczalną wartość bezpiecznika zabezpieczającego różnych falowników firmy SMA: Typ falownika Sunny Multigate-10 SB 1200 / 1700 SB 1300TL-10 / 1600TL-10 / 2100TL SB 2500 / 3000 SB 2500TLST-21 / 3000TLST-21 SB 2000HF-30 / 2500HF-30 / 3000HF-30 SB 3300TL HC SB 3300 / 3800 SB 3000TL-20 / 4000TL-20 / 5000TL-20 SB 3000TL-21 / 3600TL-21 / 4000TL-21 / 5000TL-21 / 6000TL-21 SB 3600SE-10 / 5000SE-10 SMC 4600A / 5000A / 6000A SMC 7000HV SMC 6000TL / 7000TL / 8000TL SMC 9000TL-10 / 10000TL-10 / 11000TL-10 SMC 9000TLRP-10 / 10000TLRP-10 / 11000TLRP-10 STP 5000TL-20 / 6000TL-20 / 7000TL-20 / 8000TL-20 / 9000TL-20 / 10000TL-20 / 12000TL-20 STP 8000TL-10 / 10000TL-10 / 12000TL-10 / 15000TL-10 / 17000TL-10 STP 15000TLEE-10 / 20000TLEE-10 STP 20000TL-30 / 25000TL-30 Maksymalna wartość bezpiecznika 25 A 25 A 40 A 80 A 80 A SMA Solar Technology AG 7/7