ochrona odgromowa systemów fotowoltaicznych na rozległych dachach płaskich

Transkrypt

1 ochrona odgroowa systeów fotowoltaicznych na rozległych dachach płasch prof. dr hab. inż. Andrzej Sowa Politechnia Białostoca Systey PV (ang. Photovoltaic) przetwarzają bezpośrednio proieniowanie słoneczne na energię eletryczną bez zanieczyszczeń, hałasu i innych zian w środowisu naturalny. Fat ten, w połączeniu ze spade osztów systeów PV, powoduje szyb rozwój tego rodzaju źródeł zasilania. ażdy z systeów PV wyagane jest uieszczenie ole- W torów fotowoltaicznych w iejscach bezpośredniego działania proieni słonecznych. Ta iejsce są dachy płase obietów budowlanych. Wzrastające powierzchnie coraz częściej stosowanych oletorów powodują wzrost zagrożenia piorunowego systeów PV. Stwarza to potrzebę rozważenia sposobów ochrony oletorów piorunowy oraz przed przepięciai atosferycznyi w instalacjach prądu stałego i przeiennego oraz w systeach sterujących pracą systeu (jeśli tae systey sterowania są stosowane). ochrona przed bezpośredni działanie prądu piorunowego Wyorzystując zalecenia zawarte w norach ochrony odgroowej obietów budowlanych [1, 2, 3] przedstawione zostaną zasady ochrony odgroowej uieszczanych na płasch dachach budynów (fot. 1.). W przypadu ontażu oletorów fotowoltaicznych na dachu obietu budowlanego chronionego przed wyładowaniai piorunowyi należy soordynować przewidywane rozwiązanie ochrony odgroowej oletorów z eleentai już istniejącego urządzenia piorunochronnego. W tach obietach zainstalowanie oletorów należy potratować jao ziany w ich wyposażeniu [2, 5], co oże wyagać odyfiacji istniejących urządzeń piorunochronnych. Przystępując do projetowania ochrony odgroowej należy spełnić przedstawione poniżej zalecenia: poznać projet istniejącego urządzenia piorunochronnego obietu, wyni prowadzonych oględzin i przeglądów oresowych oraz doonać przeglądu jego obecnego stanu zwracając szczególną uwagę na istniejący stan systeu uzioowego (sprawdzenie stopnia sorodowania), Fot. 1. Koletory na płas dachu obietu budowlanego [10] sprawdzić istniejące rozwiązanie systeu ograniczania przepięć w instalacji eletrycznej w obiecie budowlany. Dotyczy to szczególnie rozieszczenia uładu SPD typu 1, tóry zgodnie z wyaganiai nor ochrony odgroowej powinien znajdować się w obiecie posiadający urządzenie piorunochronne, przeprowadzić analizę ryzya obietu z zainstalowanyi oletorai fotowoltaicznyi i oreślić wyagany pozio ochrony. Sprawdzić, czy wyagania wyniające z wyznaczonego poziou ochrony spełnia urządzenie piorunochronne już istniejące na obiecie, w przypadu stwierdzenia niższego poziou ochrony instalacji istniejącej na obiecie, w porównaniu z pozioe wyznaczonych dla obietu z oletorai, należy streszczenie W artyule przedstawiono zasady ochrony przed bezpośredni wyładowanie piorunowy. Szczegółowo oówiono sposoby wyznaczania odstępów izolacyjnych poiędzy eleentai urządzenia piorunochronnego a oletorai. Rys. 1. Ochrona odgroowa oletorów na dachu płas na dachu obietu 52

2 α α ąt ochronny p s odstęp izolacyjny do zwodu pozioego do zwodu pozioego LPS Rys. 2. Zależność ąta osłonowego od wysoości zwodu oraz wybranego poziou ochrony Rys. 3. Zasada oreślania stref ochronnych za poocą ąta ochronnego oraz toczącej się po dachu uli doonać uzupełnień lub odernizacji istniejącego urządzenia piorunochronnego, po spełnieniu powyższych wyagań należy przystąpić do projetowania i wyonywania urządzenia piorunochronnego chroniącego oraz inne urządzenia systeu go. Przeprowadzając analizę ryzya należy uwzględnić.in.: wyagane środ finansowe wyagane do reducji zagrożenia piorunowego, oszty ewentualnych napraw uszodzonych systeów, różnice w opłatach ubezpieczeniowych w przypadu systeu, tóry posiada lub jest pozbawiony urządzenia piorunochronnego, wartość ienia narażonego na szodę, inne czynni związane z wyaganiai, jae stawiane są przed in stalacją ele tryczną, do tórej doprowadzana jest ener gia z systeu go. relaa nr 6/

3 Przypad Przypade A Przypade B Przypade C Współczynni i uzależniony od lasy LPS uzależniony od ateriału odstępu izolacyjnego L długość w etrach Odstępy izolacyjne Doładne zasady wyboru pozioów ochrony przedstawiono w norie PN-EN [2, 5]. Projetowane urządzenie piorunochronne powinno spełniać następujące wyagania: zapewnić ochronę oletorów oraz innych urządzeń systeu go piorunowy, podczas bezpośredniego wyładowania w eleenty stworzonego urządzenia piorunochronnego stacji prąd piorunowy powinien być odprowadzony do systeu uzioowego bezpiecznie dla urządzeń na dachu oraz instalacji i urządzeń w środu obietu budowlanego, systey wyrównywania potencjałów oraz uzioowy powinny zapewnić poprawne działanie systeów fotowoltaicznych oraz bezpieczeństwo ludzi w obiecie. Poniżej przeanalizowany zostanie przypade ochrony odgroowej o- 1 2n 0,1 0,2 c 1 20 C1 = 1, C2 = = + 0,1+ 0,2 3 0, 407 h s ( C1 L1 + C2 H)= 0,04 ( ,407 8) = 0,45 45c C1 = 1, C2 = 0, 5, C3 = 0, 25, C4 = 0, 125 c s C1 L1 + C2 + C3 + c C4 H 2 = 0, 04 ( , , , 125 8) = 0, 76 76c C1 = 1, C2 = 0, 5, C3 = 0, 25 c s C1 L1 + C2 + C43 H = 0, 04 ( , , 25 8) = 0, c Tab. 2. Przyłady wyznaczania odstępów izolacyjnych Wartość 0,08 I lasa LPS 0,06 II lasa LPS 0,04 III i IV lasa LPS 1 powietrze 0,5 beton, cegła Długość ierzona wzdłuż przewodu odpro wadzającego od puntu rozpatrywanego zbliżenia do puntu najbliższego połączenia wyrównawczego Tab. 1. Wartości współczynniów występujących w zależności oreślającej wartość odstępu izolacyjnego C2 A B s h C2 punt połączenia z najbliższy zwode L 1, L C1 przewód do najnliższego zwodu L 0 Rys. 4. Analizowany przypade ochrony odgroowej urządzenia na dachu obietu budowlanego z urządzenie piorunochronny C3 C4 C C2 C3 letorów fotowoltaicznych uieszczonych na rozległy dachu płas obietu budowla nego (fot. 1.). Podstawowe zasady ochrony przed bezpośredni oddziaływanie prądu piorunowego zawarto w norach ochrony odgroowej [3, 4], w tórych stwierdzono, że wszyste urządzenia dachowe z ateriałów izolacyjnych lub przewodzących, tóre zawierają wyposażenie eletryczne i/lub służące przetwarzaniu inforacji, powinny znajdować się w przestrzeni ochronnej uładu zwodów. Jeśli powyższe zalecenia nie będą spełnione, to bezpośrednie wyładowanie piorunowe w eleenty systeu PV oże doprowadzić do zniszczenia saego systeu go oraz instalacji eletrycznej i urządzeń zainstalowanych wewnątrz obietu budowlanego. Ochronę piorunowy zapewnia uieszczenie eleentów systeu go w przestrzeni chronionej. Taą przestrzeń ożna stworzyć stosując odpowiednio dobrane ułady zwodów ch (rys. 1.) lub pozioych. Oreślając obszar przestrzeni chronionej tworzony przez pojedynczy lub la zwodów należy uwzględnić wyagania dotyczące ątów ochronnych oraz odstępów izolacyjnych unieożliwiających powstawanie przesoów isrowych. Zalecenia nor ochrony odgroowej [3] uzależniają wartości ątów ochronnych od pozioów ochrony wyaganych dla rozważanego obietu oraz wysoości zwodów (rys. 2.). W przypadu lu oletorów strefę ochronną tworzoną przez zwody ożna wyznaczyć wyorzystując zasadę toczącej się po dachu uli. W tych iejscach na powierzchni dachu, tóre nie są dotyane przez ulę, nie istnieje zagrożenie bezpośredni uderzenie pioruna (rys. 1. i 3.). Wartości proienia uli wynoszą 20, 30, 45 i 60 odpowiednio dla I, II, III i IV poziou ochrony odgroowej. Tworząc syste zwodów na dachach obietów budowlanych na- 54

4 a) b) Fot. 2. Przyładowe rozwiązania ochrony odgroowej na dachach płasch: a) wyorzystanie izolacyjnych eleentów dystansujących, b) wyorzystanie przewodów o izolacji wysoonapięciowej [10] leży uwzględnić nie tylo wyiary strefy osłonowej, ale również zachowując odpowied nie odstępy izolacyjne, unieożliwiające wystąpienie przesoów isrowych poiędzy zwodai i przewodai instalacji pioruno chronnej a chronionyi urządzeniai. W norach ochrony odgroowej przyjęto oreślać inialne wartości odstępów izolacyjnych za poocą następującej zależności: s c i L Wartości zastosowanych współczynniów zestawiono w tabeli 1. W więszości obietów budowlanych, wyznaczając długość L poiędzy iejsce wyładowania a najbliższy iejsce uzieienia przewodu odprowadzającego, uwzględniay przewody, w tórych płyną prądy o różnych wartościach. Z tego fatu wyniają ziany wartości współczynniów c dla poszczególnych przewodów instalacji piorunochronnej i należy to uwzględnić przy obliczaniu odstępów izolacyjnych. Odstęp izolacyjny dla taego przypadu oreślany jest zależnością: s gdzie: i c1 l1 + c2 l l c l 1, l 2, l odcin przewodów instalacji piorunochronnej, w tórych płyną prądy o różnych wartościach, oreślane przez współczynni c1, c2, c. W zaleceniach nory ochrony odgroowej [4] w wybrany sposobie wyznaczania współczynnia c przyjęto następujące założenia: 1. dla dowolnego przewodu, tóry jest eleente drogi L, wartość współczynnia c oreśla zależność: relaa Pols Producent Osprzętu Odgroowego UCHWYTY, ZŁĄCZA ŚRUBY, PRĘTY MASZTY I IGLICE INNE nr 6/ Oława Ścinawa Polsa 76 tel./fax ,

5 Fot. 3. Ochrona eleentów systeu go piorunowy [10] c I = I 1x p gdzie: I 1x i I p odpowiednio wartości szczytowe prądu płynącego w dowolny przewodzie urządzenia piorunochronnego (stanowiącego część drogi L) oraz prądu piorunowego, 2. analizując wartości prądów płynących w poszczególnych eleentach tworzących drogę L należy przyjąć, że po przejściu przez punt rzyżowania się zwodów prąd płynący w olejny eleencie, wzdłuż drogi L, jest równy połowie prądu wpływającego do tego puntu, 3. łącząc przewód idący od zwodu pionowego ze zwode pozioy urządzenia piorunochronnego załada się równoierny podział prądu w ty zwodzie, 4. w przypadu przewodów odprowadzających należy porównać wartości współczynniów c wyznaczonych za poocą puntów 2 i 3 oraz zależności c=1/n (gdzie n jest liczbą przewodów odprowadzających) i wybrać więszą wartość. Sposób wyznaczania odstępów izolacyjnych zostanie przedstawiony na przyładzie ochrony odgroowej uieszczonych na dachu obietu budowlanego o wyiarach i wysoości H=8. Podstawowe inforacje niezbędne do wyznaczenia odstępów izolacyjnych zestawiono poniżej: do ochrony oletora słonecznego wyorzystano, tóry połączono ze zwode pozioy, n=14 przewodów odprowadzających urządzenia piorunochronnego, IV pozio ochrony odgroowej, współczynni i=0,04, siata zwodów na dachu o wyiarze 20 20, odstęp izolacyjny w powietrzu, współczynni =1, odstęp izolacyjny wyznaczany jest na wysoości h=1, długość przewodu łączącego ze zwode pozioy L 0= 7, L 1=L 0 +h=8 (rys. 4.), przyłady liczbowe wyznaczania odstępów izolacyjnych przedstawiono w tabeli 2., otrzyane wyni wsazują, że w zależności od iejsca zainstalowania występują różne odstępy izolacyjne. W przedstawiony przyładzie zieniały się od 45 c do 76 c i do ochrony oletorów ożna zastosować: zwody pionowe (rozwiązanie przedstawione na rysunu 4.), zwody ocowane za poocą izolowanych eleentów dystansujących bezpośrednio do eleentów oletorów (fot. 2a), przewody o izolacji wysoonapięciowej zastępującej wyagane odstępy izolacyjne (fot. 2b). W nietórych obietach budowlanych nie jest ożliwa ochrona eleentów systeu go przed bezpośredni oddziaływanie prądu piorunowego. W tach przypadach wsazana jest ochrona piorunowy, np. wyorzystując dodatowe zwody ocowane do oletorów. Przyładowe rozwiązania ochrony oletorów przed bezpośredni wyładowanie piorunowy, ale nie przed oddziaływanie rozpływającego się prądu piorunowego, przedstawiono na fotografii 3. podsuowanie Poprawnie zaprojetowane i wyonane urządzenie piorunochronnego powinno zapewnić ochronę systeów fotowoltaicznych przed bezpośredni wyładowanie piorunowy i wyeliinować ożliwość wniania prądu piorunowego do obietu. Tworząc taą ochronę należy uieścić chronione eleenty systeu go w przestrzeniach chronionych i zachować bezpieczne odstępy izolacyjne poiędzy nii a eleentai urządzenia piorunochronnego. W artyule przedstawiono zasady wyznaczania tach odstępów w przypadu uieszczenia oletorów na rozległych dachach płasch. Należy zauważyć, że zapewnienie bezawaryjnego działania systeów fotowoltaicznych wyaga dodatowo ograniczenia napięć i prądów udarowych występujących w instalacji eletrycznej oraz obwodach sygnałowych. literatura 1. PN-EN :2008 Ochrona odgroowa. Część 1: Wyagania ogólne. 2. PN-EN :2008 Ochrona odgroowa. Część 2: Zarządzanie ryzye. 3. PN-EN :2009 Ochrona odgroowa. Część 3: Uszodzenia fizyczne obietów budowlanych i zagrożenie życia. 4. PN-EN :2011 Ochrona odgroowa. Część 3: Uszodzenia fizyczne obietów i zagrożenie życia. 5. PN-EN :07, 2012 Ochrona odgroowa. Część 2: Zarządzanie ryzye. 6. S. M. Pietruszo, Systey fotowolta iczne w zastosowaniach energetycznych. 7. F. Pigler, Blitzschutz von Photovoltai-Anlagen. VDB-INFO1. 8. F. Pigler, Zusätzliche Inforationen zu Blitzschutz von Photovoltai-An lagen. VDB-INFO 1A. 9. Rozporządzenie Ministra Infrastrutury z dnia 10 grudnia 2010 zieniające rozporządzenie w sprawie warunów technicznych, ja powinny odpowiadać budyn i ich usytuowanie (DzU z 2010 r., nr 239, poz. 1597). 10. Materiały inforacyjne firy DEHN. abstract Lightning protection of photovoltaic systes on large flat-roofed structures In article the protection of photovoltaic odules against direct lightning stroe are presented. Special attention was paid on calculation of separation distances between eleents of lightning protection syste and PV odules. 56