TÚLFESZÜLTSÉG-VÉDELEM NAPELEM RENDSZEREKHEZ

A villamos elosztóhálózatokban, berendezésekben fellépő, az üzemi feszültségszintet, illetve a legnagyobb megengedett üzemi feszültség csúcsértékét (jelentősen) meghaladó feszültséget túlfeszültségnek nevezzük. Ez jellemzően impulzus formájában jelenik meg a villamos hálózatokon, berendezéseken. A túlfeszültség hullámának alakjától, -formájától, frekvenciájától és a jelenség időtartamától függően károsítja a berendezések, vezetékhálózatok szigetelését. Ez meghibásodáshoz vezet.

Túlfeszültség létrejöttét általában az alábbi négy jelenség valamelyike okozza:

1. villámcsapás, és annak másodlagos hatásai

A könnyebb megérthetőség kedvéért a villámcsapások másodlagos hatását a transzformátor működéséhez hasonlítom. A primer (bemeneti) oldal maga a villám áramútja, a szekunder (kimeneti) oldal a közelében, akár néhány méterre vagy néhány 100 méterre lévő vezetékek, elektromos berendezések. A villámcsapás pillanatában a környezetében lévő minden vezetékben, elektromos berendezésben, sőt vezetőképes tárgyban feszültség indukálódik, ez a feszültség lényegesen magasabb lehet a vezetékeink, készülékeink, berendezéseink üzemi feszültségénél, így azok károsodhatnak.

2. kapcsolási műveletekből eredő feszültségtüskék

Ipari létesítményekben gyakori a nagyteljesítményű berendezések, elosztóhálózatok kapcsolása, de ilyen, ehhez hasonló eset az áramszünet esetén a közcélú hálózaton történő - adott esetben többszöri - visszakapcsolás is. A kapcsoláskor feszültségtüskék, csúcsok jelennek meg a hálózaton, ezeket hívjuk kapcsolási túlfeszültségnek.

3. elektrosztatikus kisülés

Amikor testünk elektrosztatikusan feltöltődik, majd valamihez hozzáérünk, csípést, kisülést tapasztalunk. Ha ilyen esetben elektronikai berendezést érintünk, a kisülés túlfeszültséggel jár, kárt okozhat az elektronikában, berendezésben.

4. nukleáris elektromágneses impulzusok

Az atmoszféra felett nagy magasságban fellépő nukleáris elektromágneses impulzus erős elektromágneses teret hoz létre. A talajszinten a mező nagyon nagy tranziens túlfeszültségeket indukál az erősáramú és adatátviteli vezetékekben, antennákban és egyéb elektromos berendezésekben, tönkretéve a csatlakoztatott végberendezéseket (áramkörök, számítógépes terminálok, telefonok stb.). A térerő növekedése több kV/ns is lehet. Noha nehéz kiküszöbölni az elektromágneses impulzusok által kiváltott összes túlfeszültséget, vannak módok ezek csillapítására.

A napelemes rendszerek folyamatos terjedése, azaz az energiaszektorban történő növekvő részesedése miatt - Magyarországon, Európában és világszerte is - egyre fontosabbá válik a rendszer- és nyereségbiztonság kérdése.
Ezért a napelemes rendszerek tervezési fázisában figyelni kell arra, hogy a tervezett rendszer milyen villám- és túlfeszültségvédelmet igényel. Így elkerülheti az utólagos káreseményeket, illetve a meghibásodott rendszerelemek cseréjének költségeit.
Különleges figyelmet kell szentelnünk a kommunikációs vezetőkre is, mert ezeken is keletkezhetnek túlfeszültségek, melyek komoly károkat okozhatnak az inverterben, vagy akár az épület más egyéb berendezésein.
Az ingatlan biztosítás kötésekor, módosításakor is tisztázni kell, hogy milyen követelményeket kell teljesíteni (biztosító feltételei).
A napelemes rendszerek létesítésére, védelmeire a követelményeket az OTSZ (Országos Tűzvédelmi Szabályzat), és a vonatkozó szabványok (többek között MSZ HD 60364-7-712, MSZ EN 62305, MSZ EN 50539-11) írják elő.
Jellemzően az épületek tetőfelületein elhelyezett, 10 kWp teljesítmény feletti napelemes rendszerek esetében III. villámvédelmi fokozatú villám- és túlfeszültség védelmet irányoznak elő. Szabadföldre telepített napelem rendszereknél pedig minimális védelemként a belső túlfeszültség-védelmet kell megvalósítani.
Amennyiben középületre szerelik fel a napelemes rendszert, a hatályos szabványok mellett a helyi építészeti rendelkezéseket is figyelembe kell venni. Számos jelentős intézményt, mint például a kórházakat, külső villámvédelmi berendezéssel kell ellátni, és ilyen esetben a megfelelő belső villámvédelmi rendszerről is gondoskodni kell.
A napelem rendszer része az épület elektromos berendezésének, ezért a védelmi koncepcióba be kell építeni. A szabvány általánosságban még a külső villámvédelem nélküli épületek esetében is megköveteli a belső, azaz a túlfeszültség-védelmet.
Tehát amíg a kockázatelemzés mást nem ír elő, a túlfeszültség-védelmi berendezések szakszerű beépítése a napelemes rendszer DC- és AC oldalára is kötelező.
Ez vonatkozik a magántulajdonokra, azaz pl. lakóházakra is.

A túlfeszültség-védelmi készülék kiválasztásánál a napelem rendszerekben a túlfeszültség-védelmi rendszereket a PV-generátor, azaz a napelemkörök (string) maximális üresjárati feszültségéhez kell igazítani. Ellentétben az általánosságban használt 400/230V/50Hz váltakozó áramú, kisfeszültségű közcélú hálózattal, napelemek oldalán egyenáramról, egyenfeszültségről van szó, amely akár 1500 Voltot is elérhet. Figyelni kell továbbá arra is, hogy rendelkezésre áll-e külső villámvédelmi berendezés (köznyelvben tévesen villámhárítóként ismert). Külső villámvédelmi berendezés esetén a napelemek, tartószerkezete és vezetékei, valamint a villámvédelmi rendszer vezető részei között egy úgynevezett biztonsági távolságot kell betartani, mely távolságot a hatályos szabványok szerint kell számítani. Ez általában 50-100 cm közötti távolságot jelent. Amennyiben a biztonsági távolság nem tartható be, akkor a napelemes rendszer tartószerkezetét, a napelemeket, valamint a fém kábelcsatornákat, kábeltálcákat össze kell kötni a külső villámvédelmi rendszer fém részeivel. Ilyen esetekben a villám-részáramok a DC-oldalon is megjelenhetnek, ezért T1 típusú villámáram-levezető készüléket kell felszerelni (DC-oldal védelmére). A napelemes oldalt érdemes T2 osztályú túlfeszültség-védelemmel is ellátni, ezért javasolt a DC-oldalra egy kombinált T1+T2 osztályú (pl. CITEL DS60VGPV) levezető alkalmazása.

Amennyiben be tudjuk tartani a biztonsági távolságot vagy nincs külső villámvédelmi berendezés az épületen, akkor a DC-oldalon a villámcsapások másodlagos hatásai ellen, azaz a túlfeszültségekkel szemben kell védekeznünk. Ilyen esetekben egy T2. osztályú túlfeszültség-levezető (pl. CITEL DS50PVS vagy DS50VGPVS terméksorozata) biztosítja a megfelelő védelmet. Villámcsapások vagy túlfeszültségek a DC-oldalon a berendezés minden más elektromos rendszerét is veszélyeztethetik. Ezért az AC- és DC-oldal mellett az érzékelőket, adat- és kommunikációs vezetőket is be kell vonni a védelmi rendszerbe. CITEL termékei között megtalálhatók a POE, CAT5/CAT6, D-sub, video, stb. kommunikációs eszközök védelmét szolgáló, varisztoros, szupresszor diódás, valamint gáztöltésű szikraközös készülékek.

Az AC-oldal következetes védelmét a hatályos előírások szerint a napelem-rendszerekben is mindig meg kell valósítani. A kiválasztás függ a csatlakozó (közcélú hálózat felől érkező "betáp" vezeték) típusától, nyomvonalától. Azaz eltérő védelmi szintet kell egy földkábeles csatlakozás, és egy légkábeles csatlakozás esetén létesíteni. Figyelembe kell venni a közcélú hálózat típusát is (légvezeték vagy földkábeles hálózat), illetve szintén kiválasztást befolyásoló körülmény, hogy van-e az épületen külső villámvédelmi rendszer! Egy T1+T2 vagy T1+T2+T3 osztályú kombinált levezető közvetlenül a fogyasztásmérő közelében beépítve nagyon jó védelmi szintet és a legnagyobb terhelhetőséget biztosítja a közcélú hálózat irányából érkező villámáramok, túlfeszültségek, azok káros hatásainak csökkentése érdekében. A hagyományos kalapsínre szerelhető készülékek alternatívájaként a CITEL kifejlesztette a gyűjtősínre szerelhető védelmi készülékeket is, melyeket közvetlenül a fogyasztásmérőnél lévő sínszekrényekbe is beépíthetünk.

A CITEL készülékek tökéletes biztonságot nyújtanak Önnek minden területen

A gyakorlatban különbséget teszünk külső villámvédelemi rendszerrel rendelkező és nem rendelkező épületek között. Ha egy épületen nem történt külső villámvédelmi rendszer létesítés, akkor valószínű, hogy nincs fokozott veszélye, azaz alacsony a kockázata egy közvetlen villámcsapásnak. Ilyen esetben az indukált túlfeszültségek, azaz a közvetett módon átadott túlfeszültségek ellen kell védelmet nyújtania a túlfeszültség-védelmi rendszernek. Mind a napelemek oldalát, mind az inverter AC oldalát elegendő a T2 osztályú túlfeszültség-levezetővel védeni. Amennyiben a napelemek és az inverter közötti vezetékhossz elhanyagolható (<10m), akkor a napelemes oldalon egyetlen DC túlfeszültség-védelmi készülék beépítése elegendő.
A tetőn, ahogy az épületen belüli szolárkábelek is adott esetben nagy indukciós hurkot képezhetnek, azaz egy közeli villámcsapás (kb. 2 km sugarú hatókörön belül) az üzemi feszültségnél magasabb feszültséget indukálhat a vezetékekben, mely kárt okozhat az optimalizálókban, napelemekben, inverterben, stb. Ahhoz, hogy ebben az esetben a szabványok követelményeinél nagyobb biztonságot érjünk el, a CITEL külső villámvédelem nélküli épületeknél is egy T1+T2 osztályú (DS50VGPVS/12KT1) kombinált levezető beépítését javasolja. Az AC-oldalon a kombinált túlfeszültség-levezetők (ZPAC1, DAC1-13VGS vagy a DS130-as sorozat termékei) a fogyasztásmérő közelében optimális védelmet nyújtanak. Ez egyidejűleg védi az inverter AC-bemenetét és az épület elektromos hálózatát, berendezéseit is. Amennyiben a vezetékek hossza meghaladja a 10 métert, az inverter közelében is érdemes egy második túlfeszültség-levezetőt beépíteni. Külső villámvédelemmel rendelkező épületekre további rendelkezések érvényesek, melyekkel kapcsolatban igény szerint részletesen tájékoztatást nyújtunk.