Protectia la supratensiuni a sistemelor fotoelectrice (PV) de generare de energie electrica - Indrumar

Protectia la supratensiuni a sistemelor fotoelectrice (PV) de generare de energie electrica

Indrumar

FOREWORD

The IEC (International Electrotechnical Commission) is a worldwide organization for standardization comprising all national electrotechnical committees (IEC National Committees). The object of the IEC is to promote international cooperation on all questions concerning standardization in the electrical and electronic fields. To this end and in addition to other activities, the IEC publishes International Standards. Their preparation is entrusted to technical committees; any IEC National Committee interested in the subject dealt with may participate in this preparatory work. International, governmental and non-governmental organizations liaising with the IEC also participate in this preparation. The IEC collaborates closely with the International Organization for Standardization (ISO) in accordance with conditions determined by agreement between the two organizations.

The formal decisions or agreements of the IEC on technical matters, prepared by technical committees on which all the National Committees having a special interest therein are represented, express, as nearly as possible, an international consensus of opinion on the subjects dealt with.

They have the form of recommendations for international use published in the form of standards, technical reports or guides and they are accepted by the National Committees in that sense.

In order to promote international unification, IEC National Committees undertake to apply IEC International Standards transparently to the maximum extent possible in their national and regional standards. Any divergence between the IEC Standard and the corresponding national or regional standard shall be clearly indicated in the latter.

Acest standardul international a fost elaborat de catre comitetul tehnic 82 CEI: Sisteme de energie fotoelectrice solare.

Textul acestui standard se bazaza pe urmatoarele documente:

Informatii complete privind votul pentru aprobarea acestui standard pot fi obtinute din raportul de vot indicat in tabelul de mai sus.

INTRODUCERE

Protectia contra efectelor supratensiunilor pot fi necesare pentru a asigura siguranta personalului si a echipamentului.

Conceperea unui sistem adecvat necesita cunoasterea comportarii tuturor componentelor care afecteaza supratensiunile.

Supratensiunile solicita izolatia componentelor diferitelor sisteme precum izolatiile faza-faza sau faza-structura. Din acest motiv, echipamentul trebuie sa fie ales si realizat astfel incat sa corespunda standardului CEI 364.

Sistemul trebuie conceput, daca este cazul, astfel incat sa realizeze protectia structurilor contra loviturilor de trasnet.

Protectia la supratensiuni a sistemelor

fotoelectrice (PV) de generare de energie electrica

Indrumar

Scop si obiect

Acest standard international constituie un indrumar privind protectia contra supratensiunilor a sistemelor fotoelectrice generatoare de putere, atat a celor autonome cat si a celor legate la reteaua electrica. Se urmareste identificarea surselor care determina riscuri de supratensiuni (inclusiv loviturile de trasnet), sa defineasca tipurile de protectie precum legarea la pamant, ecranarea, interceptarea loviturilor de trasnet si echipamente de protectie.

NOTA In acest standard se utilizeaza abrevierea PVPGS pentru sistemul (ele) fotoelectric (e) care genereaza energie electrica.

Normative de referinta

Urmatorul document normativ cuprinde prevederi care, prin referintele din acest text, reprezinta prevederi ale acestui standard international. La data publicarii, editia indicata era in vigoare. Toate documentele normative sunt supuse unui proces de revizie, iar partile ale caror relatii se bazeaza pe acest standard international sunt invitate sa caute toate posibilitatile sa aplice cea mai recenta editie a documentului normativ indicat mai jos. Membrii CEI si ISO au lista standardelor internationale valabile in prezent..

CEI 364: Instalatii electrice in cladiri.

Surse ale supratensiunilor

Tensiunile superioare valorii maxim admisa la proiectare reprezinta un risc major pentru PVPGS. Asemenea supratensiuni pot fi determinate de evenimente de origine externa sau de functionarea interna defectuoasa.

Supratensiuni de origine externa

Atat in sistemele conectate la reteaua electrica cat si in sistemele izolate, principalele cauze ale supratensiunilor de origine externa sunt descarcarile electrice din atmosfera.

In sistemele conectate la reteaua electrica, fluctuatiile de tensiune (regimurile tranzitorii) in reteaua publica, la care este conectat sistemul PVPGS, pot determina supratensiuni in circuitele acestuia.

In sistemele autonome, fluctuatiile de tensiune la bornele sarcinii pot determina supratensiuni in circuitele PVPGS.

Supratensiuni de origine interna

Atat in sistemele conectate la reteaua electrica precum si in sistemele autonome, defectarea unei componente, erori in functionare si fenomenele tranzitorii la comutare pot determina supratensiuni in circuitele PVPGS.

Metode de reducere a supratensiunilor

Metodele utilizate pentru a realiza o reducere eficienta a supratensiunilor sunt dependente de originea acestor supratensiuni.

Echipotentializare (centura de legare la masa)

Centura de legare la masa este utilizata pentru reducerea supratensiunilor in circuitele PVPGS printr-o interconexiune cu legaturi de impedanta redusa. Daca exista o priza de pamant, acesta trebuie conectata la priza de pamant de referinta.

Legarea la pamant

Urmatoarele paragrafe prezinta proceduri de legare la pamant adecvate pentru sistemele PV si conceptii existente pentru a asigura o siguranta maxima a sistemului relativ la protectia personalului si a bunurilor. In figura 1 este prezentata terminologia privind legarea la pamant a sistemelor PVPGS.

In figura 2 sunt prezentate trei metode clasice utilizate pentru legarea la pamant a sistemelor PVPGS.

Legarea la pamant a echipamentui

Sistemul de legare la pamant a echipamentului cuprinde cabinele metalice, cutiile metalice, suportii si anvelopele echipamentelor care sunt conectate la un pamant de referinta, pentru a asigura  un circuit de suntare a circulatiei de curent electric in cazul in care anvelopa primeste o tensiune (ajunge in contact cu o parte activa a circuitului electric).

Sistem legat la pamant

Un echipament PVPGS este un sistem legat la pamant daca unul dintre conductoarele active este conectat la pamantul echipamentului.

Legarea la pamant a sistemului poate fi importanta deoarece poate servi la stabilizarea tensiunii sistemului electric in raport cu pamantul, pe durata functionarii normale a sistemului. Aceasta poate imbunatati functionarea echipamentelor de protectie la supracurent in eventualitatea unui defect.

Deoarece aceste obiective pot fi obtinute si prin alte metode, legarea la pamant poate sa fie sau sa nu fie utilizata.

Atunci cand este utilizata legarea la pamant, unul dintre conductoarele sistemului de doua conductoare sau conductorul de nul al sistemului trifazat trebuie sa fie legate rigid la pamant in conformitate cu urmatoarele:

a)  Conexiunea de pamant pentru circuitele de tensiune continua poate fi realizata intr-un singur punct al circuitului exterior al matricei PV. De asemenea, punctulul de legare la pamant plasat cat mai aproape de modulul PV si inainte de alte elemente precum sigurante fuzibile, elemente de comutare si diode de protectie, asigura o protectie mai buna a sistemului contra suptatensiunilor induse de loviturile de trasnet.

b)  Sistemul si/sau echipamentul de legare la pamant nu trebuie sa fie intrerupte atunci cand este inlocuit un modul din matricea PV.

c)  La legarea la pamant se va folosi aceeasi priza de pamant pentru circuitele de tensiune continua si pentru echipament. Doi sau mai multi electrozi conectati impreuna sunt considerati, din punctul de vedere al acestei aplicatii, ca o singura priza de pamant. In plus, aceasta priza de pamant trebuie conectata la priza de pamant principala a retelei, daca aceasta exista. Toate legaturile de pamant ale sistemului de tensiune continua si ale sistemului de tensiune alternativa trebuie sa fie comune.

4.3 Ecranarea

Ecranarea realizeaza protectia contra loviturilor de trasnet din apropierea sistemului PV prin reducerea campurilor electromagnetice care interactoneaza cu sistemul de conductoare.

Ecranarea poate fi sub forma unei anvelope delimitand un volum, tresa sau conducta coaxiale in care sunt inserate cablurile sau conductoare de protectie plasate deasupra cablurilor aflate intr-un canal. Sistemul de ecranare trebuie conectat la pamantul echipamentului.

Volumele ecranate pot fi utilizate in cadrul sistemelor fotoelectrice de putere atunci cand costul unei asemenea protectii este redus, de exemplu o anvelopa metalica continand bateriile de stocare a energiei sau echipamentele sensibile.

Cablurile ecranate pot fi utilizate, de asemenea, in sistemele fotoelectrice pentru trasee lungi ale cablurilor de control si de masurare.

Fara precautii adecvate cablurile ecranate pot pierde eficienta lor datorita crapaturilor sau intreruperilor ecranului sau prin defectele ecranului la capetele cablului la care acesta este conectat la sistemul de legare la pamant. Aceste legaturi ale ecranului la pamant sunt in mod special susceptibile la coroziune precum si la efectele deplasarilor sau solicitarilor mecanice.

O metoda alternativa pentru ecranarea cablurilor de putere, de tensiune alternativa, care nu sunt incluse in conducte metalice consta in utilizarea unui conductor de protectie sau de ecranare deasupra cablului plasat in canal.

Interceptarea loviturilor de trasnet

Interceptarea poate fi realizata prin utilizarea unui pilon vertical conectat la pamant (paratrasnet) si/sau conductor suspendat legat la pamant. Este necesar a lua in considerare urmatoarele aspecte la determinarea necesarului de echipamente de interceptare a loviturilor de trasnet:

siguranta personalului (locatii cu sau fara personal permanent);

efectul loviturilor directe asupra functionarii sistemului (de exemplu, probabilitatea descarcarii complete a bateriei de stocare a energiei);

costul echipamentului de interceptare in raport cu probabilitatea loviturii directe si costurile de inlocuire a elementelor stricate;

pierderile de performanta ale sistemului datorita ecranarii.

4.5 Echipamente de protectie

Echipamentele de protectie PDS (Protective Device) trebuie utilizate pentru a asigura protectia la supratensiuni a echipamentului sensibil precum conditionere de retea sau alte componnete. Pentru a realiza un sistem eficient de protectie, aceste echipamente trebuie sa satisfaca urmatoarele criterii:

echipamentele de protectie nu trebuie sa­-si degradeze caracteristicile minimale pe durata sa de viata, chiar in conditii extreme de functionare;

trebuie sa limiteze tensiunea la terminalele protejate pana la nivelul de siguranta;

nu trebuie sa se defecteze in cazul fenomenelor tranzitorii prevazute; in unele cazuri trebuie sa asigure circulatia supracurentilor pana cand sistemul de protectie din amonte (de exemplu, contactoarele sau sigurantele fuzibile) intra in functiune.

nu trebuie sa-si reduca durata de viata prevazuta prin proiect, chiar in conditii extreme de functionare a sistemului;

nu trebuie sa degradeze performantele normale ale sistemului pe durata de viata preconizata a acestuia;

trebuie sa aiba o influenta minima asupra eficientei sistemului,

Principalele tipuri de echipamente de protectie utilizate pentru protectia echipamentelor electronice sunt:

diode;

varistoare;

eclatoare de protectie si descarcatoare in gaz;

transformatoare de izolare;

filtre;

optocuploare.

4.6 Principiul de functionare

Principiul de baza privind reducerea supratensiunilor cu ajutorul echipamentelor de protectie consta in suntarea terminalelor de protejat cu un element neliniar de circuit care trece intr-o stare de rezistenta electrica redusa atunci cand este depasita limita de siguranta privind tensiunea. Ca rezultat, supratensiunea reziduala care apare la partea protejata este o fractiune redusa din supratensiunea incidenta. Valoarea acestei fractiuni este data de raportul dintre rezistenta electrica reziduala a echipamentului de protectie si impedanta caracteristica a liniei, la frecventa ce caracterizeaza regimul tranzitoriu.