Ochrona przeciwwyspowa falowników PV — dlaczego falownik musi się odłączyć w ciągu 2 sekund (NEN-EN 50549-1)

Przewodnik o §712 — instalacjach PV oraz przewodnik o wyłączniku przeciwpożarowym PV oba omawiają środki ochronne wokół instalacji PV, lecz na różnych poziomach: artykuł o wyłączniku przeciwpożarowym dotyczy szybkiego odłączenia napięcia z łańcuchów DC na poziomie modułu dla ratowników. Ten artykuł dotyczy innej funkcji ochronnej, usytuowanej po stronie sieci: ochrony przeciwwyspowej (anti-islanding).

Czym jest praca wyspowa

Praca wyspowa (ang. islanding) występuje, gdy część sieci niskiego napięcia po utracie zasilania z sieci (planowana konserwacja lub awaria) mimo to pozostaje pod napięciem — zasilana przez generację lokalną (falowniki PV, kogenerację, magazyny energii) podłączoną w obrębie tego odcinka sieci. Jest to niebezpieczne z dwóch powodów:

• Bezpieczeństwo personelu: pracownik operatora sieci, który zakłada, że linia jest beznapięciowa podczas konserwacji lub awarii, może niespodziewanie natrafić na napięcie.
• Ryzyko synchronizacji: gdy operator sieci przywraca zasilanie bez dokładnej synchronizacji fazy i częstotliwości izolowanego odcinka sieci z przywróconą siecią, ponowne połączenie powoduje niszczący skok prądu dla urządzeń na tym odcinku sieci.

Wymóg: wykrycie i odłączenie w ciągu 2 sekund

NEN-EN 50549-1 („Wymagania dla jednostek wytwórczych przyłączanych równolegle do sieci rozdzielczych niskiego napięcia") nakazuje, aby falownik (lub powiązany z nim przekaźnik zabezpieczający) wykrył utratę sieci i odłączył instalację w ciągu maksymalnie 2 sekund. Osiąga się to przez połączenie:

• Wykrywania pasywnego: monitorowanie granic napięcia i częstotliwości oraz szybkości zmiany częstotliwości (ROCOF — rate of change of frequency) lub przesunięcia fazowego (vector shift), które charakterystycznie odbiegają, gdy tylko sieć zostaje utracona.
• Wykrywania aktywnego: przy generacji opartej na falownikach często dodatkowo wprowadza się małe, celowe zaburzenie częstotliwości lub impedancji, którego odpowiedź różni się między siecią podłączoną a izolowaną siecią wyspową — metoda, która działa również w sytuacjach, gdy wykrywanie pasywne daje zbyt małe odchylenie (na przykład gdy obciążenie lokalne przypadkiem blisko odpowiada wytwarzanej mocy).

Różnica względem wyłącznika przeciwpożarowego po stronie DC

Ochrona przeciwwyspowa i wyłącznik przeciwpożarowy PV rozwiązują dwa różne problemy: ochrona przeciwwyspowa to funkcja automatycznej ochrony sieci po stronie AC, zapobiegająca niezamierzonemu pozostawaniu części sieci pod napięciem po utracie zasilania z niej; wyłącznik przeciwpożarowy to funkcja na poziomie modułu po stronie DC, która przy wyłączeniu strony AC obniża pozostałe napięcie na samych łańcuchach DC, specjalnie dla bezpieczeństwa ratowników, którzy muszą pracować na dachu lub przy falowniku. Obie funkcje są potrzebne; żadna nie zastępuje drugiej.

Znaczenie praktyczne

Dla instalatora wykonującego prace łączeniowe w pobliżu obwodu z generacją lokalną istotne jest zrozumienie, że założenie „zasilanie z sieci jest wyłączone, więc linia jest beznapięciowa” nie obowiązuje automatycznie, dopóki do tego odcinka sieci podłączona jest lokalna generacja PV lub kogeneracyjna — funkcja ochrony przeciwwyspowej musiała zadziałać w określonym czasie, a to pozostaje funkcją automatyczną, która, jak każde zabezpieczenie, może zawieść lub zareagować z opóźnieniem. Dlatego sprawdzenie napięcia przed dotknięciem pozostaje niezbędne, nawet gdy wiadomo o obecności ochrony przeciwwyspowej.

Częste błędy

1. Zakładanie, że wyłączone zasilanie wejściowe zawsze oznacza brak napięcia, bez własnego pomiaru napięcia, podczas gdy lokalna generacja PV lub kogeneracyjna może jeszcze krótko utrzymywać napięcie na danym odcinku sieci.
2. Mylenie ochrony przeciwwyspowej z wyłącznikiem przeciwpożarowym po stronie DC — jedna jest funkcją automatycznej ochrony sieci po stronie AC, druga funkcją na poziomie modułu po stronie DC dla bezpieczeństwa ratowników; rozwiązują różne problemy.
3. Zmiana lub złagodzenie ustawień ochrony sieciowej falownika (progi napięcia/częstotliwości) bez zgody operatora sieci — ustawienia te są zazwyczaj ustalone i certyfikowane zgodnie z kodeksem sieci.
4. Nieuwzględnienie okna wykrywania do 2 sekund podczas prac wykonywanych wkrótce po wyłączeniu obwodu z generacją lokalną — w trakcie tego okna odcinek sieci może jeszcze krótko pozostawać pod napięciem.

Powiązane

• §712 — Instalacje PV
• Wyłącznik przeciwpożarowy PV
• Przeciążenie sieci i magazynowanie energii w bateriach
• Wykrywanie łuku elektrycznego DC dla łańcuchów PV