Falownik PV — monitorowanie prądu resztkowego (RCMU) i wykrywanie zwarć doziemnych wg IEC 62109-2

Artykuł o pracy wyspowej omawia, jak falownik PV reaguje na zanik sieci publicznej. Ten artykuł omawia inny, wewnętrzny mechanizm zabezpieczenia falownika, działający niezależnie od tego: jednostkę monitorowania prądu resztkowego (RCMU), zgodnie z IEC 62109-2, która w falowniku beztransformatorowym częściowo przejmuje funkcję wyłącznika różnicowoprądowego po stronie AC.

Dlaczego falownik beztransformatorowy potrzebuje wewnętrznego mechanizmu wykrywania zwarć doziemnych

Falownik beztransformatorowy PV, w przeciwieństwie do falownika z transformatorem separującym, nie ma separacji galwanicznej między stroną DC (panele) a stroną AC (sieć). Oznacza to, że zwarcie doziemne po stronie DC — na przykład uszkodzona izolacja panelu — może spowodować prąd upływu, który wraca przez uziemienie, nie zachowując się jak klasyczne uszkodzenie fazy po stronie AC. Dlatego IEC 62109-2 wymaga, aby falownik beztransformatorowy prowadził własne, ciągłe monitorowanie prądu resztkowego, wykrywające zarówno składowe AC, jak i DC prądu upływu, niezależnie od obecności zewnętrznego wyłącznika różnicowoprądowego po stronie AC.

Co mierzy RCMU i kiedy następuje wyłączenie

RCMU stale monitoruje prąd resztkowy i rozróżnia dwie sytuacje:

• Stopniowo narastający, ciągły prąd resztkowy: falownik musi odłączyć się od sieci, gdy ten przekroczy ustalony próg (rzędu 300 mA, w czasie kilkuset milisekund), porównywalnie do funkcji głównego wyłącznika różnicowoprądowego typu B.
• Nagły skok prądu resztkowego: przy gwałtownym wzroście prądu resztkowego (charakterystycznym dla nowo powstałej usterki) falownik musi odłączyć się szybciej i przy niższym progu bezwzględnym — zazwyczaj rzędu od 30 do 150 mA, w ciągu zaledwie dziesiątek do kilkuset milisekund, w zależności od wielkości skoku.

To rozróżnienie między powoli narastającym a nagłym prądem resztkowym jest funkcjonalnie porównywalne z rozróżnieniem, jakie stosuje wyłącznik różnicowoprądowy typu B, ale w RCMU jest ono w całości obsługiwane wewnętrznie w oprogramowaniu falownika, a nie przez osobne, zewnętrzne urządzenie.

Dlaczego RCMU nie jest pełnym zastępstwem zewnętrznego wyłącznika różnicowoprądowego

Uwaga: RCMU chroni przede wszystkim sam falownik i instalację przed wewnętrznie wykrytym zwarciem doziemnym, i nie można go po prostu utożsamiać ze zwykłą ochroną wyłącznikiem różnicowoprądowym, którą NEN 1010 nakazuje dla bezpieczeństwa dotykowego osób. Czy i w jakiej formie zewnętrzny wyłącznik różnicowoprądowy jest nadal wymagany w obwodzie AC do falownika, wynika z wymagań instalacyjnych NEN 1010 §712 oraz specyfikacji producenta falownika — RCMU jest dodatkowym zabezpieczeniem wewnętrznym, a nie automatycznym zwolnieniem z wymogu zewnętrznego wyłącznika różnicowoprądowego.

Ponadto RCMU falownika beztransformatorowego zazwyczaj nie pokrywa w pełni każdego możliwego prądu resztkowego DC: niewielki, utrzymujący się prąd upływu DC poniżej progu zadziałania może w pewnych warunkach pozostać niewykryty, co jest jednym z powodów, dla których wymagania instalacyjne §712 wymagają oceny dostosowanej do topologii falownika, a nie ogólnego założenia.

Praktyczne znaczenie

Podczas oceny instalacji PV z falownikiem beztransformatorowym ważne jest sprawdzenie, czy funkcja RCMU zgodna z IEC 62109-2 jest wyraźnie obecna i aktywna (jest to zazwyczaj podane na tabliczce znamionowej falownika lub w deklaracji zgodności), oraz czy wymagania instalacyjne dotyczące ewentualnego zewnętrznego wyłącznika różnicowoprądowego po stronie AC zostały prawidłowo zastosowane na podstawie konkretnej topologii falownika — a nie wyłącznie na podstawie ogólnego założenia, że „falownik sam sobie z tym poradzi”.

Częste błędy

1. Założenie, że falownik beztransformatorowy z RCMU nie potrzebuje już zewnętrznego wyłącznika różnicowoprądowego — wymóg instalacyjny dla obwodu AC wynika z §712 i specyfikacji falownika, a nie automatycznie z obecności wewnętrznego RCMU.
2. Mylenie funkcji RCMU z pełnym zastępstwem wyłącznika różnicowoprądowego typu B dla bezpieczeństwa dotykowego osób — RCMU jest przede wszystkim przeznaczony do ochrony samego falownika przed wewnętrznie wykrytym zwarciem doziemnym.
3. Brak sprawdzenia, czy RCMU jest rzeczywiście aktywny i certyfikowany zgodnie z IEC 62109-2 podczas oceny falownika beztransformatorowego — nie każdy falownik na rynku automatycznie spełnia te same progi zadziałania.
4. Pominięcie niewielkiego, utrzymującego się prądu upływu DC poniżej progu zadziałania jako możliwej, ukrytej przyczyny podstawowego problemu izolacji, tylko dlatego że RCMU nie zadziałał.

Powiązane materiały

• Falownik PV — praca wyspowa (NEN-EN 50549)
• §712 — PV/panele słoneczne
• Typy wyłączników różnicowoprądowych — klasyfikacja AC/A/F/B
• Pomiar rezystancji izolacji stringów PV (strona DC)