Захист від острівного режиму PV-інверторів — чому інвертор має відключитися протягом 2 секунд (NEN-EN 50549-1)

Гід із §712 — PV-установки та гід про PV-пожежний вимикач обидва розглядають заходи захисту навколо PV-установки, але на різних рівнях: стаття про пожежний вимикач присвячена швидкому знеструмленню DC-рядків на рівні модуля для рятувальників. Ця стаття присвячена іншій функції захисту, розташованій на стороні мережі: захисту від острівного режиму (anti-islanding).

Що таке острівний режим

Острівний режим (англ. islanding) виникає, коли частина низьковольтної мережі після втрати живлення від електромережі (планове обслуговування чи аварія) все ж залишається під напругою — живлячись від локальної генерації (PV-інвертори, когенерація, накопичувачі енергії), підключеної в межах цієї ділянки мережі. Це небезпечно з двох причин:

• Безпека персоналу: працівник мережевої компанії, який виходить із того, що лінія знеструмлена під час обслуговування чи аварії, може несподівано виявити, що вона під напругою.
• Ризик синхронізації: коли мережева компанія відновлює живлення без того, щоб ізольована ділянка мережі була точно синхронізована за фазою та частотою з відновленою мережею, при їхньому повторному з'єднанні виникає руйнівний стрибок струму для обладнання на цій ділянці мережі.

Вимога: виявлення та відключення протягом 2 секунд

NEN-EN 50549-1 («Вимоги до генеруючих установок, що підключаються паралельно до низьковольтних розподільчих мереж») наказує, що інвертор (або пов'язане з ним захисне реле) має виявити втрату мережі та відключити установку протягом максимум 2 секунд. Це досягається поєднанням:

• Пасивного виявлення: контроль меж напруги та частоти, а також швидкості зміни частоти (ROCOF — rate of change of frequency) або зсуву фази (vector shift), які характерно відхиляються, щойно мережа втрачається.
• Активного виявлення: для генерації на основі інверторів часто додатково вноситься невелике, навмисне збурення частоти чи повного опору, відгук на яке відрізняється між підключеною мережею та ізольованою острівною мережею — метод, який також працює в ситуаціях, де пасивне виявлення дає замало відхилення (наприклад, коли локальне навантаження випадково близько збігається з виробленою потужністю).

Відмінність від DC-стороннього пожежного вимикача

Захист від острівного режиму та PV-пожежний вимикач вирішують дві різні проблеми: захист від острівного режиму — це функція автоматичного захисту мережі на стороні змінного струму, яка запобігає мимовільному збереженню напруги на частині мережі після втрати живлення від неї; пожежний вимикач — це функція на рівні модуля на стороні постійного струму, яка при вимкненні сторони змінного струму знижує залишкову напругу на самих DC-рядках, спеціально для безпеки рятувальників, яким потрібно працювати на даху чи біля інвертора. Обидві функції потрібні; жодна не замінює іншу.

Практична значущість

Для монтажника, який виконує комутаційні роботи поблизу кола з локальною генерацією, важливо розуміти, що припущення «живлення від мережі вимкнено, отже лінія знеструмлена» не виконується автоматично, доки до цієї ділянки мережі підключена локальна PV- чи когенераційна генерація — функція захисту від острівного режиму мала спрацювати у визначений час, а це залишається автоматичною функцією, яка, як і будь-який захист, може відмовити чи спрацювати із затримкою. Тому перевірка напруги перед дотиком залишається обов'язковою, навіть якщо відомо про наявність захисту від острівного режиму.

Часті помилки

1. Припущення, що вимкнене вхідне живлення завжди означає відсутність напруги, без власної перевірки напруги, тоді як локальна PV- чи когенераційна генерація може ще короткочасно підтримувати напругу на відповідній ділянці мережі.
2. Плутанина захисту від острівного режиму з DC-стороннім пожежним вимикачем — один є функцією автоматичного захисту мережі на стороні змінного струму, інший — функцією на рівні модуля на стороні постійного струму для безпеки рятувальників; вони вирішують різні завдання.
3. Зміна чи послаблення налаштувань захисту мережі інвертора (пороги напруги/частоти) без дозволу мережевої компанії — ці налаштування, як правило, фіксовані та сертифіковані згідно з мережевим кодексом.
4. Ігнорування вікна виявлення до 2 секунд під час виконання робіт невдовзі після вимкнення кола з локальною генерацією — протягом цього вікна ділянка мережі може ще короткочасно залишатися під напругою.

Пов'язані матеріали

• §712 — PV-установки
• PV-пожежний вимикач
• Перевантаження мережі та накопичення енергії в батареях
• Виявлення дугового замикання постійного струму для PV-рядків