Fotovoltaická elektrárna a ochrana před bleskem

Níže jsou popsány zásadní body a rady pro nové a dodatečné instalace FVE, na které je potřeba si dát pozor s ohledem na ochranu před bleskem.

Co na to norma

Pro fotovoltaické aplikace by měl být upřednostněn izolovaný hromosvod podle ČSN EN 62305-3, ed. 2²⁾, čl. 5.1.2 Výběr vnějšího LPS: „Izolovaný (oddálený) vnější LPS od chráněné stavby by měl být použit v případě, že tepelné a výbušné účinky v místě úderu nebo ve vodičích, které vedou bleskový proud, mohou způsobit škody na stavbě nebo na jejím obsahu (viz Příloha E).“

Izolovaný (oddálený) vs. neizolovaný (neoddálený) hromosvod

Při instalaci fotovoltaické elektrárny na různé typy objektů si za prvé musíme uvědomit, jaká jímací soustava je na stávajícím objektu instalována. Zároveň je nutné vyhodnotit, zda je stávající hromosvod správně zhotoven a zda odpovídá normě, podle které byl realizován. Ať už je na střeše instalován izolovaný (oddálený) LPS dle čl. 5.3.2, nebo neizolovaný (neoddálený) LPS, je nutné dodržet dostatečnou vzdálenost z této normy, tedy čl. 6.3 ČSN EN 62305-3, ed. 2²⁾. V případě instalace FVE v blízkosti hromosvodu – a tedy nedodržení dostatečné vzdálenosti – je nezbytné přepracovat projektovou dokumentaci, nebo zpracovat novu projektovou dokumentaci DPS jímací soustavy, případně zvážit jiné umístění FVE panelů.

Ochranný prostor jímací soustavy

V případě malého objektu lze objekt dostat do ochranného prostoru pouze jedním vyšším jímačem. Při instalaci fotovoltaické elektrárny na různých typech objektů je možné docílit snížení celkových nákladů na jímací soustavu díky využití okolních staveb. To pochopitelně obnáší detailní zaměření okolního terénu vč. okolních budov, o které budeme valící se kouli opírat. Pokud není možné ke snížení nákladů využít okolní stavby, je nutné osazení takového počtu jímačů, jejich délek a poloh tak, aby se valící koule nedotýkala stavby, ale jímací soustavy.

Dostatečná vzdálenost

Kontrola dostatečné vzdálenosti dle čl. 6.3 ČSN EN 62305-3, ed. 2, musí být zajištěna mezi jímací soustavou a svody na jedné straně a kovovými součástmi stavby, instalacemi a vnitřními systémy na straně druhé. Dodržení dostatečné vzdálenosti je důležité pro zajištění protipožárního zabezpečení objektu před přímým úderem blesku, svedení bleskového proudu do uzemňovací soustavy, ochranu osob nacházejících se uvnitř a vně objektu před vlivy přímých úderů blesku do objektu a ochranu elektronických systémů uvnitř objektu.

Vnitřní ochrana na straně AC/DC

Pro správný výběr vnitřní ochrany SPD je nutné znát stav vnější ochrany a podle toho vybrat správné a vhodné typy vnitřních SPD. V případě stejnosměrné části DC se osadí svodič bleskových proudů a přepětí typu 1+2, pokud není dodržena dostatečná vzdálenost „s“ od FVE, a hrozí tedy zavlečení bleskového proudu. Jakmile je dodržena dostatečná vzdálenost „s“ FVE od jímací soustavy a FVE je v ochranném prostoru hromosvodu, je dostačující aplikace svodiče přepětí T2. Instalace uvedených svodičů se provádí na rozhraní zón LPZ 0-1. V případě vedení delšího >10 m od rozhraní zón je nezbytné opakovat svodič přepětí T2 u technologie FVE – rozvaděč FVE.
Pochopitelně je nutné v případě instalace FVE myslet také na ochranu střídavé části AC. Musí být aplikován svodič bleskových proudů a přepětí T1+T2 na vstupu do objektu buď v hlavním rozvaděči, nebo v rozvodně. Pokud je technologie fotovoltaické elektrárny od místa instalace svodiče bleskových proudů a přepětí vzdálenější >10 m vedení, je nezbytné opakovat svodič přepětí T2 u technologie FVE – rozvaděč FVE.

Fotovoltaické aplikace na volné ploše

Fotovoltaické aplikace na polích jsou specifickým zařízením, které z důvodu pokrytí velké plochy představuje cíl, jenž je pro blesk velmi těžké minout. Zatímco v případě zásahu bleskem na rodinném domě hovoříme o pravděpodobnosti zásahu, musíme u velkých elektráren na poli či průmyslových halách hovořit o četnosti, nikoliv o pravděpodobnosti, protože zabraná plocha je nepoměrně vyšší než malá plocha střechy rodinného domu.
V analýze rizik pro plošné fotovoltaické elektrárny nevychází minimální opatření nijak vysoko, což je dáno hlavně tím, že na ploše elektrárny se pohybuje velmi málo lidí, a to ještě po omezenou dobu. V analýze rizik dle ČSN EN 62305-2¹⁾ hraje vždy prim v zajištění bezpečnosti ochránit lidské životy a jejich zdraví, vyšší hodnota elektrárny je pouhou ekonomickou ztrátou. V praxi jsou elektrárny na ploše chráněny dle požadavků pro LPL III/IV, ale není výjimkou, že pojišťovna odmítne převzít riziko, pokud není ochrana zajištěna za pomoci izolované jímací soustavy a provedení odpovídajícímu LPL II, či dokonce I. Je jasné, že pokud má být pokryto riziko škody způsobené zásahem blesku, ke kterému statisticky na většině elektráren na volné ploše dojde po dobu jejich životnosti několikrát, je pojišťovací společnost velmi ostražitá, tedy pokud nepočítá již od počátku s tím, že nebude škody pod různými výlukami platit.
Co nejvyšší ochrana před bleskem je i v zájmu provozovatele fotovoltaické elektrárny, protože zásah bleskem generuje pouze malou část z celkových škod, které se časem na zařízení projeví. Na záznamech údržby je pak hezky vidět „kráter“ v ploše, kdy je v období několika let potřeba vyměnit panely v blízkosti místa předchozího zásahu. Fotovoltaické panely ze své podstaty nemohou být chráněny stíněním před elektromagnetickým polem, aniž by to výrazným způsobem neovlivnilo jejich výkon.

Ochrana před bleskem pro panely

Ochrana je velmi prostá a jednoduchá, ale vzhledem k ploše panelů je také poměrně pracná. Základem je vždy vybudování co nejlepší zemnicí soustavy, přičemž nesmíme zapomenout propojit jednotlivé zemniče mezi sebou do mřížové soustavy. Čím horší bude uzemnění a jeho impedance, tím více bleskového proudu bude opouštět elektrárnu a putovat do lepšího uzemnění v distribuční soustavě nebo okolních objektech. Variantně se na vybudování zemnicí soustavy plně nebo částečně využívají i kovové zemní vruty konstrukce, ale je nutno připomenout, že výsledná délka takovéhoto zemniče většinou není v souladu s normativními požadavky.
Výsledný odpor takovéto zemnicí soustavy je díky velkému množství paralelních zemničů velmi nízký, ale díky umístění ve spíše suché půdě dochází k efektu kovové desky s vyšším potenciálem, než můžou představovat jiné prvky v okolí. Kvůli tomu se pak z této plochy může vyrovnávat vůči vzdálené zemi velká část přijatého bleskového proudu, a to nemusí být zvládnutelné nejenom s dostupnými svodiči, ale ani s dalšími prvky této instalace.

Vlastní izolovaná jímací soustava – vzhledem k malé výšce konstrukcí – nebývá velkým problémem, pokud se povede na konstrukci nalézt body pro její upevnění. Většinou stačí vztyčit jímací tyč potřebné výšky ve dvou betonových podstavcích, zajistit ji několika izolovanými vzpěrami vůči položení větrem a připojit na spodním konci na vývod zemnicí soustavy.
Pokud by jímací tyč na spodním konci překážela uvažovanému udržování plochy elektrárny, je nutné tuto izolovanou konstrukci umístit výše a pak na izolovaných vzpěrách svést opět k vývodu uzemnění.
Vzhledem k možným negativním účinkům stínu jímače na výkon panelů je preferována co nejnižší výška jímačů, a také co nejmenší jejich průměr. Je ale potřeba počítat s tím, že tento požadavek vede k nárůstu nutného počtu jímačů na elektrárně. Z tohoto důvodu se ochrana za pomoci vysokých stožárů vyskytuje pouze zřídka.

Ochrana elektrického zařízení a instalace

Elektrická instalace – a obzvláště ta, která je umístěna na velké ploše ve venkovním prostředí – je vystavena kromě jiných vlivů i vlivům elektromagnetické indukce či přepětí způsobených nejenom atmosférickými jevy. Pro zajištění bezpečnosti elektrických zařízení je potřeba instalovat odpovídající svodiče přepětí.
V případě decentrálních měničů je třeba použít v propojovacích boxech a na vstupu do měniče svodiče přepětí s konstrukcí umožňující jejich použití ve stejnosměrných obvodech fotovoltaických elektráren. Na AC výstupu z měničů je pak dostačující umístit svodiče přepětí typu 2.
V případě jakékoliv pochybnosti o kvalitě zemnicí soustavy bych doporučoval na tento výstup umístit kombinovaný svodič bleskových proudů a přepětí Typ 1 / Typ 2 DEHNshield. Další z výhod této volby je delší očekávaná životnost a větší robustnost zařízení při vzniku poruch na zařízení, a to díky jiskřišti.
Na vstupu do trafostanice je třeba umístit svodiče bleskových proudů či přepětí, stejně tak jako na VN výstupu do distribuční soustavy.
Je velmi důležité chránit i komunikaci mezi měniči elektrárny, kdy se pro ochranu volí RS 485 svodiče BLITZDUCTORCONNECT, nebo DEHNpatch, pokud je komunikace po ethernetovém vodiči. Tato ochrana je zvlášť důležitá v případě, kdy uzemnění elektrárny netvoří mříž v celé ploše, ale jednotlivé uzemněné řady jsou spojeny středem či po stranách. V tomto okamžiku slouží tyto datové vodiče vedoucí „naštorc“ (napříč) přes jednotlivé řady jako vyrovnání rozdílného potenciálu mezi nimi.

Ochrana videodohledu

V drtivé většině jsou tyto fotovoltaické elektrárny nejenom obklopeny plotem, ale také je za pomoci čidel a videodohledu hlídána celá jejich plocha; při ceně panelů, které standardně nikdo fyzicky na místě nehlídá, se v našich podmínkách není čemu divit. Zde je však potřeba si uvědomit několik úskalí. Takovéto oplocení je v podstatě velká kovová smyčka, která je položena na terénu, aniž by byla kvalitně uzemněna. Ideální by samozřejmě bylo, pokud by existovala samostatná zemnicí soustava pro uzemnění plotu, ale na to se většinou při stavbě a realizaci nemyslí, vzhledem k tomu, že potřebu uzemnění této konstrukce žádný standard vysloveně nezmiňuje a zřízení uzemnění je závislé na erudici a znalosti fyzikálních zákonů toho, kdo stavbu navrhuje.
Situaci by zlepšilo, pokud by v místě umístění jednotlivých technologií, ať již se jedná o kamery, či pohybová čidla, byl alespoň vybudován zemnič typu A dle ČSN EN 62305-32), ke kterému by byla technologie spolu s instalovanými svodiči přepětí připojena.
Cílem tohoto snažení se zemnicí soustavou je omezit velikost energie přepětí či blesku, která se bude vyrovnávat mezi jednotlivými částmi po instalovaných vodičích, a toto vyrovnání se odehraje ve větší míře raději po zemnicí soustavě a jejích spojích.

Stožáry s kamerami

V případě umístění dohledových videokamer na dodatečně umístěné stožáry je potřeba se rozhodnout, jakým způsobem tyto kamery a jejich nosiče chránit. Nejtěžší situace by nastala, pokud by stožáry byly z nevodivého materiálu; pak by bylo jednoznačně nejlepším řešením celou jímací soustavu od stožáru a instalace kamer odizolovat tak, aby bleskový proud tekl v izolované vzdálenosti.
V případě použití kovových stožárů je situace řešitelná za pomoci svodičů bleskových proudů. Je potřeba v blízkosti kamery či čidla použít adekvátní svodič přepětí na datovou a napájecí kabeláž a hlavně zabezpečit, aby nemohlo dojít k přímému úderu blesku do kamery.

Další sada svodičů se pak umístí na patě stožáru, kde je již třeba instalovat svodiče bleskových proudů, protože pokud by stožár byl nedokonale napojen na celkovou zemnicí soustavu, hrozilo by, že se bleskový proud bude opět vyrovnávat místo po zemnicí soustavě i po napájecích a sdělovacích vodičích.
Stejná sada svodičů bleskových proudů by měla být instalována i na vstupu do technologické centrály, kde se sbíhají vedení od všech stožárů. Situaci samozřejmě lze vylepšit i tím, že na stožáry instalujeme izolovanou jímací soustavu. Soustava může být stejně jednoduchá jako v případě fotovoltaických panelů, ale nesmí se zapomínat na působení větru a možné námrazy. Celou záležitost můžeme opět zjednodušit, a to použitím vodiče s vysokonapěťovou izolací HVI/HVI light.

Pro zajištění dlouhodobé spolehlivosti fotovoltaické elektrárny je potřeba nejenom instalovat svodiče bleskových proudů a přepětí, ale instalovat je pečlivě a nevynechat jediné místo, které by mohlo působit pro vyrovnání potenciálu jako bypass kolem chráněné technologie.

DEHN s.r.o.
Pod Višňovkou 1661/33, 140 00 Praha
Tel: +420 222 998 880
E-mail: Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript.
www.dehn.cz

¹⁾ ČSN EN 62305-2, ed. 2; Ochrana před bleskem – Část 2: Řízení rizika
²⁾ ČSN EN 62305-3, ed. 2; Ochrana před bleskem – Část 3: Hmotné škody na stavbách a ohrožení života