Miért fontos a megfelelően kiépített túlfeszültség védelem?

“Hiszen az én inverteremben beépített túlfeszültség védelem van!” Ez valóban lehetséges! A papucs is védi a talpunkat, az üzemekben dolgozók azonban mégis inkább acél-betétes bakancsot húznak. Vizsgáljuk meg a kérdést közelebbről…

Miért fontos?

Otthonainkban egyre gyakrabban jelennek meg a magas bekerülési költségű elektronikus eszközök. Gondoljunk csak a napelemes rendszerekre, számítógépeinkre, TV-kre vagy akár az elektromos autókra. Ezen eszközök megfelelően tervezett és kivitelezett, koordinált túlfeszültségvédelem nélkül ki vannak téve annak a kockázatnak és veszélynek, hogy a csatlakozó vezetékeiken (pl. erősáramú kábelek, gyengeáramú vezetékek) túlfeszültséget kapnak, aminek következtében nagyon nagy eséllyel meghibásodnak. A túlfeszültség forrása általában légköri eredetű, pl. közvetlen vagy közvetett villámcsapás következtében lép fel, amit az otthonunkba érkező vezetékek „szállítanak” az eszközeinkhez. A berendezések meghibásodásán felül egy sokkal nagyobb kockázattal is számolnunk kell, ez pedig az emberi életet fenyegető veszély. Az imént említett kockázatokat nagy mértékben tudjuk csökkenteni, ha megfelelően tervezett és kiépített túlfeszültségvédelmi rendszert alkalmazunk.

Túlfeszültség védelem Villámtérkép

A pár soros bevezető után vegyük górcső alá a napelemes rendszereink túlfeszültség védelmét, hiszen ezen rendszerek bekerülési költsége több millió Ft is lehet, aminek gyümölcseit (azaz a megtermelt energiamennyiséget) hosszú ideig szeretnénk élvezni. A napelemes rendszereink kb. 25 éves időtartamig szolgálnak bennünket, ez idő alatt biztosan el fognak szenvedni túlfeszültséget. Az alábbi térképen láthatjuk, hogy évente Magyarország különböző területein hány db villámcsapás következik be várhatóan km2 -ként.

A magyarországi átlagot nézve 25 év alatt (egy napelemes rendszer életartama) 75 villámcsapás várható km2 -ként, aminek tudatában prognosztizálható, hogy nagy valószínűséggel lökőhullám fogja érni az inverterünket, ami a napelemes rendszerünk lelke és egyben legdrágább része. A jelenlegi időjárásváltozásokat figyelembe véve pedig az jósolható, hogy a zivataros napok száma csak nőni fog a jövőben, így ez a 75 db villámcsapás egy alulról becsült érték. A légköri eredetű túlfeszültségek és lökőhullámok alakja, csúcsértéke és időbeli lefolyása széles skálán mozog.

A műszaki rész konyhanyelven

Alapvetőleg megkülönböztethetünk villámáram levezetésre alkalmas védelmi eszközöket és túlfeszültség levezetőket. A szakzsargonban a villámáram levezetőket T1-el jelölik, a túlfeszültség levezetőket pedig T2-vel, valamint T3-al (ez a finomvédelem része, azaz a koordinált túlfeszültség védelem „utolsó bástyája”). Szemléltetésképpen az alábbi grafikonon látható, hogy mekkora különbség van két azonos csúcsértékű lökőhullám között, ahol az egyik görbe a villámáramot reprezentálja (kék görbe), a másik pedig azt a lökőhullámot (piros görbe), amivel még egy T2-es osztályú túlfeszültség levezető meg tud bírkózni.

Túlfeszültség ábra

A görbe alatti terület reflektál a lökőhullám energiájára. Így már világos, hogy a T1-es villámáram levezetők lényegesen nagyobb energiájú lökőhullámokkal szemben védenek, mint a T2-esek. Azonban a védendő eszközeink térbeli elhelyezkedése és műszaki paramétereinek függvényében, valamint az épületet érő villámcsapás kockázatát vizsgálva tudjuk megtervezni a megfelelően koordinált túlfeszültség védelmet, ahol a különböző eszközökre és szintekre (T1, T2, T3) jelentős feladat hárul.

Vizsgáljuk meg tehát, hogy a napelemes rendszerekhez tartozó invertereinket hogyan tudjuk megvédeni a túlfeszültségekkel szemben. Ezt a kérdéskört 2 aspektusból vizsgáljuk, amivel több tévhitet is szeretnénk eloszlatni. Az inverterbe a gyártó által beépített túlfeszültség védelem, valamint az inverter mellé kiépített túlfeszültség védelem. Lássuk tehát az első csoportot.

Inverterbe beépített védelem:

Varisztor

Több inverter műszaki adatlapját bogarászva észrevehetjük, hogy a gyártó feltünteti, hogy a T2-es túlfeszültség védelem be van építve az inverterbe. Ezt a kérdéskört egy kicsit alaposan vegyük szemügyre. (Pragmatikus úton, olyan alapossággal vizsgáltuk a kérdéskört, hogy több invertert is szétszedtünk, hogy a saját szemünkkel győződjünk meg a beépített védelem létezéséről.) Egy jóhiszemű laikus ember, aki napelemes rendszerbe szerente beruházni (vagy már beruházott), szinte meg is nyugodhat, hogy az invertere biztonságban van, hiszen a DC (egyenáramú, napelemek felőli oldal) és az AC (váltakozó áramú, közcélú hálózat felőli oldal) oldalon is be van építve a védelem, tehát baj nem lehet. Sajnos nem nyugodhat meg, mert valóban be van építve a T2-es védelem, amit jelen esetben egy kb. 5 forintos nagyságú fémoxid-varisztorok képviselnek (lásd az alábbi képet), azonban ez több problémát is felvet.

Ezek a parányi varisztorok, amik a szabványban előírt teszteken (laboratóriumi körülmények között) megfeleltek, azon célt szolgálják, hogy a kisebb, a fenti ábrán a piros görbéhez hasonló lökőhullámokat vezessék le. A kérdés az, hogy HÁNYSZOR fog megfelelően működni? Minden egyes működés után degradáció lép fel, azaz a varisztorunk „öregszik”, majd egy idő után átvált „indián-kommunikációba” (füstjeleket ereget, és halk sikollyal kileheli lelkét). A „hányszor”-t nagyon nehéz megválaszolni, mivel tudjuk, hogy a túlfeszültségek nagysága, jelalakja, darabszáma sokváltozós függvény. Annyit viszont állíthatunk a tapasztalataink alapján, hogy nagy valószínűséggel előbb fog bekövetkezni az eszköz tönkremenetele, mint várnánk. Jobb esetben az inverterünk garanciájának lejárta előtt, mint utána, mivel ezen eszköz cseréjét a helyszínen nem lehet elvégezni és így a csere is költséges, főleg akkor, ha az inverterben található többi elektronikus alkatrész is károsodott. Továbbá egy garanciális csere is bosszúságokat okozhat a tulajdonosnak, pl. a csere átfutási ideje alatt nem termel a rendszer. Az inverter garancia lejárta után bekövetkező meghibásodás pedig egy gazdasági tragédia, ezt nem is részletezném. Folytassuk azzal, hogyan tudjuk ezeket a problémákat elkerülni, azaz mi a megoldás.

Inverter mellé kiépített védelem:

Egy jól és szakszerűen megtervezett és kivitelezett rendszer tartalmaz az inverter mellé kiépített túlfeszültségvédelmi eszközöket az AC és DC oldalon egyaránt. Lásd az alábbi képet, ami egy általunk kivitelezett rendszerről készült.

Első dolog, amire felhívnám a figyelmet azok a méretek. A korábban említett aprócska varisztorokhoz képest ezek a védelmi eszközök jelentősen nagyobbak, ami ekvivalens azzal, hogy egy műszakilag „komolyabb” védelmet képviselnek. Ezt a megoldást képviselő előnyök:

  1. Szükség esetén elég csak a külső (az inverteren kívüli) túlfeszültségvédelmi eszközt cserélni. Léteznek cserélhető betétes megoldások, azaz csak a képen látható kis narancssárga betétet kell cserélni.
  2. A meghibásodás könnyebben detektálható, a betéten látható zöld színű négyzetecske jelzi, hogy az eszköz működőképes. Ha cserélendő, akkor ez átvált piros jelzésre.
  3. Az inverteren kívüli eszköz kapja a nagyobb terhelést, és a szelektivitás miatt ez lép működésbe lökőhullám esetén, azaz az inverteren belüli eszköz biztosan nagyobb és hosszabb élettartamnak fog örvendeni.
  4. Nyugodtabban alhatunk, hogy az inverterünk biztonságban van és hosszú idő alatt nagyon sok napsugarat fog „becserkészni” és hasznosítani a rendszerünk.

Konklúzió

Ha belegondolunk abba, hogy mennyi bosszúságtól és gazdasági kártól óvhatjuk meg magunkat azzal, hogy pár ezer Ft-ért beépíttetjük ezen védelmi eszközöket, akkor rögtön értelmet nyer az az állítás, hogy ezen tényleg nem szabad spórolni. (És akkor még nem beszéltünk részletesen a legfontosabb dologról, az pedig az emberi élet védelme és biztonsága.)

Mi a SOLER-nél kiemelt figyelmet fordítunk a szakszerűen megtervezett és kivitelezett túlfeszültség védelemre, ezáltal biztosítjuk ügyfeleinket, hogy gondtalan legyen a napenergia hasznosítása. Ha Önnek is fontos a biztonság és a kiszámíthatóság, keressen fel minket leendő napelemrendszerének terveivel kapcsolatban!

2021-07-14

A SOLER SZAKÉRTŐI BLOGJA

Amit a napelemekről tudni érdemes