belépés / regisztráció
2020. december 2. szerda
Aktuális lapszám

Napelemes rendszerrel ellátott épületek villámvédelme I.

Egy új rendszer telepítésekor, vagy legkésőbb egy villámcsapás után felvetődik a kérdés, hogy szükséges-e a napelemes rendszer védelme. Egyöntetű választ nem lehetséges erre adni, mert nagyon sok tényező befolyásolja a döntést. De a napelemes rendszerek lényegükben nem különböznek egyéb elektromos berendezésektől.

 

A cikksorozatom témája az építési és a megelőző tűzvédelem, a tűzoltóság embereinek személyi védelme és a pv-rendszerek tervezéséhez, szervizeléséhez és karbantartásához tartozó szabványok. Szakszerű tervezéssel, szereléssel és karbantartással biztonságosak a napelemes rendszerek.

Milyen kihatásai vannak egy villámcsapásnak?

A napelemes rendszereket már egy közeli villámbecsapódás is tönkre teheti. Az ekkor fellépő magas feszültség és igen magas áramerősség által elektromos és mágneses mezők, térerők keletkeznek. A veszélyeztetési nagyságot nézve megkülönböztetünk:

  • Távoli becsapásokat (> 1.000 m), ilyenkor legtöbbször csak kapacitív befolyásokkal számolhatunk, amelyek általában nem veszélyesek.
  • Közeli becsapások (< 500 m), amikor a már nagy mágneses mezők túlfeszültséget indukálnak az elektromos kötésekben, ezért károkat okozhatnak.
  • Közvetett becsapások, amikor több, nagy károkat okozó részáram is folyhat az elektromos kötéseken, illetve az ellátó hálózatokon keresztül.

Közvetlen becsapások, ilyenkor, ha nincs aktív villámvédelmi rendszer, maga a villám áram folyik az épület elektromos hálózatán keresztül. Ez tönkre teszi a belső elektromos egységeket és mechanikusan is megrongálja azokat, valamint tüzet is okozhat.

Hogyan lehet a villám ellen védekezni?

Két, egymást kiegészítő eljárással az épületet és a napelemes rendszert is lehet védeni: ez a külső és a belső villámvédelem.

  • A külső villámvédelem feladata a közvetlen villámcsapás felfogása és a villámáram levezetése levezetőkön és a földelési rendszeren keresztül a földbe.
  • A belső villámvédelemnek viszont az a feladata, hogy magában az épületben csökkentse a túlfeszültség által keletkezhető veszélyeket.

A tervezés, a telepítés és a karbantartás alapelvei

Függetlenül attól, hogy napelemes rendszerről vagy egyéb elektromos installációról van-e szó, az elektromos vezetékrendszereknél az alábbi veszélyek állnak fenn:

  • tűz keletkezése az elektromos rendszerből kifolyólag,
  • éghető vezetékek, amelyek tűz- (gyújtó) forrást jelentenek,
  • tűz továbbhordása, kiterjedése a termikus hővezetés miatt.

Az elektromos komponensek lehetséges negatív befolyása elkerülhető a szakszerű mechanikai felépítéssel, pl. azzal, hogy az alsókonstrukciót szakszerűen építjük be a villámvédelmi rendszerbe.

A napelemes rendszerek helyes működéséhez elengedhetetlen a megfelelő földelési rendszer elkészítése is. Ez a gyakorlatban azt jelenti, hogy a napelem modulok kereteit a tartó sínnel „villamosan” is össze kell kötni, majd a tartósín(eke)t megfelelő vezetékkel csatlakoztatjuk az épület érintésvédelmi rendszeréhez (PE vezetőhöz), és ha lehetőségünk van rá, akkor érdemes egy helyi földelést (legalább három méteres rúd-földelőt) is létesíteni. A napelem modulok tartószerkezethez történő villamos összekötését helyettesítheti a tartószerkezethez való rögzítés is, de itt nem szabad figyelmen kívül hagyni, hogy a napelem modulok keretei eloxált kivitelűek, ami csökkenti az átmeneti vezetőképességet.

Az alsó konstrukció felépítése és rögzítése

Az időjárás miatt keletkező terhelést le kell vezetni a szerelő rendszereken keresztül az alsó konstrukcióba. A komponensek megfelelő statikai méretezése és hosszú élettartama ezért elengedhetetlen.

Kötelezően betartandó az építésnél a fa-, vasszerkezeti és könnyűfém építési normák és szabványok, valamint a szerkezeti elemekre vonatkozó szél- és hóterhelés statikai normái. Lényeges alapja a tartórendszerre vonatkozó statikai követelmények meghatározásának a DIN 1055-5:2005-03 „Szélterhelések a tehertartó szerkezeteken”, valamint a DIN 1055-5:2005-07 „Hó- és jégterhelések a tehertartó szerkezeteken” szabvány, amelyek bekerültek az EN 1991-be, ami a terhelési számításokat egyesíti az EU-n belül. Figyelembe kell venni továbbá az ács és tetőfedő kamara által előírt szabályokat és a komponensgyártók, valamint az építőanyag gyártók előírásait is.

A napelemes modulok, a DC-vezetékek és a dugaszok hibás, vagy nem szakszerű szerelése szigetelésellenállási hibákhoz vezethet, amelyek pl. ívfény húzáskor tüzet okozhatnak. Ezért különösen fontos a modulok alsó konstrukcióin történő szakszerű kábelfektetés és –rögzítés.

A modul alsó oldala és a tetőszerkezet közötti minimális távolságnak legalább 6 cm-nek kell lennie.

Elektromos installáció

Központi fontossággal bír a fotovillamos rendszerek telepítésénél a DIN VDE 0100-712 szabvány „Kisfeszültségű rendszerek létrehozása – 7-712. rész: Üzemhelyek, helyiségek és különleges rendszerek – fotovoltaikus villamosenergia-ellátó rendszerek”. Alapvető fogalmakat határoz meg, megadja az elektromos áramütés elleni védőintézkedések főbb irányelveit (összhangban a DIN VDE 0100-410-es szabvánnyal), és rátér az elektromos installáció speciális követelményeire. A Kisfeszültségű Villamos Berendezések európai szabványsorozat témakörére vonatkozó, hatályos szabványa az MSZ HD60364-5-54:2007 szabvány, „A villamos szerkezetek kiválasztása és szerelése. Földelő berendezések, védővezetők és védő egyenpotenciálra hozó vezetők” címmel.

Mivel a napelemes moduloknál majdnem azonosak a rövidzárlati- (ISC) és az üzemi (IMPP) áramerősségek, és az áram ráadásul közvetlen függőségben van a besugárzással, egy rövidzárlat esetén nincsen lehetőség biztosítékok alkalmazására. (Ha több strangot kötünk párhuzamosan össze, szükségesek lehetnek a visszáram elleni biztosítékok.) Ebben van az épületeknél szokásos váltóáramú szerelés közötti lényeges különbség. Hogy a fotovillamos rendszereknél ennek ellenére is biztosíthassuk a személyi biztonságot, létezik a föld- és rövidzárlat biztos pv-kábelvezetésről (DC) szóló DIN VDE 0100-520. 52. fejezet. Amiben pl. a plusz és a mínusz pólusok külön kábelvezetésének (nem egy vezetékben) és a vezetékek dupla szigetelésének követelménye is megtalálható.

Továbbá nagyon fontos, hogy egyetlen kontaktus se nyíljon meg a napelemes rendszer üzemideje alatt (pl. a hibásan összepréselt dugaszoknál), mert különben fennáll az ívfényhúzás veszélye. Alkalmazzunk ezért a mindenkori kábelkeresztmetszetnek és dugasznak megfelelő Crimp-préspofabetéteket. Az ehhez kapcsolódó követelményeket a VDE 0100-712 712.522-es fejezetében („Kábel- és vezetékrendszerek”) találjuk meg. Az egyenoldalú áramkörben lévő leválasztó kapcsolókban, a kapcsolási folyamatkor keletkező ívfény elleni speciális követelmény is világossá válik a 712.512-es „Szétválasztás, kapcsolás, vezérlés” fejezetben.

Tűzesetekhez vezethetnek például: a szigetelési ellenállás veszteség a fotovillamos rendszerben, a nem megfelelő elektromos elemek alkalmazása, amelyek pl. nem a szükséges egyenáram vagy feszültségszintre lettek méretezve, vagy az üzem alatt megtört kontaktusok. Ezért tervezzünk és telepítsünk minden napelemes rendszert a fent említett szabályoknak és előírásoknak megfelelően!

A fotovillamos rendszerek DC oldalán használjunk kimondottan erre a célra gyártott ún. pv- vagy szolárvezetékeket. Ezeknek a vezetékeknek közös jellemzője a környezeti hatásokkal szembeni nagyfokú önállóság és a magas hőmérsékleti tartományban történő üzemelés. Az ilyen szolárvezetékek várható élettartama a 30 évet is meghaladhatja.

Kábelfektetési módok

Azaz a kábel- vagy vezetékrendszerek fektetési módjának meghatározása. Ennek jelentős befolyása van a vezetékezés terhelhetőségére, mivel a fektetési módtól függően a vezetékezés belsejében keletkező hő jobban, vagy rosszabbul tud eltávozni.

Az MSZ 2364-520 szabványban nyolcféle fektetési mód van az eddigi öt helyett. Ezek az ún. referencia fektetési módok, az áramterhelhetőség megállapításához.

Túláramvédelem

A túláramvédelmet az MSZ 2364-43 kötete tárgyalja. A túláram egy, az alábbiak miatt megnövekedett áram:

  • túlterhelés üzemfüggő és bizonyos körülmények között, hosszan tartó túlterhelés szigetelési hiba nélkül,
  • rövidzárlat: olyan áram, amely szigetelési hiba miatt keletkezik, feszültség alatti részek kerülnek vezetői kapcsolatba.

A túláram elleni biztos védekezéshez több tényezőt kell figyelembe venni a kábel és vezetékrendszerek kiválasztásánál, tervezésénél, létesítésénél.

Fotovillamos termékekre léteznek bizonyos terméknormák, kábelek esetében még nincsenek, de alkalmazzunk mindenesetre olyan vezetékeket, amelyek a pv-vezetékek követelményi profijának, a PV1-F felépítési típusmegjelölésnek megfelelnek.

Vissza a villámvédelemhez

Egy villámvédelmi rendszer mindig egy belső- és egy külső villámvédelemből áll.

A belső villámvédelem tartalmazza a rendszer elektromos és elektronikai elemeire kiható villámfeszültség és a villámáram által keletkezett túlfeszültség esetében szükséges intézkedéseket. A külső villámvédelem a villámfogó berendezésből, a levezetőkből, a földelési rendszerből és a szétválasztó, illetve biztonsági távolság betartásából áll. A külső villámvédelem védelmet nyújt az olyan villámbecsapódásoknál, amelyek közvetlenül a védendő rendszerbe irányulnak. A villámvédelmi rendszer az épület tűzvédelmi rendszerének egyik fontos része.

Ha az épületre telepítünk egy napelemes rendszert, nem növekszik meg feltétlenül a közvetlen villámbecsapódás lehetősége.

Amennyiben egy olyan magánépületre terveznek napelemes rendszert, amelyen még nem létezik villámvédelmi rendszer, úgy nem szükséges a villámfelfogó rendszer kiépítése. Normális esetben kiindulhatunk abból, hogy az épületet nem veszélyezteti közvetlen villámcsapás, illetve nem akarunk védelmi célt növelni.

Már a tervezés ideje alatt tisztázni kell, hogy milyen feltételeket kér a biztosító a villám- és a túlfeszültség védelem szempontjából. A DC-vezetékek legyenek induktív csatolásmentesen lefektetve. Ez az intézkedés csökkenti az indukált feszültséget. Egy leárnyékolt vezetékfektetés kizárja az indukciós feszültségek induktív visszacsatolását.

Műszaki-biztonsági ellenőrzés

A villámvédelmi szakértő előírásai kövessék a VDE 0185-305, 1-4. részekben foglaltakat. További információs segítséget nyújt a VDE 0185-305-3, 5. melléklete „Villámvédelem” – 3. rész: „Építészeti rendszerek és emberek védelme” – 5. melléklet: „PV-rendszerek villám-, és túlfeszültség védelme”.

A csatlakozó és fogyasztói vezetékek eltérő potenciálon lévő szakaszait áthidaló kötés alkalmazásával (potenciál kiegyenlítővel) egyen-potenciálra kell hozni (kivéve szigetelő közdarab).

A villamosenergia-ellátó rendszerbe épített szerelvények villamos berendezéseit, az érintésvédelmet, az elektrosztatikus feltöltődés elleni védelmet, a villámvédelmet a hatályos jogszabályok és jogszabályban hivatkozott nemzeti szabványok előírásai szerint kell létesíteni.

Kóboráram levezetésének biztosítása végett a létesítményben lévő egyéb fém anyagú vezetéket (pl. víz-, vagy fűtési vezeték) fémes összekötéssel egyenpotenciálra kell hozni. Újonnan létesített villamos vezeték érintésvédelmének megfelelőségéről a jegyzőkönyvben foglalt szerelői ellenőrzést kell lefolytatni (EPH nyilatkozat)!

A felülvizsgálatot vizsgázott érintésvédelmi felülvizsgáló szakképzettségű személy végezheti el. Alkalmatlan érintésvédelem esetén a felhasználói berendezés nem helyezhető üzembe. Az érintésvédelmi felülvizsgálat elvégeztetéséért a napelemes rendszer szerelője tartozik felelősséggel.

Fém anyagú csővezeték folytonosságának megszakításával járó munkavégzést megelőzően, elektromos vezetővel a megszakított vezetékszakaszok között potenciálkötést kell felszerelni, az áramütési balesetek elkerülése érdekében.

***

1. ábra.

Debreczeni Michael
okleveles gépészmérnök

A szerzõ egyéb cikkei:

  A modern napelemes cellák versenyképessége I.
  A napelemes modulok potenciál által indukált degradációja
  Növényházak energiaellátása – megújuló energia rásegítésével
  A globális napelemes piac előző éve és a kilátások II.
  A globális napelemes piac előző éve és a kilátások I.
  Újabb kihívások elõtt az energiafordulat

Eseménynaptár

Hirdetés
Kiadja a Média az épületgépészetért Kft.
Szerkesztőség és kiadóhivatal:
H-1112 Budapest, Oltvány u. 43. I/2.
Telefon: +36 (1) 614 5688
E-mail: kiado@magyarinstallateur.hu

 
Előfizetésben terjeszti a Magyar Posta Zrt. Hírlap Igazg.
Előfizetés és reklamáció: +36 (1) 767-8262
E-mail: hirlapelofizetes@posta.hu
 
 
elfelejtettem a jelszavam