Ochrona układów PV oraz ograniczników przepięć przed skutkami zwarcia

Najtańszym, ale technicznie stosunkowo słabym rozwiązaniem są 2-modułowe ograniczniki przepięć dla fotowoltaiki do zabezpieczania biegunów dodatniego i ujemnego, pokazanym poniżej na schemacie nr 1:

Schemat nr 1

Problem: Przy zwarciu 1 bieguna generatora do ziemi cały prąd popłynie przez 1 warystor.

Rozwiązanie: każdy warystor musi być przewidziany na 1000V

Wady: cena i wielkość

Podczas normalnej pracy sieci występuje napięcie 500V DC na biegunie dodatnim i 500V DC na biegunie ujemnym, a sumaryczne napięcie wyjściowe generatora wynosi 1000V. Moduły w ograniczniku przepięć są dobrane do takiego właśnie napięcia znamionowego – 500V DC. W przypadku zwarcia np. w wyniku uszkodzenia izolacji kabla, na biegunie, gdzie wystąpiło zwarcie, pojawi się napięcie 0V, a na drugim natomiast 1000V DC. Ponieważ moduł SPD był dobrany do napięcia 500V, a nie 1000V DC, nastąpi trwałe uszkodzenie tego ogranicznika. Można tego uniknąć, jeżeli zastosujemy wykonanie 3-biegunowe w układzie połączeń „Y”, gdyż trzeci dodatkowy moduł podłączony szeregowo względem uziemienia również jest na 500V DC, czyli w sumie SPD wytrzyma wzrost napięcia do 1000V DC, co zostało to pokazane na schemacie nr 2. Wadą rozwiązania 2-polowego oraz 3-polowego ze wspólnym warystorem jest występowanie prądu upływu i prądu roboczego. Jeżeli zamiast warystora we wspólnym module zastosujemy iskiernik gazowy, to wówczas nie wystąpi prąd upływu, jedynie prąd roboczy, czyli przepływ niewielkiego, a jednak szkodliwego prądu między biegunem dodatnim i ujemnym.

Optymalnym rozwiązaniem jest technologia VG przedstawiona na schemacie nr 4, gdyż iskierniki gazowe zapobiegają powstaniu zarówno prądu upływu jak i prądu roboczego.

Ochrona PV na 3 warystorach (układ Y)

Schemat nr 2

Zaleta układu Y: napięcie dzieli się 50/50, na 2 warystory połączone szeregowo, ogranicznik przepięć funkcjonuje dalej bez problemów.

Wada rozwiązania na warystorach: prąd upływu

U₁₂ = 1000V
U_1x = 500V
U_2x = 0V
U_xg = 500V

Ft – zabezpieczenie termiczne
t⁰ – termiczne urządzenie odłączające
V – warystor

Ochrona PV na 2 warystorach i 1 iskierniku gazowym (układ Y)

Schemat nr 3

Zaleta układu Y: napięcie dzieli się 50/50, na warystor i iskiernik gazowy połączone szeregowo, ogranicznik przepięć funkcjonuje dalej bez problemów.

Zaleta rozwiązania na 2 warystorach i 1 iskierniku gazowym – nie ma prądu upływu

U₁₂ = 1000V
U_1x = 500V
U_2x = 0V
U_xg = 500V

Ft – zabezpieczenie termiczne
t⁰ – termiczne urządzenie odłączające
V – warystor

Technologia VG

Schemat nr 4

Ft – zabezpieczenie termiczne
t⁰ – termiczne urządzenie odłączające
GSG – iskiernik gazowy
V – warystor