Komplexná ochrana fotovoltickej elektrárne v Štrkovci

Obec Štrkovec sa nachádza v okrese Rimavská Sobota. Časť pozemku, na ktorom sa výstavba fotovoltickej elektrárne (FVE) uskutočnila, bolo treba pred samotným začiatkom výstavby terénne upraviť. Celkový inštalovaný výkon FVE je na úrovni 997,425 kWp a celková predpokladaná ročná výroba elektrickej energie je počítaná na 1 010 000 kWh/rok. Vzhľadom na geografickú polohu, v ktorej sa FVE nachádza, je predpokladaná doba využitia maxima 1 012 hod./rok. Fotovoltické panely Pri výstavbe FVE boli použité polykryštalické kremíkové panely SUNTECH s menovitým výkonom 275 W v celkovom počte 3 627 ks (obr. 1). Fotovoltické panely sú upevnené na montovanú podpernú oceľovú konštrukciu z tenkostenných ohýbaných oceľových profilov s pozinkovaním. Sklon šikmého nosníka je navrhnutý na 34°.

Svorkovnicové skrinky MX

Svorkovnicové skrinky MX slúžia na sérioparalelné prepojenie fotovoltických panelov a vyvedenie výkonu na jeden zo vstupov striedača KACO Powador 33000xi-Park. Do série je spojených 15 ks panelov (tvoriacich jeden reťazec – „string“). V skrinke MX sú paralelne spojené tri takéto reťazce. Celkový výkon fotovoltických panelov pripojených na jednu skrinku MX je 12,375 kWp. To predstavuje výkon privedený na jeden z troch vstupov striedača. Skrinka MX obsahuje svorky na pripojenie jednotlivých reťazcov a vývodové svorky, DC vypínač a prepäťovú ochranu.

Striedače

V navrhovanej FVE je použitých 27 ks striedačov KACO Powador 33000xi-Park vo verzii M (obr. 2). Striedače zabezpečujú premenu jednosmerného napätia fotovoltických panelov na trojfázové striedavé napätie a následnú priamu dodávku elektrickej energie s prifázovaním na sieť 400 V, 50 Hz. Vybrané elektrické parametre použitých striedačov:

Rozvádzač SPD

Rozvádzače SPD slúžia na ochranu striedačov, DC a AC strany pred rušivými vplyvmi atmosférických prepätí. Rozvádzač SPD obsahuje prívodové a vývodové svorky, DC a AC prepäťové ochrany a jednopólový istič.

Rozvádzače RAC

Rozvádzače RAC slúžia na združenie výstupov zo striedačov na AC strane a následné vyvedenie výkonu do hlavného NN rozvádzača RH v trafostanici.

Hlavný NN rozvádzač RH v trafostanici

Do rozvádzača RH je zlúčený výkon celej FVE. Rozvádzač RH obsahuje prívody z rozvádzačov RAC, vývod na transformátor 22/0,4 kV, sieťovú ochranu, prepäťovú ochranu, zariadenia na komunikáciu s dispečingom SSE-D, a. s., vývody na údržbu trafostanice a vývody na vlastnú spotrebu.

Dátová časť FVE

Systém zberu dát je zrealizovaný pre každú z troch sekcií, do ktorých je FVE rozdelená. O zber dát sa v každej sekcii stará sústava prevodník – priemyselné PC, umiestnená v kioskovej trafostanici. Monitorovacie zariadenie zabezpečuje prostredníctvom pripojenia k internetu nepretržitý monitoring a zber dát, diagnostiku systému a reprezentáciu dát cez webové rozhranie.

Na monitorovanie slnečného žiarenia sú v objekte FVE použité snímače Si-12TC-T od firmy KACO. Dáta získané z týchto snímačov sa používajú na výpočet predpokladaného energetického zisku, ktorý možno porovnať so skutočnou výrobou. Takto možno odhaliť prípadné chyby v inštalácii.

Ochrana pred účinkami blesku a prepätia

Ochrana pred atmosférickým prepätím je riešená v zmysle STN EN 62305 – časť 1 až 4. Ochranný priestor bol definovaný použitím metódy valivej gule. Spracovaním analýzy rizika podľa STN EN 62305 – časť 2 bolo definované, že pre FVE treba zabezpečiť hladinu ochrany LPL III (Lighting Protection Level). Na základe toho bol na FVE vybudovaný ochranný systém LPS triedy III (Lighting Protection System). Vonkajšiu ochranu pred bleskom tvorí zachytávacia sústava, systém zvodov a uzemňovacia sústava. Celý bleskozvod je riešený ako oddialený (odizolovaný) bleskozvod.

Systém ochrany pred bleskom a prepätiami je riešený metódou odizolovania, t. j. umiestnením všetkých chránených zariadení do ochranných priestorov vonkajšej zachytávacej sústavy. Na ochranu FVE je zrealizovaný oddialený bleskozvod. Ako zachytávače a zvody sú použité samostatne stojace stožiare s betónovými pätkami od firmy Dehn + Sőhne (obr. 3). Výška stožiarov je 4,5 m. Vzdialenosť stožiarov od chráneného objektu (podperné konštrukcie s fotovoltickými panelmi) musí byť minimálne s = 0,25 m a je vypočítaná podľa metodiky a požiadaviek definovaných v norme STN EN 62305 – časť 3.

Stožiare sú pripojené k uzemneniu pomocou svoriek, ktoré musia spĺňať požiadavky STN EN 50164-1 a uzemňovacieho drôtu FeZn fí 10. Spoje v zemi sú ošetrené asfaltovým náterom proti korózii. Týmto náterom je ošetrený aj uzemňovací drôt pri prechode do zeme (30 cm pod povrchom, 30 cm nad povrchom – obr. 4). Systém uzemnenia je zrealizovaný pomocou pásika FeZn 30x4, ktorý tvorí mrežovú sústavu. Jednotlivé spoje pásika v zemi sú zhotovené zváraním. Uzemnenie je doplnené o podperné stĺpy konštrukcie, ktoré sú baranené do terénu na hĺbku minimálne 1 400 mm.

Systém uzemnenia je riešený pomocou uzemňovacieho drôtu FeZn fí 10 a svoriek schopných preniesť bleskový prúd alebo prípojníc potenciálového vyrovnania prepojený s už spomenutými podpernými stĺpmi, AC a DC prepäťovými ochranami vo svorkovnicových skrinkách MX a rozvádzačoch SPD, vodičmi PEN v striedačoch a prípojnicami PEN v rozvádzačoch RAC. Prípojnice potenciálového vyrovnania sú priamo vodivo pripevnené na pozinkovanej oceľovej podpernej konštrukcii, čím zabezpečujú uzemnenie tejto konštrukcie.

Pred uvedením do prevádzky bola uzemňovacia sústava premeraná revíznym technikom meraním a výstupným protokolom sa preukázalo, že namerané hodnoty spĺňajú požiadavky dané normou STN EN 62305-3 a vyhovuje požiadavkám, ktoré má na uzemňovaciu sústavu systém ochrany pred účinkami blesku. Maximálna hodnota uzemnenia celej sústavy musí byť menšia ako 10 W, meraná pri nízkej frekvencii.

Ochrana pred rušivými vplyvmi atmosférických prepätí

Umiestnenie zvodičov bleskového prúdu a zvodičov prepätia prísne dodržuje princípy vytvorenia zón LPZ (Lighting Protection Zone) tak, aby boli chránené všetky kľúčové elektrické zariadenia. Sú to hlavne: fotovoltické panely, meniče, monitorovacie zariadenie a transformátor. V týchto kľúčových zariadeniach sú zvodiče nainštalované na všetkých metalických vedeniach, ktoré vstupujú do zariadenia.

Jedine týmto spôsobom možno účinne chrániť pre prepätím, ktoré hlavne pri atmosférických výbojoch ohrozuje tieto kľúčové zariadenia. Zariadenia sú takto chránené pred prepätím a účinkom bleskového prúdu zo strany vedení distribučnej sústavy (AC strana), ako aj zo strany vedení fotovoltických panelov (DC strana). Na ochranu fotovoltických panelov a DC strany striedačov sú použité zvodiče prepätia DEHNguard DG M YPV SCI 1000, zvodič prepätia, typ 2. Tie sú umiestnené vo svorkovnicových skrinkách MX.

Zvodiče v rozvádzačoch SPD (obr. 6) zabezpečujú ochranu striedačov so strany vstupov DC. Ochrana AC strany striedačov je zabezpečená pomocou prístrojov DEHNventil DV M TNC 255, kombinovaný zvodič prepätia, typ 1 + 2. Aj tieto zvodiče sú umiestnené v rozvádzačoch SPD. V hlavnom NN rozvádzači RH v trafostanici je použitý tiež kombinovaný zvodič bleskového prúdu, typ 1 + 2 DEHNventil DV M TNC 255, (obr. 7) ktorý zabezpečuje ochrannú úroveň Up = maximálne 1,5 kV a je schopný zviesť bleskový prúd 25 kA na jeden pól pri vlne 10/350 ms.

Na ochranu zariadení pripojených na dátové rozvody RS-485 sú použité zvodiče prepätia určené pre informačné siete vo vyhotovení radovej svorky, ktoré sa skladajú zo základného dielu BXT Base a ochranného modulu BXT ML4 BE HF5. Sú to tiež zvodiče SPD, typ 1, ktoré zároveň zabezpečujú takú nízku hladinu ochranného napätia Up, aby sa neprekročila napäťová odolnosť chránených zariadení.

Tieto zvodiče prepätia sú umiestnené jednak v striedačoch na miestach vstupu a výstupu dátovej linky, jednak v rozvádzači RMP, ktorý je umiestnený v trafostanici pred monitorovacím zariadením (obr. 8). Z rozvádzača RMP je monitorovacie zariadenie a komunikačné prvky napojené aj na sieť NN. V rozvádzači RMP je preto umiestnená aj prepäťová ochrana DEHNrail DR 2P 255, zvodič prepätia SPD, typ 3. Tá slúži na ochranu komunikačných prvkov monitorovacieho zariadenia pred prepätím šíriacim sa po napájacom vedení.

Táto ochrana tvorí hranicu LPZ2 a LPZ3. Na ochranu dátových vstupov zo snímača slnečného žiarenia je tiež použitý zvodič prepätia určený na ochranu zariadení pred prepätím šíriacim sa po vedení s rozhraním RS-485 vo vyhotovení radovej svorky, zložený zo základného dielu BXT Base a ochranného modulu BXT ML4 BE 24.

Ochrana dodávky elektrickej energie z FVE

Ochrana dodávky elektrickej energie z FVE je zaistená univerzálnou sieťovou ochranou od firmy ABB, ktorá je inštalovaná v hlavnom NN rozvádzači RH v trafostanici. Univerzálna ochrana pôsobí pri zmenách napätia a frekvencie v energetickom systéme. Sieťová ochrana musí byť nastavená ako podpäťová, nadpäťová, podfrekvenčná a nadfrekvenčná.

Musí pôsobiť na prúdovú nesymetriu. Keďže prevádzka FVE v ostrovnom režime je neprípustná, treba zabezpečiť okamžité vypnutie výrobne pri strate napätia zo siete (aj v prípade OZ) a blokovať zapnutie až do obnovenia napätia v sieti. Riadiaci systém striedačov FVE neumožňuje prevádzku v motorickom režime, a preto nie je potrebná inštalácia spätnej wattovej ochrany.

Vzhľadom na to, že striedač reaguje na okamžitú hodnotu napätia v sieti rádovo v desiatkach mikrosekúnd a výkon je pripájaný postupne, nie je potrebné synchronizačné zariadenie. Ochrana je navrhnutá podľa požiadavky smernice číslo 17/97, SSE, a. s.

Komunikácia s dispečingom SSE-D, a. s.

Komunikácia s dispečingom SSE-D, a. s., je zabezpečená pomocou týchto prístrojov (obr. 9):

• univerzálna sieťová ochrana,
• prevodník protokolov,
• komunikačná jednotka RTM-GSM s anténou.

Všetky uvedené komponenty dodala spoločnosti ABB. Komunikácia pomocou jednotky RTM-GSM prebieha s využitím protokolu IEC 60870-5-104/SSE tak, aby vyhovovala internému predpisu SSE, a. s. Vďaka uvedeným zariadeniam možno nastaviť zber údajov o výrobe (P, Q, U, I) buď s 30-minútovou frekvenciou zberu údajov, alebo na vyžiadanie dispečera z dispečingu SSE-D, a. s.

Kamerový systém

Zariadenie sprostredkúva vizuálne informácie z dôležitých miest v reálnom čase. Súčasne sa vykonáva záznam, ktorý poskytuje v prípade potreby spätne informácie o činnosti a pohybe osôb pred kamerou. Záznamové zariadenie DVR je pripojené do siete LAN, pomocou čoho možno sledovať obraz kamier aj na vzdialenom pracovisku.

Kamerový systém je riešený 16 kamerami Vision AD-94C2, 560TV, 0,0002 Lux s nastaviteľným objektívom, rozmiestnenými po obvode pozemku, na ktorom sa nachádza FVE (obr. 10). Kamery sú od seba vzdialené maximálne 60 metrov. Snímací priestor kamier je navrhnutý takým spôsobom, že kamery sú nastavené pozdĺž plota tak, aby sledovali priestor okolo plota postupne a aby jedna kamera snímala nasledujúcu kameru. Týmto spôsobom vznikne jeden ucelený sledovaný obraz celého oplotenia.

Ďakujeme projekčnému tímu spoločnosti BBF elektro, s. r. o., za ochotu a poskytnutie podrobných informácií týkajúcich sa technickej časti realizácie FVE a Jiřímu Kroupovi, zástupcovi spoločnosti Dehn + Sőhne pre SR, za odborný výklad týkajúci sa problematiky ochrany FVE pred bleskom a prepätím.