Приложение А (обязательное). Определение значения I imp или I n для УЗИП согласно упрощенному подходу для различных зданий (сооружений), защищенных СМЗ

Приложение А
(обязательное)

Определение значения I _imp или I _n для УЗИП согласно упрощенному подходу для различных зданий (сооружений), защищенных СМЗ

А.1 Общие сведения

В серии IEC 62305 используется общий подход к защите зданий от молний. Целью является защита всей установки от прямых ударов молнии (защита самого строения) и от наведенных перенапряжений (защита сетей, питающих установку). Она основана на полном анализе рисков в соответствии с IEC 62305-2. Для каждой конкретной ситуации по результатам анализа рисков анализируемой установке присваивают уровень риска в диапазоне от I до IV, так называемый уровень защиты от молний (УЗМ). При необходимости система молниезащиты (СМЗ) (которая представляет защиту самого здания) будет спроектирована и создана для защиты строения согласно потребностям УЗМ.

Для установок, оборудованных СМЗ, использование УЗИП, испытанных по классу I, требуется для защиты сетей на входе здания (ввод в установку). Фактически после прямого удара молнии значительная часть тока, пропускаемого СМЗ, попадает через общую систему заземления во внутренние цепи здания.

Упрощенный подход к защите на стороне переменного тока ФЭС приведен в IEC 61643-12.

Определение I _imp является следствием такого УЗМ.

В настоящем приложении описан упрощенный подход к определению значений I _imp для стороны постоянного тока разных ФЭС.

Для расчета ожидаемого распределения тока можно использовать числовые переходные сетевые программы.

Измерения и моделирование показали, что сокращение продолжительности 10/350-мкс волны частичного тока молнии в кабелях постоянного тока посредством УЗИП постоянного тока является характеристикой для распределения тока молнии в зданиях, на крыше которых установлены фотоэлектрические модули ФЭС. Чтобы сравнить такое содержание энергии с параметрами УЗИП, определенными в IEC 61643-31, реальные значения необходимо преобразовать в приведенный импульсный ток молнии 10/350 мкс путем расчета эквивалентной энергии импульса.

Частичный ток молнии, который протекает через УЗИП в систему постоянного тока, зависит от:

- класса СМЗ;

- удельного сопротивления земли;

- числа внешних токоотводов в законченной системе;

- расстояния (длины провода) между уровнем крыши и местоположением инвертора или шины уравнительного соединения на уровне земли;

- общего сопротивления УЗИП (в зависимости от того, относится ли устройство к ограничивающему или коммутирующему типу).

Благодаря конфигурации токоотводов и эффективному подключению УЗИП параллельно этим токоотводам ток через УЗИП изменяется по сравнению с обычной формой волны 10/350 мкс. Таким образом, УЗИП следует испытывать импульсом 8/20 мкс, равным расчетному пиковому току, а для расчетной энергии - со стандартизованным импульсом 10/350 мкс.

Результаты расчетов для разных вариантов ФЭС кратко приведены в настоящем приложении. В таблицах А.1, А.2 и А.3 дано руководство по выбору УЗИП и выбору испытательных значений для каждого вида защиты и I _Total для многополюсных УЗИП.

Кабели фотоэлектрического оборудования, через которые может протекать частичный ток молнии, прокладывают вдали от других электроустановок.

А.2 ФЭС, фотоэлектрические модули которых размещают на крыше здания (по 6.2.3 настоящего стандарта)

В настоящем разделе указано, как определить значение пикового разрядного тока на стороне постоянного тока ФЭС с внешней СМЗ, если разделительное расстояние не соблюдено и металлические части фотоэлектрических модулей соединены с токоотводами системы молниезащиты (СМЗ).

Приведенный на рисунке А.1 пример основан на измерениях и моделировании конструкции здания с двумя наружными вертикальными токоотводами и УЗИП ограничивающего типа. Для данной конфигурации получены разные значения I _imp (10/350 мкс) и I _n (8/20 мкс) в таблице А.1.

1 - монтажная рама(мы) фотоэлектрической батареи; 2 - уровень защиты от удара молнии I (УЗМ I), 100 % тока молнии; 3 - внешний токовод, смонтированный на каждой стороне здания; 4 - уровень крыши; 5 - расстояние между подвальным уровнем и уровнем крыши; 6 - подвальный уровень земли; 7 - конструкция здания; 8 - система заземления; Z _A1 ... Z _A2 - сопротивление внешних токоотводов; Z ₁ ... Z ₂ - сопротивление силового проводника постоянного тока; Z _PE - сопротивление проводника уравнивания потенциалов; РЕ/PAS - шина уравнивания потенциалов; I ₁ ... I ₂ - ток, протекающий через каждый полюс (или ответвление) УЗИП постоянного тока (1, 2); I _Total - общий ток, протекающий через УЗИП постоянного тока (3); I ₄ ... I ₇ - ток, протекающий через каждый полюс УЗИП переменного тока (4.7)

Рисунок А.1 - Пример конфигурации с двумя внешними токоотводами для определения значения разрядного тока для выбора УЗИП

Таблица А.1 - Значения I _imp (I _10/350) и I _n (I _8/20) УЗИП ограничивающего типа, устанавливаемые на стороне постоянного тока ФЭС, фотоэлектрические модули которых размещают на крыше здания, с внешней СМЗ без соблюдения разделительного расстояния

УЗМ Максимальный ток, соответствующий УЗМ (10/350), кА		Количество внешних токоотводов
		< 4		4
		Значения класса испытания I для УЗИП ограничивающего типа, основанные на выборе I 8/20 (8/20 мкс) и I 10/350 (10/350 мкс)
		I SPD1 = I SPD2 I 8/20/I 10/350	I SPD3 = I SPD1 + I SPD2 = I Total I 8/20/I 10/350	I SPD1 = I SPD2 I 8/20/I 10/350	I SPD3 = I SPD1 + I SPD2 = I Total I 8/20/I 10/350
I или неизвестно	200	17/10	34/20	10/5	20/10
II	150	12,5/7,5	25/15	7,5/3,75	15/7,5
III или IV	100	8,5/5	17/10	5/2,5	10/5

УЗИП ограничительного типа могут также представлять собой комбинацию УЗИП с компонентами, ограничивающими и коммутирующими напряжение с последовательным включением.

Для данного применения есть два варианта при использовании УЗИП ограничивающего типа:

- использование УЗИП, испытанного по классу I при I _imp = I _10/350 и по классу II при I _n = I _8/20, определенных в таблице А.1;

- использование УЗИП, испытанного только по классу I при I _imp, равном пиковому значению, требуемому для I _8/20, определенному в таблице А.1.

Пример УЗМ по классу III и IV менее чем с 4 токоотводами: можно выбирать УЗИП, испытанные:

- по классу I при I _imp минимум 5 кА для каждого вида защиты и по классу II при I _n минимум 8,5 кА для каждого вида защиты;

- или только по классу I при I _imp минимум 8,5 кА для каждого вида защиты.

В зависимости от сопротивления и других характеристик УЗИП разных типов значения распределения тока для коммутирующих напряжение УЗИП отличаются от значений для ограничивающих напряжение УЗИП. Для выбора коммутирующих напряжение УЗИП по классу испытания I значения I _imp = I _10/350 определены в таблице А.2.

Таблица А.2 - Значения I _imp (I _10/350) для УЗИП коммутационного типа, устанавливаемые на стороне постоянного тока ФЭС, фотоэлектрические модули которых размещают на крыше здания, с внешней СМЗ без соблюдения разделительного расстояния

УЗМ Максимальный ток, соответствующий УЗМ (10/350), кА		Количество внешних токоотводов
		< 4		4
		Значения класса испытания I для УЗИП ограничивающего типа
		I SPD1 = I SPD2/I 10/350	I SPD3 = I SPD1 + I SPD2 = I Total/I 10/350	I SPD1 = I SPD2/I 10/350	I SPD3 = I SPD1 + I SPD2 = I Total/I 10/350
I или неизвестно	200	25	50	12,5	25
II	150	18,5	37,5	9	18
III или IV	100	12,5	25	6,25	12,5

УЗИП коммутирующего типа могут также представлять собой комбинацию УЗИП с компонентами, ограничивающими и коммутирующими напряжение с параллельным включением.

Если разделительное расстояние (s) не соблюдено и требуется металлическое соединение между СМЗ и рамой фотоэлектрического модуля или монтажной конструкцией, рекомендуется использовать экранированный кабель для проводов постоянного тока. В этом случае экран должен быть способен пропускать частичный ток молнии, равный I _Total. Экран должен быть заземлен с обоих концов.

В случае нескольких фотоэлектрических батарей в составе одной ФЭС с несколькими УЗИП (по одному для каждой батареи) значение тока 8/20 и 10/350, определенное по таблицам А.1 и А.2, можно снизить с учетом распределения тока между разными УЗИП.

А.3 Фотоэлектрические солнечные электростанции свободной планировки, размещаемые на земле

В настоящем разделе указано, как можно определить значение пикового разрядного тока на стороне постоянного тока ФЭС с внешней СМЗ.

Далее рассмотрен упрощенный подход на примере ФЭС, размещенной на земле и занимающей большую площадь. Такие фотоэлектрические солнечные электростанции свободной планировки характеризуются заземлением в нескольких местах и заземляющим устройством в виде сетки с размером ячеек сетки 20 х 20 м. Это дает значения I _imp, приведенные в таблице А.3.

ФЭС, размещенная на земле, представляет собой изолированное строение (C _D = 1), расположенное в сельской местности (С _Е = 1).

Такие ФЭС обычно подключаются к сети посредством высоковольтной (с _Т = 0,2) трехфазной воздушной (с _I = 1) неэкранированной (С _LD = 1, P _LD = 1) линии электропередач, длину которой можно принять равной 5 км, если нет более подробной информации.

Примечание - Подробная информация относительно управления рисками дана в IEC 62305-2.

Низковольтные линии электропередач подключают к главному щиту, к которому подключен инвертор или инверторы ФЭС. РЕ проводник обычно находится в том же кабеле, что и фазные проводники.

Линия сигнализации, подключенная к оборудованию управления и наблюдения, может входить в ФЭС.

Частичный ток молнии, который протекает через УЗИП в систему постоянного тока, зависит от:

- класса СМЗ. Для фотоэлектрических солнечных электростанций, размещенных на земле, УЗМ III, как правило, достаточно;

- удельного сопротивления земли. Более высокое удельное сопротивление земли приводит к протеканию более высоких частичных токов в систему постоянного тока через УЗИП;

- размера сетки заземляющего устройства. Больший размер сетки приводит к протеканию более высоких частичных токов в систему постоянного тока через УЗИП;

- общего сопротивления УЗИП (в зависимости от того, используется устройство ограничивающего или коммутирующего типа);

- структуры инверторного оборудования (централизованная - один общий инвертор или распределенная - несколько инверторов для каждой конечной фотоэлектрической цепочки). В случае централизованной структуры инверторного оборудования частичные токи молнии протекают через кабели постоянного тока. В случае распределенной структуры инверторного оборудования частичные токи молнии протекают через кабели переменного тока.

Измерения и моделирование показали сокращение продолжительности 10/350 мкс волны частичного тока молнии, поданного на кабели постоянного тока с УЗИП постоянного тока.

Это - характеристика распределения тока молнии на фотоэлектрических солнечных электростанциях свободной планировки, расположенных на земле, характеризующихся заземлением в нескольких местах и заземляющим устройством в виде сетки. Чтобы сравнить эту энергоемкость с параметрами УЗИП, определенными в IEC 61643-31, реальные значения необходимо преобразовать в приведенный импульсный ток молнии 10/350 мкс путем расчета эквивалентной энергии импульса.

УЗИП ограничивающего типа могут также представлять собой комбинацию УЗИП с компонентами, ограничивающими и коммутирующими напряжение с последовательным включением.

УЗИП коммутирующего типа могут также представлять собой комбинацию УЗИП с компонентами, ограничивающими и коммутирующими напряжение с параллельным включением.

Для данного применения существует три варианта:

- использование УЗИП ограничивающего типа, испытанных по классу I при I _imp = I _10/350 и испытанных по классу II при I _n = I _8/20 по таблице А.3 для УЗИП ограничивающего типа;

- использование УЗИП ограничивающего типа, испытанных по классу I только при I _imp, равном пиковому значению, требуемому для I _8/20 в таблице А.3;

- использование УЗИП коммутирующего типа, испытанных по классу I при I _imp = I _10/350 по таблице А.3 для УЗИП коммутирующего типа.

Например, можно выбрать:

- УЗИП ограничивающего типа:

испытанные по классу I при I _imp минимум 5 кА для каждого вида защиты и испытанные по классу II при I _n как минимум 15 кА для каждого вида защиты

или испытанные только по классу I при I _imp минимум 15 кА для каждого вида защиты;

- или (при использовании) УЗИП коммутирующего типа:

испытанные только по классу I при I _imp минимум 10 кА для каждого вида защиты.

Рисунок А.2 - Пример структуры крупной ФЭС, размещенной на земле. Фотоэлектрическая солнечная электростанция с заземлением в нескольких местах и с заземляющим устройством в виде сетки

Таблица А.3 - Значения I _imp (I _10/350) и I _n (I _8/20) для УЗИП, устанавливаемых на стороне постоянного тока фотоэлектрических солнечных электростанций с одним общим инвертором, заземлением в нескольких местах и заземляющим устройством в виде сетки

УЗМ Максимальный ток, соответствующий УЗМ (10/350), кА		УЗИП, подключенные со стороны постоянного тока I imp в кА (10/350 мкс), I n в кА (8/20 мкс)
		УЗИП ограничивающего типа, кА				УЗИП коммутирующего типа, кА
		I 10/350		I 8/20		I 10/350
		Каждый вид защиты	I Total	Каждый вид защиты	I Total	Каждый вид защиты	I Total
III или IV	100	5	10	15	30	10	20

Примечание - Таблица А.3 может не включать прямое попадание в здание, в котором расположен инвертор (здание эксплуатации). Если такой случай следует учитывать, нужно провести соответствующие имитационные испытания.

Также рекомендовано использовать экранированный кабель для проводов постоянного тока между фотоэлектрической батареей и единственным общим инвертором станцией инвертора для снижения индукции токов молнии в системе постоянного тока. В этом случае экран должен быть способен пропускать частичный ток молнии, равный I _Total каждой коммутационной коробки. Экран должен быть заземлен с обоих концов.

На крупных солнечных электростанциях, в которых используется несколько инверторов для последовательно соединенных панелей, приведенные в таблице А.3 значения применяют к испытанным по I классу УЗИП на стороне переменного тока инверторов для батарей и низковольтной стороне центрального трансформатора. На стороне постоянного тока инвертора для батареи обычно достаточно испытанных по II классу УЗИП при условии, что один комплект УЗИП включен на стороне постоянного тока.