Podczas pożaru strażak przed wejściem na obiekt wyłącza prąd na złączu kablowym aby bezpiecznie wejść z wodą do płonącego obiektu. Tymczasem falownik hybrydowy wykrywa awarię sieci i przełącza się w tryb zasilania rezerwowego.Strażak myśli, że w środku nie ma już napięcia, tymczasem wszystko pozostaje bez zmian ! To jest tylko jeden z przypadków (skrajny), z którym będziemy mieć do czynienia w instalacjach z magazynami energii.
Czy taki montaż był legalny ? Czasami tak (choć niezgodny z dobrą praktyką) a czasami nie. W tym artykule przejdziemy przez wszystkie warianty wraz z omówieniem prawidłowego postępowania.
Spis treści
1. Wstęp
Aby zrozumieć problem opisywany w artykule trzeba wpierw rozumieć istotę stosowania automatycznych rozłączników DC (Sbox, Projoy itp.) montowanych na zewnątrz obiektu pomiędzy modułami a falownikiem.
Czy wiemy dokładnie kiedy musimy je stosować a kiedy nie i dlaczego ? O tym szerzej tutaj : link.
Należy mieć świadomość, że automatyczny rozłącznik DC jest elementem wykonawczym infrastruktury PWP i to w kontekście przepisów PWP należy prowadzić dalsze rozważania.
Z punktu widzenia przepisów polskiego prawa problem dotyczy wyłącznie obiektów z obowiązkiem stosowania PWP (kubatura powyżej 1000 m3 lub strefy zagrożenia wybuchem) - tym samym nie dotyczy na przykład budynków mieszkalnych jednorodzinnych: link.
2. Rola PWP w kontekście PV i magazynów energii
Zgodnie z definicją ujętą w przepisach, PWP gwarantuje odcięcie przepływu prądu we wszystkich obwodach w chronionej strefie pożarowej. Dlatego właśnie przy instalacji fotowoltaicznej stosujemy automatyczne rozłączniki DC na zewnątrz budynku (a nie w środku!) tak aby napięcie solarne po wyzwoleniu PWP nie wchodziło do środka obiektu (strefy pożarowej).
Problem z magazynem energii (montowanym w środku obiektu) jest taki, że od razu jesteśmy wewnątrz chronionej strefy pożarowej i w przeciwieństwie do modułów PV nie jesteśmy w stanie zastosować żadnego rozłącznika odcinającego prąd (który znajdowałby się na zewnątrz chronionej strefy pożarowej) pomiędzy źródłem a tą strefą.
Tym samym musimy mieć możliwość podania sygnału EPO (emergency power off) optymalnie bezpośrednio do BMS'a naszego magazynu energii. Wtedy sam magazyn w obudowie metalowej będzie w środku posiadał pewne napięcie i zmagazynowany ładunek ale nie będzie napięcia na okablowaniu pomiędzy magazynem a falownikiem.
Najważniejszy problem skupia się właśnie do tego krótkiego odcinka okablowania.
3. Scenariusze ryzyka
Musimy rozpatrywać kontekst sytuacji gaśniczej, w której :
- do pomieszczenia z magazynem energii w pełnym zadymieniu wchodzi strażak i zaczyna lać wodą
- strażak wyzwolił wcześniej PWP i zgodnie z prawem "ma gwarancję", że w środku nie ma niebezpiecznych dla niego źródeł napięcia
- źródłem pożaru nie jest magazyn energii a na przykład rozdzielnica DC (z naszego doświadczenia notabene główne źródło incydentów pożarowych w instalacjach fotowoltaicznych) lub dowolne inne urządzenie
- magazyn jest naładowany i cały czas podaje napięcie na falownik
- temperatura i np. skapujący palący się plastik spowodowały częściowe stopienie / spalenie się izolacji na przewodach DC pomiędzy magazynem a falownikiem
- poziom napięcia bezpiecznego dla prądu stałego to 30 V zaś magazyn jest w konfiguracji napięcia nominalnego np. 400 V (10 kWh)
W rozpatrywanej sytuacji poziom napięcia bezpiecznego jest przekroczony ponad DZIESIĘCIOKROTNIE ! Jednocześnie nawet w wariancie niskonapięciowym (48 V) napięcie jest daleko poza zakresem bezpiecznym.
Przypadkowe lub celowe polanie wodą gaśniczą spowoduje porażenie prądem.
Jednocześnie stanie się to w sytuacji, gdy strażak miał pewność, że w obiekcie nie ma żadnych napięć - bo przecież wyzwolił wcześniej PWP.
Kto poniesie odpowiedzialność za obrażenia (potencjalnie śmiertelne) strażaka ?
4. Potencjalne rozwiązania
a) dodatkowy automatyczny rozłącznik DC
Czy zastosowanie automatycznego rozłącznika DC analogicznie jak na odcinku pomiędzy modułami a falownikiem ma sens ?
W najprostszej postaci - NIE, ponieważ jedyne co uzyskamy to ewentualne skrócenie i tak krótkiego odcinka okablowania, które po stopieniu się izolacji tak samo będzie stanowiło ryzyko dla strażaka jak w wariancie bez niego.
Rozłącznik musiałby być wbudowany w magazyn i zamknięty we wspólnej metalowej i uziemionej obudowie. Problem w tym, że ingerencja w obudowę magazynu to zazwyczaj utrata gwarancji.
Tym samym magazyn energii musi posiadać wbudowane wejście sygnałowe i zazwyczaj nie możemy polegać na montażu własnego sterowanego rozłącznika.
Wyjątek mogą stanowić różnego rodzaju szafy metalowe gdzie magazyn jest składany na miejscu gdzie rzeczywiście w zamkniętej obudowie może być dodatkowe miejsce na automatyczny rozłącznik DC.
Rozłącznik taki łączymy przewodem przeciwpożarowym HDGS z przyciskiem PWP tego obiektu i element wykonawczy zasilamy z niezależnego źródła zasilania od zasilania sieciowego tak aby całość działała nawet po odłączeniu napięcia na obiekcie.
Istotne jest aby przedmiotowy rozłącznik był dobrany elektrycznie to znaczy prądowo i napięciowo do rozłączanego obwodu i pracę swą wykonywał automatycznie – to nie może być rozłącznik ręczny.
b) wymiana okablowania pomiędzy magazynem a falownikiem na kable "ppoż" HDGS
To jest możliwe pod warunkiem uważnego doboru sumarycznego przekroju żył roboczych do prądu roboczego magazynu energii oraz pokonania trudności technicznych takich jak zastosowanie drutu a nie linki i prawidłowego zaciśnięcia konektorów.
c) magazyn energii z wejściem PWP ("EPO" - Emergency Power Off)
Zdecydowanie najlepsze rozwiązanie bez stosowania półśrodków. problem w tym, że na dzień pisania artykułu większość magazynów energii oferowanych na polskim rynku takiego wejścia sygnałowego nie ma.
Należy przeanalizować instrukcję montażu magazynu (nie falownika) i szukać dedykowanych styków typu przekaźnikowego "dry contact" / EPO (Emergency Power Off) / RSD (Rapid Shut Down).
d) magazyn energii poza strefa pożarową
Na rynku mamy coraz więcej magazynów przystosowanych do montażu na zewnątrz w obudowach IP65 oraz z wszelkiego rodzaju grzałkami. Spotykamy się również z realizacjami na zasadzie wybudowania ocieplonej budy ze zdejmowanymi drzwiami na sezon letni. W przypadku zapewnienia odpowiednich warunków eksploatacji takie rozwiązanie jest również dobre z punktu widzenia przepisów ppoż.
5. Instalacje z funkcjonalnością UPS
Kolejny aspekt o który należy zadbać to prawidłowe zachowanie się instalacji z funkcjonalnością UPS w obiektach z obowiązkiem PWP / z infrastrukturą PWP oraz bez obowiązku PWP.
a) obiekty z nowoczesną infrastrukturą PWP (czyli z dedykowanym przyciskiem PWP)
W wariancie z funkcjonalnością UPS intencjonalne wyłączenie prądu na obiekcie z poziomu przycisku PWP będzie dla falownika tożsame ze zwykłym zanikiem zasilania spowodowanym awarią sieci.
W przypadku zwykłego zaniku zasilania nie chcemy odcinać modułów pv od falownika i chcemy aby falownik cały czas był zasilany – oznacza to, że zasilanie projoya czy s-boxa robilibyśmy z obwodów gwarantowanych.
Z drugiej jednak strony przy wyzwoleniu PWP musimy zagwarantować, że automatyczny rozłącznik DC zostanie rozłączony mimo, że falownik chciałby się przełączyć w tryb UPS.
Rozwiązania na to są następujące:
- doprowadzenie przewodu sygnałowego hdgs z przycisku PWP do automatycznych rozłączników DC na dachu.
W ten sposób rozłączniki te mimo ciągłego zasilania rozłączą się ponieważ otrzymają stosowny sygnał z przycisku PWP. Uwaga: należy wpierw upewnić się, że stosowany przez nas rozłącznik posiada takiego dodatkowe wejście sygnałowe.
- doprowadzenie sygnału z PWP do falownika na port "Rapid shutdown"– tego typu port jest w większości falowników hybrydowych ale należy to zawsze zweryfikować na obiekcie czy zadziała zgodnie z naszą intencją.
Otrzymanie sygnału na porcie Rapid shutdown powoduje wyłączenie się falownika a tym samym odcięcie zasilania dla wszystkich obwodów wyjściowych w tym obwodów UPS.
Tym samym w tym wariancie nie musielibyśmy nawet doprowadzać przewodu sygnałowego do automatycznych rozłączników DC na dachu ponieważ po przejściu falownika w tryb Rapid shutdown odcinamy im zasilanie i one same przechodzą w stan rozłączenia.
Doprowadzenie sygnału do rozłączników na dachu jest pewną duplikacją zabezpieczeń i jest ogólnie rzecz biorąc dobrą praktyką ale w tym przypadku nie było by warunkiem prawidłowego działania systemu zabezpieczeń.
b) obiekty z obowiązkiem stosowania PWP ale bez dedykowanego przycisku
Tutaj mówimy o grupie obiektów starych, w których nie zmodernizowano instalacji elektrycznej do obowiązujących obecnie przepisów w zakresie PWP czyli obiektach o kubaturze powyżej 1000 M3 na przykład różnego rodzaju stare szkoły czy obiekty administracji publicznej.
W obiektach tych zgodnie ze starymi standardami rolę PWP pełnił główny wyłącznik prądu GWP znajdujący się zazwyczaj w złączu kablowym na zewnątrz obiektu - taki obiekt może funkcjonować legalnie nawet dzisiaj bo przepisy dopuszczają aby rozłączenie PWP było realizowane w ten sposób – kluczowe jest aby rozłączenie to było na zewnątrz obiektu (albo przy wejściu do obiektu ale już nie gdzieś głęboko w środku).
Niestety z naszego punktu widzenia czyli instalacji z magazynem energii z funkcjonalnością UPS taka sytuacja jest już niedopuszczalna, ponieważ przepisy PWP definiują, że może być tylko jedno urządzenie uruchamiające (czasami reprezentowane przez grupę przycisków połączonych równolege), które oddziaływuje na wszystkie obwody: to znaczy, że bez przycisku, z którego wyzwolimy wyłączenie zarówno obwodów podstawowych AC obiektu jak i obwodów AC UPS oraz obwodów DC się nie obędzie.
W przypadku obiektu gdzie rolę PWP pełni jakieś ręczne zabezpieczenie GWP musimy wykonać modernizację obejmującą montaż przycisku PWP oraz wymianę ręcznego zabezpieczenia GWP lub dołożenie rozłącznika silnikowego sterowanego z tegoż przycisku.
W ten sam sposób trzeba będzie zrobić modernizację w przypadku obiektów z tej grupy, w których rozłączenia nie ma na zewnątrz a dopiero wewnątrz obiektu – trzeba będzie dołożyć przycisk na zewnątrz co najmniej przy wejściu głównym do obiektu oraz rozłącznik mechaniczny (z własnym gwarantowanym zasilaniem niezależnym od sieci AC operatora OSD) w głównej rozdzielnicy.
Kolejną komplikacją, z którą się wtedy spotkamy jest to, że aktualnie urządzenia infrastruktury PWP w Polsce powinny mieć polską certyfikację ppoż lub wprowadzenie do użytkowania w procedurze dopuszczenia jednostkowego. Szczegóły te rozwiązujemy indywidualnie w ramach poszczególnych instalacji.
Podsumowując: w tym wariancie instalacji koniecznie musimy uwzględnić w wycenie modernizację infrastruktury PWP obiektu obejmującą przycisk oraz rozłączniki mechaniczne i ich certyfikację/ dopuszczenie.
c) obiekty bez obowiązku stosowania PWP – np. domki
W obiektach tej grupy teoretycznie mogą pozostawać obwody pod napięciem w trakcie akcji gaśniczej.
Jednocześnie przepisy PWP były projektowane za czasów gdzie jeszcze nie instalowało się magazynów energii z funkcjonalnością UPS w budynkach mieszkalnych jednorodzinnych i praktyka strażacka zakładała, że wystarczy wyłączyć napięcie w skrzynce licznikowej.
Dzisiaj się to zmieniło i liczba magazynów energii w budynkach mieszkalnych jednorodzinnych będzie stale rosła.
Idealnie by było aby obiekty tego typu ale z magazynami z funkcjonalnością UPS również były wyposażone w centralny przycisk PWP umieszczony na zewnątrz pozwalający na wyłączenie prądu na czas akcji gaśniczej.
Z punktu widzenia montażu instalacji z falownikiem hybrydowym z funkcją zasilania gwarantowanego to nie jest już wielka filozofia bo dojdzie nam raptem kilka~kilkanaście metrów kabla HDGS oraz przycisk ppoż najlepiej na zewnątrz obiektu (albo np. przy drzwiach garażowych w środku) - tylko koniecznie zaznaczony na planie ppoż instalacji.
Bez tego w przypadku odcięcia prądu przez strażaka w skrzynce licznikowej falownik przełącza się w tryb off grid i okazuje się że podczas gdy na obiekcie nie powinno być już żadnego napięcia wszystko jest pod prądem !
W takich realizacjach szczególnie istotny będzie plan ppoż instalacji, który nie jest już żadną opcją ale obligiem.
