Magazyny energii a przeciwpożarowy wyłącznik prądu

 

 

 

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.

 

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. 

 

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 60 V (warunki specjalne - mokre) 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 ?

 

 

Czy zastosowanie zwykłego 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/NHXH 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.

 

Koncepcja polega na wymianie fabrycznego / standardowego kabla DC pomiędzy magazynem a falwonikiem na kabel "ppoż" np. NHXH (wyższe napięcie) lub HLGS-W lub HDGS-W (oznaczenie W-woda, L-linka, D-drut, ogólnie niższe napięcie niż NHXH).

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.

Opcjonalnie rozwiązaniem będzie też zabezpieczenie fabrycznego okablowania wężami lub rękawami ochronnymi odpornym na ogień i wysoką temperaturę (powyżej 1000 st. Celc.) typu Hiprojacket.

 

 

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).

 

Większość falowników hybrydowych posiada wejście sygnałowe, tzw. Rapid shutdown, ale zazwyczaj podanie sygnału na to wejście powoduje jedynie wyłączenie wyjść AC, natomiast nie wpływa na utrzymywanie się napięcia stałego wychodzącego z magazynu energii. Należy zweryfikować z producentem zachowanie się systemu po podaniu sygnału na Rapid Shutdown i najlepiej przetestować to na miejscu, ponieważ wciąż wiele serwisów odpowiada w sposób wprowadzający instalatora w błąd, to znaczy myląc wyłączenie AC (falownika) z wyłączeniem DC (magazynu).

 

Widzimy również pewną zmianę w oprogramowaniach będącą odpowiedzią na zgłaszany problem, polegającą na tym, że po inicjacji RSD falownik w niektórych przypadkach wysyła również sygnał na magazyn i ten potrafi przełączyć się w tryb standby i przestać podawać napięcie DC. 

 

Przerwa w komunikacji falownik - magazyn:

Czasami analogiczne zachowanie, to jest przełączenie się BMS-a w tryb standby, uzyskamy przerywając kabel komunikacyjny pomiędzy falownikiem a magazynem, ale nie zawsze i często niewystarczająco szybko. Na przykład dopiero po 15 minutach, podczas gdy reakcja powinna być do 60 sekund. 

 

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.

e) magazyn niskonapięciowy do 60 VDC

 

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. 

 

 

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.

 

 

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.

 

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.

O autorze:

Jakub Wiśniewski - inspektor ochrony przeciwpożarowej (nr upr.: SIOP/52/2025/3-25), technolog i certyfikowany instalator systemów fotowoltaicznych (OZE-E/27/000030/15).