Villanyszerelők Lapja

Villámvédelem

Napelemes rendszerek villám- és túlfeszültség-védelmi kérdései

2013. október 16. | Kulcsár Lajos, villamosmérnök |  10 996 | |

A napenergia hasznosításának kétféle módja ismert: az aktív megoldás a nap energiáját alakítja át villamos- vagy hőenergiává, a passzív pedig az épület megfelelő tájolását jelenti. Az aktív hasznosítás lehet fotovoltaikus (napelem), vagy termikus (napkollektor) és a két rendszer egymást kiegészítve oldhatja meg egy létesítmény villamos- és hőenergia ellátását. A fotovoltaikus rendszereket általában az épületek tetején helyezik el, ezek fémrészei fokozottan ki vannak téve a villámcsapásnak. A villámáramok a fém csővezetékeken, elektromos vezetékeken keresztül bejuthatnak az épület belsejébe, ezáltal beláthatatlan károkat okozhatnak. Ezen rendszerek megvalósításának bekerülési költsége igen magas, a megtérülési idő jelentős, ezért is kiemelendő a maximális védelmet biztosító villám- és túlfeszültség-védelem megvalósítása.

A hazai villámvédelem jogi szabályozásában mérföldkőnek számított a 2011. október 6-án hatályba lépett 28/2011 (IX. 6.) BM sz. rendelet (Országos Tűzvédelmi Szabályzat), amely előírta az MSZ EN 62305 számú szabványnak („új norma”) megfelelő villámvédelem létesítését. A rendelet a szabványt felülírva meghatároz különböző építményekre védelmi szinteket (LPS és LPMS - 1. táblázat), ugyanakkor pl. nem teszi kötelezővé villámvédelmi berendezés létesítését:

  • a.) egy lakóegységet, vagy csak egymás mellett elhelyezett lakóegységeket tartalmazó lakó épületben.
  • b.) A legfeljebb 400 m2 alapterületű, egymás mellett elhelyezett lakóegységeket tartalmazó lakóépületben-városi, elővárosi környezetben, ha a tető anyaga A1-A2 tűzvédelmi osztályba tartozik.
  • c.) a legfeljebb 200 m2 alapterületű - a 11. melléklet 1. táblázatában nem szereplő - közösségi épületben.

Németországban 2009 októberében kiadásra került a DIN EN 62305-3 Beiblatt 5. szabvány, amely kifejezetten a napelemes rendszerek villám- és túlfeszültség-védelmi előírásokat tartalmazza. Természetesen Magyarországon ez nem érvényes, ugyanakkor a tervező, kivitelező szakemberek számára nagyon fontos, hasznos és megfontolandó előírásokat tartalmaz.

Az említett szabvány általános elvként fogalmazza meg, hogy a napelemes rendszer villámvédelmének létesítésekor szakmailag átfogó egyeztetések szükségesek (építész, gépész, villamos) ajánlott a PV (Photovoltaik) áramellátó rendszert és a villámvédelmi rendszert a mindenkori létesítés előtt megtervezni és egymással összehangolni. Külső villámvédelem kialakítása a DIN EN 62305-3 Beiblatt 5. szerint a PV-rendszereket tetőfelépítményként lehetőség szerint önálló felfogó berendezéssel kell védeni a közvetlen villámcsapás ellen.

A másodlagos kisülések elkerülése érdekében nagyon fontos az „s”- biztonsági távolság betartása. A felfogó, vagy levezető villamos elszigetelése a szerkezeti fémrészektől, fémszerkezetektől akkor megfelelő, ha a részek közötti távolság az „s” biztonsági távolságnál nagyobb.

A biztonsági távolság mértezése:

ahol: ki, a választott villámvédelmi fokozattól függő tényező, kc, a levezetőkön folyó villámáramtól függő tényező, km, a villamos szigetelőanyagtól függő tényező, l, a vizsgált elválasztási távolság és a legközelebbi EPH-pont között, a felfogó vagy a levezető mentén mért hosszúság m-ben.

A szabvány szerint az LPS III. védelmi osztályra tervezett külső villámvédelem normál esetben megfelelő védelmet nyújt. Ugyanazt az előírást tartalmazza az un. „Kockázatorientált villám- és túlfeszültség-védelmi, irányelvek a kármegelőzéshez” VDS irányelv (2010), mely szerint a 10 kW-nál nagyobb teljesítményű PV berendezéssel ellátott épületnél a külső villámvédelem legkisebb követelménye LPS III védelmi osztály.

Magyarországon az MSZ EN 62305 sz. szabvány szerint az épületekre szükséges villámvédelmi osztályt kockázatelemzéssel kell megállapítani. Véleményem szerint a Németországban bevált gyakorlat (LPS III) mindenképpen követendő, illetve a kockázatelemzéssel számított LPS fokozat összevethető ezzel. Az LPS III. osztály követelményei szigorúak, az eddigi villámvédelmi tervezési gyakorlattól eltérő. Ennek a követelménynek speciális kialakításokkal, elrendezésekkel lehet megfelelni, pl. tető alsó részére is szükséges felfogó elhelyezése (1. ábra).

Lehetséges külső villámvédelmi megoldások:

Az első fotón a napkollektorok ún. szigetelt felfogórendszerrel védett térbe helyezték, a szigetelt felfogórúd-tartók és távtartók biztosítják a biztonsági távolság betartását.

A második fotón a napelemeket a biztonsági távolság betartásával telepített, szabadon álló felfogó oszlopokkal védik meg az esetleges villámcsapásoktól. A szabadon álló felfogók és tartószerkezeteik V2A minőségű rozsdamentes acélból készülnek, amely garanciát jelent a korlátlan használati időtartamra, a maximális korrózióállóságra, valamint a kimagasló mechanikai tulajdonságokra.

A harmadik fotón bemutatott épület kerülete mentén elhelyezett, nagy magasságú, blokkalapozású. önálló felfogó oszlopokkal biztosították a tetőfelületen elhelyezett napelemes rendszer védelmét.

A felfogó oszlopok kúpos kialakítású tüzihorganyzott acélból készülnek, előnyük: - több darabból állnak, az elemeket könnyen egymásra lehet illeszteni, - a csekély súly miatt alacsony szállítási és daruzási költség - hosszú élettartam.

Túlfeszültség-védelem kialakítása (LPMS): A szabvány egy kiválasztó ábrát tartalmaz, amelyből egyszerűen kiolvasható a szükséges LPS és LPMS fokozat. Fontos megjegyezni: - A túlfeszültség-védelem csak lokálisan hatásos. - A 1+2 tip. levezető alkalmazása a külső villámvédelmi rendszert nem tudja helyettesíteni. - A DC oldali levezetők méretezési feszültségét a PV-generátor maximális üresjárati feszültségéhez kell igazítani (600, 800, 1000 V). - Az inverterek gyárilag beépített AC oldali túlfeszültség-védelme nem alkalmas az AC oldali hálózat felül érkező légköri eredetű túlfeszültségek levezetésére.

Figyelmeztetés: a túlfeszültség védelmi készülékek telepítésekor fokozottan kell ügyelni a csatlakozó kapcsok meghúzási nyomatékára, mert a DC üzemmódban a villamos ív állandó, nincs nullátmenet!

Összefoglalásként kijelenthetjük, hogy a napelemes rendszerek villám- és túlfeszültség-védelmét igen nagy szakmai hozzáértéssel, megfelelő ismeretek birtokában lehet megoldani, amely vonatkozik a tervezésre és a kivitelezésre egyaránt!