Specifika monitoringu izolačního stavu ve velkých fotovoltaických elektrárnách

 Rozsah instalace přímo implikuje vysokou hodnotu svodové kapacity Ce, která může dosáhnout i tisíců mF. Zde je důležité poznamenat, že hodnota svodové kapacity mezi aktivními vodiči a zemí (PE) významně ovlivňuje měření izolačního odporu, neboť všechny moderní hlídače izolačního stavu využívají pro měření aktivní měřicí metodu s napěťovými pulzy. Zároveň se hodnota rozptylové kapacity během dne mění, zejména v souvislosti s vlhkostí fotovoltaických panelů, která bývá typicky největší v ranního hodinách, případně za deště. V nepřímé úměře k hodnotám rozptylové kapacity se mění hodnota izolačního odporu Rf, která dosahuje typicky stovek kΩ a běžně se během dne mění o desítky procent. Výše uvedené dokumentuje následující graf:

Dalším parametrem, který se mění v závislosti na intenzitě slunečního svitu, je stejnosměrné napětí. Přístroje pro monitoring izolačního stavu velkých fotovoltaických instalací se tedy musí vypořádat hned s několika nepříznivými faktory:

• proměnná hodnota DC napětí,
• měření hodnoty izolačního odporu ve velkém rozsahu již od řádu stovek Ω,
• vysoká hodnota rozptylové kapacity sítě Ce, navíc proměnlivá,
• kombinace AC i DC složky.

Požadavky norem

Z výše uvedeného je zřejmé, že pro monitoring izolačního stavu v IT sítích fotovoltaických elektráren musí být používány výhradně specializované přístroje vyvinuté k tomuto účelu. Norma ČSN EN 61557-8, ed. 3 na to pamatuje a pro FVE aplikace lze používat výhradně přístroje označené piktogramem „PV“.

Rovněž norma IEC 60364-7-712, která definuje požadavky na elektrickou instalaci fotovoltaických napájecích systémů, se zabývá elektrickou bezpečností:

• stanovuje povinnost monitorovat hodnotu izolačního odporu v případě IT soustav,
• stanovuje hodnoty reakce pro alarm v případě poruchy izolace,
• definuje požadavky na signalizaci poruchy izolace.

Řešení od společnosti Bender

Společnost Bender, přední světový výrobce přístrojů pro kontrolu elektrické bezpečnosti v izolovaných soustavách, vyvinul pro potřeby monitoringu izolačního odporu v rozsáhlých fotovoltaických instalacích hlídače izolačního stavu řady isoPV1685. V nabídce jsou dva modely, isoPV1685RTU a isoPV1685DP.  

Společnými vlastnostmi obou přístrojů jsou:

• jmenovité napětí monitorované sítě do 1.000 V AC a 1.500 V DC,
• dvě samostatně nastavitelné hodnoty reakce v rozsahu 200 Ω…1 MΩ,
• automatické přizpůsobení rozptylové kapacitě sítě do 2000 μF (isoPV1685RTU), resp. do 4000 μF (isoPV1685DP),
• tři výstupní relé – pro výstrahu, hlavní alarm a poruchu přístroje,
• slot pro paměťovou kartu mikroSD,
• rozhraní RS-485/Modbus RTU.

Hlídače izolačního stavu řady isoPV1685 trvale monitorují hodnotu izolačního odporu připojené izolované soustavy. V případě jeho poklesu pod hodnotu reakce pro výstrahu a/nebo hlavní alarm signalizují tento stav pomocí výstupních relé a LED diod. Hodnoty izolačního odporu lze dále kontinuálně vyčítat po sériovém rozhraní protokolem Modbus RTU. Na tomto rozhraní jsou dále dostupné následující informace:

• hodnota rozptylové kapacity monitorované sítě,
• napětí aktivních vodičů vůči zemi (buď DC nebo AC, dle způsobu instalace),
• stav alarmu nebo výstrahy,
• stav poruchy přístroje, případně chyby připojení k monitorované síti nebo k PE vodiči.

Pokud by dohledový systém dané fotovoltaické elektrárny neumožňoval komunikaci po rozhraní RS-485/Modbus RTU, je možné přístroje řady isoPV1685 doplnit o převodník rozhraní COM465IP, který zajistí převod měřených dat do ethernetu. Pro vyčítání měřených hodnot a alarmů je potom možné využít vestavěný webový server, případně protokol Modbus TCP.

Pro případnou diagnostiku poruch izolace lze dále využít ukládání dat na kartu mikroSD. Kartu stačí zformátovat a zasunout do slotu v hlídači izolačního stavu. Následné ukládání dat už probíhá automaticky až do velikosti souboru 10 MByte. Po překročení této hodnoty se vygeneruje nový archivní soubor, přičemž počet archivních souborů je omezen pouze velikostí SD karty.

Připojení k monitorované síti

Z hlediska možností připojení k monitorované síti jsou hlídače izolačního stavu řady isoPV1685 univerzální a je možné je připojit jak na DC stranu střídače, tak i na AC stranu. Místo připojení závisí zejména na celkové konfiguraci elektrické instalace. Nicméně s ohledem na požadavek normy na instalaci hlídače izolačního stavu co nejblíže zdroji by měl být přístroj primárně instalován na DC straně střídače.
Další informace jsou dostupné na webové stránce:
https://www.ghvtrading.cz/produkty/isopv1685rtu-hlidac-izolacniho-stavu

Automatická lokalizace poruchy izolace

V rozsáhlých fotovoltaických elektrárnách může být z provozního hlediska výhodné současně s hlídačem izolačního stavu instalovat systém pro automatickou lokalizaci poruch izolace (EDS). K tomuto účelu lze použít přístroj isoPV1685DP s vestavěným generátorem lokalizačního proudu.

Systém EDS vyvinutý firmou Bender tvoří již zmíněný hlídač izolačního stavu isoPV1685DP, vyhodnocovací jednotky EDS440 a měřicí proudové transformátory. Celý systém je navržen jako stavebnice, která se přizpůsobí téměř jakékoliv aplikaci, a to jak z hlediska počtu a průřezu monitorovaných vodičů, tak z hlediska složitosti sítě.

Funkce lokalizačního systému Bender

Hlídač izolačního stavu isoPV1685DP trvale monitoruje hodnotu izolačního stavu sítě. V případě vzniku poruchy  začne hlídač automaticky generovat testovací proudové impulzy, které jsou následně detekovány měřicími proudovými transformátory a vyhodnocovány lokalizačními jednotkami EDS440. Překročí-li lokalizační proudový impulz nastavenou hodnotu odezvy ve vyhodnocovací jednotce EDS440 pro daný měřicí transformátor, systém signalizuje poruchu izolačního stavu na příslušném vývodu. Porucha může být signalizována jak přímo na vyhodnocovací jednotce (pomocí LED ve verzi přístroje „L“), tak na displeji hlídače izolačního stavu (každý měřicí kanál v systému může mít přiřazený jedinečný textový popis). Dále může být porucha předána do nadřazeného dohledového systému prostřednictvím rozhraní Modbus RTU. Celý proces lokalizace poruchy izolace je možné spustit i manuálně z menu hlídače izolačního stavu.

Na tomto místě bych rád zdůraznil, že celý systém EDS pro lokalizaci poruch izolace pracuje v instalaci pod napětím a zcela automaticky.

Přenosná vyhodnocovací jednotka EDS

Výše zmíněný systém EDS pro automatickou lokalizaci poruch izolace je dále možné doplnit o přenosnou jednotku EDS195P s vhodnými klešťovými převodníky. Tuto jednotku lze v případě poruchy izolace použít k dohledání místa poruchy izolace až na úrovni jednotlivých solárních panelů (v závislosti na přístupnosti propojovacích kabelů).