Wstęp
Materiał na stronie opracowano na podstawie wytycznych Stowarzyszenia Branży Fotowoltaicznej SBF Polska PV. Wytyczne są ogólnie dostępne w sieci na stronie stowarzyszenia, po zalogowaniu i podaniu swoich danych osobowych. Wytyczne zawierają rekomendacje i wskazówki dla projektantów instalacji PV jak i rzeczoznawców w zakresie bezpieczeństwa ppoż
Ocena zagrożenia pożarowego
Przy projektowaniu instalacji PV należy uwzględniać stopień zagrożenia pożarowego ze strony:
– okablowania instalacji po stronie DC i AC
– klasy reakcji na ogień projektowanych modułów
– klasy odporności ogniowej pokrycia dachowego lub przegrody (ściany zewnętrznej), na której będzie montowany moduł.
– tras przebiegu okablowania wewnątrz budynku (trasy powinny uwzględniać warunki techniczne dla budynków i normę PN-HD 60364-4-42
Wymagania dotyczące bezpieczeństwa pożarowego budynków lub ich części powinny spełniać wymagania Rozporządzenia Ministra Infrastruktury w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie – Dz.U.2019.0.1065 t. j. – “Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie”.
Generalnie zabezpieczenia instalacji PV na wypadek ryzyka wystąpienia pożaru można podzielić na rozwiązania
– pasywne
– aktywne
Rozwiązania pasywne
Rozwiązania te dotyczą materiałów użytych do budowy instalacji i odpowiednich zasad ich montażu.
Okablowanie – po stronie DC należy stosować kable w podwójnej izolacji odpornej na promieniowanie UV. Przewody powinny być wielodrutowe i spełniać wymogi normy EN 50618. Izolacja kabla powinna być
nie niższa niż VDC U0 /U:900/1500 V. Kable pod modułami musza być zamocowane do modułów lub konstrukcji wsporczej (szyn) opaskami ze stali nierdzewnej lub z tworzywa sztucznego. Kable nie powinny w żadnym miejscu dotykać pokrycia dachowego. W przypadku opasek tworzywowych muszą być one odporne na promieniowanie UV (kolor czarny). Zaleca się używać do mocowania co najmniej dwie opaski na jedno mocowanie. Kable należy zawsze mocować w miejscu wykonania złącz MC4 (opaska przed i za złączem). Kable nie mogą być naprężone, należy przewidzieć zawsze montaż z pewnym zapasem umożliwiającym skurcz termiczny. Poniżej w tabeli1 podaję maksymalne odległości między mocowaniami według normy VDE 0100-520.
Tabela 1. Maksymalne odległości mocowania kabli PV
Należy unikać gięcia przewodów pod małymi promieniami. W projekcie powinien być podany minimalny promień gięcia zgodny z wymogami producenta. Jeśli ich nie ma, można korzystać z wytycznych normy niemieckiej jw. według Tabeli 2.
Tabela 2. Minimalne promienia gięcia kabli według VDE 0100-502
Przy prowadzeniu tras kablowych na zewnątrz budynków należy uwzględnić oddziaływanie wiatru i śniegu. Na dachach skośnych należy unikać prowadzenia tras kablowych w poprzek dachu, a w przypadku konieczności wykonania takiej trasy należy wykonać ją w sposób uniemożliwiający uszkodzenie przewodów przez czynniki zewnętrzne (atmosferyczne, zwierzęta). W przypadku prowadzenia trasy kablowej między dwoma budynkami należy wykonać połączenie tak, żeby mogło przenieść obciążenie także w przypadku dodatkowego obciążenia śniegiem i wiatrem.
Jeśli budynek nie wymaga wyłącznik
a ppoż., ze względu na bezpieczeństwa strażaków w czasie prowadzenia akcji gaśniczych i ratowniczych, zaleca się prowadzić przewody podtynkowo, lub w ogniotrwałych osłonach klasy min. E30 na wysokości minimum 2,5m od podłogi. Dopuszcza się jedynie niechronioną strefę wokół falownika o szerokości do 1m, pod warunkiem oznaczenia jej w dokumentacji.
Trasy kablowe na dachach płaskich należy zabezpieczyć korytkami (fot. po lewej). Należy zabezpieczyć też wszystkie wejścia i wyjścia przewodów z koryt. Jeśli system montażowy na to pozwala, kable można umieszczać wewnątrz konstrukcji wsporczej. Przy dachach stromych dopuszcza się prowadzenie kabli w rurach osłonowych karbowanych w kolorze czarnym, pod warunkiem zamocowania ich w sposób uwzględniający obciążenie wiatrem i śniegiem. W pomieszczeniu falownika kable lub przewody należy prowadzić w kanałach elektroinstalacyjnych lub rurkach elektroinstalacyjnych z wyłączeniem obszaru bezpośrednio przy falowniku, gdzie przewody mogą być wyprowadzone bez osłon, jednak nie więcej niż 40 cm.
Po stronie AC, w zależności od sposobu i miejsca prowadzenia przewodów dopuszcza się przewody jedno-, jak i wielodrutowe. Muszą one spełniać wymogi normy PN-EN 50575:2015-03 oraz powinny zostać wykonane zgodnie z normą PN-HD 60364-5-52:2011.
Falownik
W przypadku montażu wewnątrz budynku należy zapewnić pomieszczenie, w którym temperatura nie wzrasta >35°C (chyba, że producent dopuszcza wyższą), najlepiej z dobrą wymianą powietrza. Należy przewidzieć konieczność odprowadzania ciepła od falownika, która wynosi zwykle do 5% jego mocy nominalnej. Falownik nie może być zabudowany, minimalne odległości od sufitu i ścian bocznych podaje producent. Falownik fotowoltaiczny powinien być montowany na podłożu niepalnym o klasie reakcji na ogień nie gorszej niż A2.
Moduły
Zaleca się montować je w takiej lokalizacji, aby moduły nie znajdowały się w bezpośredniej bliskości materiałów palnych. Jeśli to niemożliwe, należy zastosować dodatkowe zabezpieczenia, np. przed iskrzeniem AFCI, AFDD.
Ochrona odgromowa
W przypadku, gdy budynek posiada instalację odgromową, należy ją dostosować do projektowanej instalacji fotowoltaicznej. O ile to możliwe, przy rozplanowaniu generatora PV należy dążyć do zachowania odstępów separacyjnych wyliczonych zgodnie z normą PN-EN 62305-3:2011.
W przypadku braku odstępu separacyjnego wyliczonego zgodnie z normą PN-EN 62305-3:2011, należy wykonać połączenia wyrównawcze metalowych elementów konstrukcji wsporczej z instalacją odgromową. Połączenia wyrównawcze ochronne powinny być wykonane przewodem o przekroju poprzecznym minimum 16 mm2 Cu lub równoważnym w przypadku zastosowania innego materiału niż Cu. Połączenia wyrównawcze funkcjonalne powinny być wykonane przewodem o przekroju poprzecznym minimum 6 mm2 Cu lub równoważnym w przypadku zastosowania innego materiału niż Cu.
W przypadku wykonania połączeń wyrównawczych między elementami instalacji odgromowej a metalowymi elementami instalacji fotowoltaicznej powinna dodatkowo zostać zastosowana ochrona przepięciowa typu 1 o prądzie Iimp nie mniejszym niż 12,5 kA.
Ochrona aktywna
Aktywne zabezpieczenia instalacji fotowoltaicznych przed pożarem stanowią:
– wyłączniki różnicowoprądowe
– układ RCMU
– zabezpieczenia przed iskrzeniem AFCI, AFDD
Wyłączniki różnicowoprądowe RCD – mają za zadanie rozłączyć natychmiast obwód w którym doszło do przepływu prądów doziemnych, spowodowanych np. uszkodzeniem kabli, izolacji, itp. Wyłącznik RCD powinien być montowany w pobliżu falownika, jeśli przewody po stronie AC biegną w przegrodach palnych. Według wytycznych RCD powinien mieć wartość prądu znamionowego 100-300mA. Jeżeli producent falownika gwarantuje, że przy prądzie różnicowym DC większym niż 6 mA będzie on wyłączał się samoczynnie, wówczas dopuszcza się zastosowanie RCD typu A. Jeśli tak nie jest, RCD musi być typu B. W tym miejscu dopowiem, że według kryteriów normy DIN VDE 0100-712 przy stosowaniu falowników beztransformatorowych wymagany jest wyłącznik-różnicowo prądowy typu B.
Ten wymóg obowiązuje także wobec falowników z transformatorami wysokiej częstotliwości, gdyż w tym wypadku nie ma separacji galwanicznej pomiędzy falownikiem. a stroną stałego napięcia. Wobec falowników z transformatorem niskiej częstotliwości ten wymóg nie ma zastosowania.
Układ RCMU – to zintegrowany z falownikiem moduł monitorowania prądu różnicowego po stronie DC. Układ RCMU w sposób ciągły monitoruje stan okablowania, przy pierwszym uruchomienia w postaci testu pracy instalacji, a następnie podczas pracy. Wykrycie jakichkolwiek niezgodności z założeniami skutkuje wyłączeniem falownika.
Zabezpieczenia przed iskrzeniem AFCI, AFDD
W przypadku prowadzenia tras kablowych w bezpośrednim sąsiedztwie lub w obrębie materiałów
łatwopalnych zaleca się zastosowanie dodatkowej ochrony przewodów w postaci aktywnych zabezpieczeń
przed iskrzeniem. 
Zaleca się, aby zastosowane urządzenia AFDD spełniały wymogi IEC 62606,
Fot. Skutki iskrzenia w instalacji, po lewej) uszkodzenie cieplne izolacji, po prawej) zapłon izolacji
w obwodach wymienionych w normie 60364-4-42. W przypadku urządzeń AFCI, nieposiadających europejskiej certyfikacji, decyzję o ich stosowaniu powinien indywidualne podejmować projektant po konsultacji z rzeczoznawcą ds. zabezpieczeń pożarowych. W tym przypadku zaleca się oparcie o wyniki badań urządzenia, standardy i normy inne niż europejskie oraz zasady wiedzy technicznej.
Ponieważ jesteśmy na stronie dla uczniów, to powiem trochę więcej o iskr
zeniu. Dlaczego podczas takiej sytuacji nie zadziałają inne zabezpieczenia prądowe? Wszystko zależy od rodzaju iskrzenia. Na rys. poniżej możemy prześledzić trzy jego przypadki.
W przypadku a) iskrzenie następuje na skutek zwarcia oporowego pomiędzy przewodami fazowymi lub fazowym i neutralnym (tutaj L1- L2 lub L3 -N), w takim wypadku zadziałać powinien wyłącznik nadprądowy MCB
przypadek b) przy zwarciu miedzy przewodem fazowym a ochronnym (L-PE), może zadziałać zabezpieczenie różnicowoprądowe RCB jak i nadprądowe MCB
w przypadku c) iskrzenia szeregowego pojawia się problem, na zadziałanie różnicówki nie tutaj co liczyć, bo nie ma różnicy prądów, aby zadziałał z kolei wyłącznik MCB, musi płynąć odpowiednio duży prąd a może być w tym momencie podłączony mały odbiornik. Jeżeli konieczna jest ochrona przed skutkami iskrzenia, w szczególności iskrzenia szeregowego, to należy rozważyć zastosowanie urządzeń do detekcji zwarć łukowych AFDD
(ang. arc fault detection device). Wymagania dla tych urządzeń zależą od tego czy powstający łuk jest tzw., małoprądowy do 63A, czy wielkoprądowy >63A. Skupię się tylko na małoprądowych. Dla nich AFDD powinny zadziałać w czasie zależnym od wielkości prądu. Im większy, tym czas zadziałania powinien być krótszy. Przykładowo, dla prądu 2,5A czas ten nie powinien być dłuższy niż 1s, dla 63 A nie dłuższy niż 0,12s.
Rys. Wymagana charakterystyka działania AFDD przy występowaniu łuku małoprądowego (do 63 A); tb – największy
dopuszczalny czas działania AFDD, Iarc – prąd łuku
Urządzenia do detekcji zwarć łukowych nie powinny
reagować na łuk, który pojawia się podczas normalnej pracy urządzeń elektrycznych. Łuk ten może pojawiać się przy załączaniu urządzeń oświetleniowych, elektronicznych oraz towarzyszyć pracy silnika narzędzia ręcznego, np. wiertarki. Według obowiązującej normy PN-HD 60364-4-42:2011/A1:2015-01 Instalacje elektryczne niskiego
napięcia – Część 4-42: Ochrona dla zapewnienia bezpieczeństwa – Ochrona przed skutkami oddziaływania cieplnego, urządzenia AFDD zaleca się stosować:
– w sypialniach,
– w miejscach o zwiększonym ryzyku pożaru ze względu na rodzaj produkcji lub składowanych materiałów – do miejsc tych należą m.in. stodoły, stolarnie, magazyny materiałów łatwopalnych,
– w obiektach wykonanych z materiałów łatwopalnych (w szczególności z drewna),
– w miejscach, w których może łatwo rozprzestrzeniać się ogień (może powstać efekt kominowy), np. w budynkach wysokościowych,
– w obiektach zawierających dobra materialne o znacznej wartości.
W USA zabezpieczenia te nazywane są AFCI (ang. arc fault circuit interrupter).
Fot. Przeciwpożarowy detektor iskrzenia AFDD+ (fot. EATON)
Jak działa AFDD?
Moduł elektroniczny AFDD+ mierzy wysokie częstotliwości podczas powstawania zwarcia łukowego i jeśli ich przebieg odpowiada temu zjawisku, aparat wyzwoli. Pozwala to na odróżnienie zwarcia łukowego od szumów i normalnej pracy urządzeń np. iskrzenie styków stycznika.
Rozwiązania techniczne w celu ograniczenia rozprzestrzeniania sie pożaru i ułatwienia prowadzenia akcji gaśniczej
Skupię się tutaj na zasadach montażu samych modułów. Więcej informacji na temat innych rozwiązań w przytoczonym na początku wydaniu SBF Polska PV.
Jeśli na dachu występuje ściana oddzielenia ppoż. Pola modułów powinny znajdować się w minimalnej odległości 2,5 od ściany. Górna krawędź modułów musi być wtedy co najmniej 30cm niżej niż górna krawędź ściany (rys. ponizej)
Rys. Minimalne odległości modułów od ściany oddzielenia ppoż.(rys. SBF Polska)
Przy dużych instalacjach PV zaleca się podział całego generatora na mniejsze pola o boku nie większym niż 40m, z zachowaniem odstępów separacyjnych między polami rzędu 5m. W przypadku pożaru jednego pola, nie będzie się on przenosił na pozostałe
Rys. Zalecane odległości separacyjne pomiędzy polami modułów. (rys. SBF Polska)