Magazyny energii a przeciwpożarowy wyłącznik prądu

Podczas pożaru strażak 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.

REKLAMA

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>>>

Należy mieć świadomość, że automatyczny rozłącznik DC jest elementem wykonawczym infrastruktury PWP (przeciwpożarowych wyłączników prądu) 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 sprowadza 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 np. 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 10-krotnie. 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

REKLAMA

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 takie 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 byłoby 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 – np. różnego rodzaju stare szkoły czy obiekty administracji publicznej.

W obiektach tych zgodnie ze starymi standardami funkcję 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 oddziałuje 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 funkcję 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.

 Jakub Wiśniewski

O autorze:

Technolog, projektant, audytor i instalator systemów fotowoltaicznych. Autor i koordynator projektów unijnych w dziedzinie PV. Aktywność na polskim rynku fotowoltaicznym od 2008 r. Właściciel firmy Solwis.pl świadczącej usługi projektowe i uzgodnienia ppoż dla instalatorów.

© Materiał chroniony prawem autorskim. Wszelkie prawa zastrzeżone. Dalsze rozpowszechnianie artykułu tylko za zgodą wydawcy Gramwzielone.pl Sp. z o.o.