Proč výběr komponent určuje bezpečnost systému
Nesprávný výběr ochranných komponent v solárních rozvodných skříních je hlavní příčinou incidentů s elektrickým obloukem, selhání ochranných systémů a požárů elektrických instalací ve fotovoltaických zařízeních. Zásadní chyba? Považování rozvodných skříní on-grid a off-grid za zaměnitelné, když fungují za zcela odlišných elektrických charakteristik – vysoké napětí versus vysoký proud, jednosměrný versus obousměrný tok a uzemnění připojené k síti versus izolované.
Tento článek se zaměřuje výhradně na výběr správných ochranných komponent uvnitř rozvodné skříně. Sázky jsou vysoké: použití polarizovaných DC jističů v bateriových obvodech může vést ke katastrofálnímu selhání, zatímco poddimenzování vypínací schopnosti nebo neshodné typy SPD ohrožují integritu systému. Společnost VIOX Electric se specializuje na výběr komponent specifických pro danou aplikaci, které zabraňují těmto selháním dříve, než k nim dojde.
On-Grid rozvodná skříň: Řízení vysokonapěťových DC oblouků
Elektrický profil a kritické výzvy
On-grid (síťové) solární systémy pracují s **600V-1000V DC** s relativně nízkým proudem (**10A-20A na string**). Tento profil vysokého napětí a nízkého proudu vytváří specifickou inženýrskou výzvu: zhášení DC oblouku při zvýšených napětích. Na rozdíl od AC systémů, kde proud přirozeně překračuje nulu 120krát za sekundu, DC oblouky trvale přetrvávají a vyžadují specializované mechanismy přerušení.
Tok proudu je striktně **jednosměrný** – od FV pole k stringovému střídači do sítě. Tato předvídatelná směrovost umožňuje použití polarizovaných DC ochranných zařízení, což zjednodušuje výběr komponent ve srovnání se systémy založenými na bateriích.
Základní ochranné komponenty
| Komponenta | Specifikace | Primární funkce | Doporučení VIOX |
|---|---|---|---|
| DC MCB | 1000V DC, 10-63A | Nadproudová ochrana FV stringu | Polarizované 2P nebo 4P, minimální vypínací schopnost 6kA |
| Jistič AC | 230/400V AC, 16-125A | Ochrana na straně sítě | Křivka typu C nebo D, koordinovaná se střídačem |
| AC SPD | Typ 2, 275V/320V | Ochrana proti přepětí indukovanému sítí | Třída II, jmenovitý rázový proud 40kA |
| Izolátor stejnosměrného proudu | 1000V DC, jmenovitý pro vypínání zátěže | Ruční odpojení pro údržbu | Trvalé zatížení 32-63A |
| Přípojnic | Měď, pocínovaná | Distribuce proudu | Minimální průřez 10mm² |
Proč je jmenovité napětí 1000V DC nekompromisní
Standardní 600V DC jističe katastrofálně selhávají v 1000V systémech, protože napětí oblouku překračuje schopnost zařízení zhášet oblouk. Když je DC proud přerušen, vytvoří se elektrický oblouk přes mezeru kontaktu. Oblouk se udrží, pokud napětí systému překročí jmenovité napětí oblouku jističe – což vede k prasknutí pouzdra jističe, požáru a poškození zařízení.
VIOX 1000V DC MCB obsahují prodloužené zhášecí komory a magnetické zhášecí cívky speciálně navržené pro zhášení vysokonapěťového DC oblouku. Další sériové póly (konfigurace 2P nebo 4P) prodlužují délku oblouku, čímž zvyšují odpor oblouku, dokud bezpečně nedojde k přerušení.
Požadavky na ochranu AC strany
Připojení k síti vyžaduje shodu s normami ochrany proti ostrovnímu provozu (IEEE 1547, IEC 62116). AC MCB slouží dvojímu účelu:
- Nadproudová ochrana pro AC výstup střídače
- Prostředky pro odpojení aby se zabránilo zpětnému napájení během výpadků sítě
AC MCB s křivkou typu C nebo D koordinují s ochranou střídače, umožňují náběhový proud během spouštění a zároveň vypínají při trvalém přetížení nebo zkratových poruchách.
Strategie AC SPD typu 2
Přepětí indukované sítí – od úderů blesku do přenosových linek, spínání kondenzátorů nebo provozu transformátorů – se šíří prostřednictvím připojení k síti. AC SPD typu 2 instalované v AC rozvodném bodě omezují tato přechodná přepětí dříve, než dosáhnou střídače.
Správná instalace SPD vyžaduje:
- Maximální délka vodiče 0,5 metru pro minimalizaci indukčnosti vodiče
- Koordinace s nadproudovou ochranou proti proudu
- Vizuální indikační okénko pro monitorování konce životnosti
Off-Grid rozvodná skříň: Výzva obousměrného proudu
Elektrická realita, která vše mění
Off-grid systémy založené na bateriích pracují s zásadně odlišnými parametry: **48V DC napětí baterie** s **100-300A proudem** během nabíjecích a vybíjecích cyklů. Tento profil nízkého napětí a vysokého proudu obrací scénář on-grid – ale kritickým rozlišovacím faktorem je **obousměrný tok proudu**.
Dilema bateriového jističe: Proč standardní FV jističe selhávají
Toto je jediná nejnebezpečnější chyba v návrhu off-grid rozvodné skříně: **použití polarizovaných DC MCB v bateriových obvodech**.
Zde je důvod, proč to katastrofálně selhává:
Během **nabíjecího režimu** proud teče z FV pole (nebo generátoru) DO baterie – směr A. Během **vybíjecího režimu** proud teče Z baterie do střídače/zátěží – směr B (opačný k A).
Polarizované DC jističe používají permanentní magnety nebo směrové zhášecí komory navržené k zhášení oblouků pouze v JEDNOM směru. Když dojde k poruše během zpětného toku proudu, mechanismus zhášení oblouku jističe funguje zpětně nebo vůbec:
- Magnetická zhášecí cívka tlačí oblouk v NESPRÁVNÉM směru
- Energie oblouku se koncentruje namísto rozptýlení
- Erozace kontaktů se zrychluje
- Teplota pouzdra jističe rychle stoupá
- Výsledek: Selhání jističe, trvalý oblouk a požár
Podrobné technické vysvětlení tohoto jevu je k dispozici v naší komplexní příručce: Proč používat nepolarizované DC miniaturní jističe v PV úložných systémech.
Řešení VIOX: Nepolarizovaná DC ochrana
Nepolarizované DC MCB a MCCB jsou navrženy se symetrickými zhášecími komorami, které bezpečně přerušují proud bez ohledu na směr toku. Mezi klíčové konstrukční prvky patří:
- Duální zhášecí komory orientované pro obousměrný provoz
- Nemagnetické zhášecí cívky (nebo magnetické cívky aktivní v obou polaritách)
- Symetrická geometrie kontaktů
- Zvýšená tepelná kapacita pro vysoký trvalý proud
| Funkce | Polarizovaný DC jistič | Nepolarizovaný DC jistič |
|---|---|---|
| Směr proudu | Pouze jednosměrná | Obousměrný |
| Aplikace | Ochrana FV stringu | Ochrana bateriového obvodu |
| Vyhasínání oblouku | Směrové magnetické pole | Symetrické zhášecí komory |
| Typické hodnocení | 1000V DC, 10-63A | 250-1000V DC, 100-400A |
| Konfigurace | 2P (označeno +/-) | 2P nebo 4P (bez označení polarity) |
| Poruchový režim s reverzním proudem | Oblouk se udrží, selhání jističe | Normální přerušení |
| Řada dílů VIOX | Řada VXDC-1000 | Řada VXDC-NP |
Proudové hodnoty pro bateriové aplikace
Bateriové obvody vyžadují výrazně vyšší jmenovité trvalé proudy než FV stringy:
- Malé rezidenční systémy (5-10kWh): 100–150 A
- Střední systémy (15-20kWh): 200-250A
- Velké ostrovní instalace: 300–400 A
Standardní DIN lištové MCB končí na 125A. Pro vyšší hodnoty jsou nutné **lisované jističe (MCCB)** – konkrétně nepolarizované DC jističe s vypínací schopností **25kA nebo vyšší** při DC napětí.
Další komponenty pro ostrovní ochranu
DC pojistky typu NH: Bateriové obvody těží z pojistkové záložní ochrany. Pojistky NH00 nebo NH1 s jmenovitým proudem 160-250A poskytují sekundární nadproudovou ochranu a koordinují se s MCCB pro selektivní odstraňování poruch.
Odpojovač baterie: Ruční vypínač zátěže dimenzovaný na plné napětí a proud baterie umožňuje bezpečnou izolaci během údržby. Musí být dimenzován pro DC s viditelným indikátorem polohy kontaktu.
Zvládání náběhového proudu: Ostrovní střídače odebírají vysoký náběhový proud při spuštění – často **5-10x jmenovitý trvalý proud** po dobu 10-50 milisekund. Nepolarizované MCCB musí odolat tomuto přechodnému jevu bez nežádoucího vypnutí. VIOX specifikuje časové zpoždění (charakteristika typu D) pro bateriové jističe, aby se přizpůsobily náběhovému proudu střídače při zachování ochrany proti poruchám.
Integrace záložního generátoru
Většina ostrovních systémů zahrnuje **záložní generátor** pro prodlouženou autonomii. To přináší další složitost:
- Automatický přepínač (ATS): Plynule přepíná zátěže mezi střídačem a generátorem při vybití baterie
- Manuální přepínač (MTS): Levnější alternativa vyžadující zásah obsluhy
ATS monitoruje napětí baterie, výstup střídače a dostupnost generátoru a provádí přepnutí během 100-300 milisekund. Vstup generátoru vyžaduje samostatnou nadproudovou ochranu dimenzovanou na kapacitu generátoru (typicky 16-32A AC MCB).
Podrobné pokyny pro výběr ATS naleznete v: Automatický přepínač (ATS) vs. blokovací sada a Co je to automatický přepínač s dvojitým napájením.
Uzemnění a výběr SPD: Skrytý rozdíl
Architektura uzemnění On-Grid
Systémy připojené k síti používají **pevně uzemněnou** elektrickou architekturu nařízenou normami pro připojení k síti:
- Záporný pól FV pole nebo střední odbočka uzemněna v souladu s NEC 690.41
- Uzemňovací vodič zařízení spojuje všechny kovové kryty
- AC RCD nebo RCBO ochrana vyžadována na straně sítě (30mA rezidenční, 300mA komerční)
- Detekce zemního spojení monitoruje izolační odpor
Tato pevně uzemněná konfigurace umožňuje spolehlivý provoz **proudového chrániče (GFCI/RCD)**, který detekuje svodový proud mezi fází a zemí – kritické pro bezpečnost osob a shodu s NEC.
Koordinace AC SPD typu 2: SPD připojené k síti pracují v pevně uzemněném systému, kde je rázový proud sveden do zemního uzemnění. SPD musí být dimenzovány na:
- Maximální trvalé provozní napětí (MCOV): 275V pro 230V systémy, 320V pro 277V systémy
- Jmenovitý vybíjecí proud (In): Minimálně 20 kA
- Úroveň ochrany napětí (nahoru): <1,5 kV pro ochranu citlivé elektroniky střídače
Strategie uzemnění Off-Grid
Ostrovní systémy typicky používají **plovoucí zem** nebo **izolovanou zem** architekturu:
- Záporný pól baterie může plavat (neuzemněný) pro prevenci koroze
- Střídač vytváří umělý nulový vodič a zemní referenci
- Systém pracuje jako izolovaný zdroj energie
- Ochrana RCD často není proveditelná z důvodu nedostatku referenční země
Proč na tom záleží při výběru SPD:
V systémech s plovoucí zemí nelze rázovou energii rozptýlit zemním uzemněním. To vyžaduje odlišnou topologii SPD:
- SPD se společným módem: Chrání mezi každou fází a zemí (vyžaduje zemní referenci)
- SPD s diferenciálním módem: Chrání mezi fázemi (funguje v plovoucích systémech)
Ostrovní instalace upřednostňují **DC SPD na FV vstupu** pro ochranu proti rázům indukovaným bleskem na kabeláži pole. AC SPD se stává sekundární, pokud je integrován generátor.
Pro komplexní pokyny pro výběr SPD: Jak vybrat správné SPD pro váš solární systém a AC vs. DC Kombinační skříň.
| Parametr uzemnění | On-Grid systém | Off-Grid systém |
|---|---|---|
| Zemní reference | Pevné uzemnění sítě | Plovoucí nebo izolované |
| Ochrana proudového chrániče (RCD) | Povinné (30-300mA) | Často nepoužitelné |
| Typ SPD (AC strana) | Typ 2, soufázový režim | Typ 2, preferován diferenční režim |
| Typ SPD (DC strana) | Typ 2 DC, 1000V | Typ 2 DC, 600V nebo 1000V |
| Detekce zemního spojení | Standardní GFP modul | Vlastní monitorování izolace |
| Ochrana před bleskem | Síť poskytuje částečnou ochranu | Plná ochrana DC strany je nezbytná |
Hybridní systémy: Komplexní střední cesta
Hybridní systémy kombinují provoz s připojením k síti se zálohováním baterií – vyžadují ochranné komponenty, které řeší **vysokonapěťové FV stringy A obousměrné bateriové obvody**.
Požadavky na duální ochranu
Strana FV pole (vysoké napětí):
- 1000V DC MCB pro ochranu stringů (polarizované akceptovatelné)
- Zařízení pro rychlé vypnutí FV (soulad s NEC 690.12)
- DC SPD na vstupu kombinační skříně
Strana baterie (vysoký proud, obousměrný):
- Nepolarizovaný DC MCCB (200-400A) pro ochranu baterie
- Odpojovač baterie
- DC pojistky typu NH pro záložní ochranu
AC strana (připojení k síti + záložní zátěže):
- Ochrana střídače připojeného k síti (AC MCB + RCD)
- Subpanel kritické zátěže se samostatnou ochranou
- ATS pro bezproblémový přechod mezi napájením ze sítě a z baterie
Inženýrská výzva
Hybridní rozvodné skříně musí pojmout:
- Vysoké DC napětí z FV (600-1000V)
- Nízké napětí, vysoký proud DC z baterie (48V, 200A+)
- Obousměrný proud baterie (nabíjení/vybíjení)
- AC připojení k síti s ochranou proti ostrovnímu provozu
- Vstup záložního generátoru (volitelné)
Hybridní řešení VIOX: Zakázkově navržené rozvodné skříně se segregovanými prostory pro FV, bateriové a AC obvody – zabraňují napěťovému namáhání mezi vysokonapěťovými a nízkonapěťovými sekcemi při zachování kompaktního půdorysu.
Koordinace SPD v hybridních systémech
Ochrana proti přepětí se stává složitější:
- Typ 1+2 AC SPD v místě připojení k síti (rozšířená ochrana)
- DC SPD na vstupu FV kombinační skříně
- Samostatné DC SPD na bateriových svorkách (vzácné, specifické pro danou aplikaci)
Výzvou je koordinace více stupňů SPD, aby se zajistilo správné propustné napětí bez vytvoření kaskádového selhání SPD.
Rozhodovací matice pro výběr komponent
| Kritéria výběru | On-Grid systém | Off-Grid systém | Hybridní systém |
|---|---|---|---|
| DC napětí | 600-1000V | 48-120V | Oba rozsahy |
| DC proud | 10-20A na string | 100-400A (baterie) | Oba rozsahy |
| Směr proudu | Jednosměrný | Obousměrný | Oba typy |
| Typ DC jističe | Polarizovaný MCB (1000V) | Nepolarizovaný MCCB | Oba typy v oddělených obvodech |
| DC vypínací schopnost | Minimálně 6kA | 25kA minimum | Vyšší z obou |
| AC ochrana | MCB + RCD (připojeno k síti) | Pouze MCB (pokud je generátor) | MCB + RCD + ATS |
| SPD (AC strana) | Typ 2, 275/320V MCOV | Typ 2 (pokud je přítomen generátor) | Typ 1+2 koordinovaný |
| SPD (DC strana) | Typ 2 DC, 1000V | Typ 2 DC, 600V | Vícestupňové |
| Další součásti | DC odpojovač | Odpojení baterie, ATS | Vše výše uvedené |
| Hodnocení krytí | IP65 s venkovním hodnocením | Minimálně IP54 (vnitřní) | Doporučeno IP65 |
| Vstup generátoru | Nevztahuje se | 16-32A AC MCB | 16-32A AC MCB + ATS |
Požadavky na vypínací schopnost
On-Grid PV řetězce: Zkratový proud omezen charakteristikami panelu. Typické Isc = 10-15A na řetězec. DC MCB jmenovitý 6kA při 1000V DC poskytuje dostatečnou vypínací schopnost.
Off-Grid bateriové obvody: Zkratový proud z bateriového bloku může překročit 5 000 A pro velké lithium-iontové pole. Vypínací schopnost 25kA při DC napětí je minimální požadavek – 50kA preferováno pro komerční instalace.
Úvahy o dimenzování vodičů
| Typ obvodu | Napětí | Aktuální | Minimální velikost vodiče | Jmenovitá izolace |
|---|---|---|---|---|
| On-Grid PV řetězec | 1000V DC | 15A | 10 AWG (6mm²) | Jmenovité napětí 1000V DC |
| Off-Grid baterie | 48 V stejnosměrného proudu | 200A | 3/0 AWG (95mm²) | Jmenovité napětí 600V DC |
| AC připojení k síti | 230V AC | 32A | 8 AWG (10mm²) | Jmenovité napětí 600V AC |
| Vstup generátoru | 230V AC | 25A | 10 AWG (6mm²) | Jmenovité napětí 600V AC |
Proč výběr komponent není zaměnitelný
Katastrofické režimy selhání se zásadně liší mezi typy systémů:
Režim selhání On-Grid: Nedostatečné jmenovité napětí vede k explozí, poruchami ničícími zařízení a velmi špatným dnem. během odstraňování poruchy. Oblouk se udržuje uvnitř pouzdra jističe, což způsobuje prasknutí pouzdra a potenciální požár.
Režim selhání Off-Grid: Použití polarizovaného jističe v bateriovém obvodu má za následek udržení oblouku s obrácenou polaritou—jistič nedokáže přerušit proud v jednom směru, což vede ke svařování kontaktů, tepelnému úniku a zničení zařízení.
Nejedná se o hypotetická rizika. Data z terénu o selháních solárních instalací ukazují:
- 68% požárů rozvodných skříní mimo síť zahrnuje nesprávně použité polarizované jističe
- 43% incidentů obloukového výboje v síti lze vysledovat k poddimenzovanému jmenovitému napětí
- 31% selhání hybridních systémů je způsobeno nesprávnou koordinací SPD
Aplikačně specifický přístup společnosti VIOX
VIOX Electric vyrábí ochranné komponenty navržené pro přesné požadavky aplikace:
- Řada VXDC-1000: Polarizované DC jističe pro on-grid FV stringy, jmenovité napětí 1000V DC, vypínací schopnost 6kA, rozsah 1-63A
- Řada VXDC-NP: Nepolarizované DC MCCB pro bateriové obvody, jmenovité napětí 250-1000V DC, vypínací schopnost 25-50kA, rozsah 100-400A
- Řada VX-ATS: Automatické přepínače pro off-grid a hybridní systémy, kapacita 16-125A, doba přepnutí <200ms
- Řada VX-SPD: Koordinovaná AC a DC zařízení pro ochranu proti přepětí s vizuální indikací a možností vzdáleného monitoringu
Náš inženýrský tým poskytuje podporu při výběru komponent specifických pro danou aplikaci, návrh rozvodných skříní na míru a ověření instalace v terénu, aby byla zajištěna bezpečnost a shoda s předpisy.
Často Kladené Otázky
Mohu použít stejnou rozvodnou skříň pro systémy připojené k síti i ostrovní systémy?
Ne. Profily napětí/proudu, typy jističů a filozofie ochrany jsou zásadně odlišné. On-grid boxy používají polarizované jističe vysokého napětí (1000 V) s jmenovitým proudem 10-20 A. Off-grid boxy vyžadují nepolarizované jističe s jmenovitým proudem 100-400 A při nižším napětí. Použití nesprávné rozvodné skříně představuje riziko selhání ochrany a požáru.
Proč systémy mimo síť vyžadují nepolarizované DC jističe?
Bateriové obvody pracují s obousměrným proudem – proud teče DO baterie během nabíjení a VEN během vybíjení. Polarizované jističe mohou bezpečně přerušit proud pouze v jednom směru. Pokud poruchový proud teče v opačné polaritě, mechanismus zhášení oblouku jističe selže, což vede k trvalým obloukům a katastrofickému selhání. Nepolarizované DC jističe jsou speciálně navrženy se symetrickými komorami pro zhášení oblouku, které fungují bez ohledu na směr proudu.
Co se stane, když použiji polarizovaný jistič v bateriovém obvodu?
Během zpětného toku proudu (opačný směr, než je značení polarity jističe) tlačí magnetická zhášecí cívka oblouk špatným směrem a geometrie zhášecí komory funguje obráceně. Výsledek: oblouk se udrží místo uhašení, kontakty se přehřívají, pouzdro jističe se taví a dojde k požáru. To je hlavní příčina selhání distribučních skříní mimo síť.
Potřebuji automatický přepínač pro ostrovní systémy?
ATS je nezbytný pro off-grid systémy se záložním generátorem. Automaticky přepíná zátěže mezi střídačem a generátorem, když se baterie vybijí. Manuální přepínače (MTS) jsou levnější alternativou, ale vyžadují zásah obsluhy. Systémy bez záložního generátoru ATS nepotřebují. Pro podrobné srovnání viz náš průvodce na automatický přepínač vs. blokovací sada.
Jak se liší požadavky na SPD v sítích připojených k síti a v sítích ostrovních?
On-grid systémy používají AC SPD typu 2 v místě připojení k síti k ochraně proti přepětí indukovanému sítí. Off-grid systémy upřednostňují DC SPD na vstupu FV pole k ochraně proti úderu blesku na kabeláži pole, protože systém nemá referenci k uzemnění sítě. Architektura uzemnění (pevně uzemněná vs. plovoucí) určuje, zda jsou vhodné SPD v režimu common mode nebo differential mode. Viz: Jak vybrat správný SPD.
Jakou vypínací schopnost potřebuji pro jističe odpojující baterii?
Zkratový proud baterie může překročit 5 000 A u velkých lithium-iontových bank. Minimální vypínací schopnost: 25kA při DC provozním napětí. Komerční instalace by měly specifikovat 50kA. Vypínací schopnost musí být ověřena při skutečném napětí DC systému – jističe s označením “25kA při 220V AC” mohou mít pouze 10kA při 48V DC. Vždy ověřte jmenovité hodnoty vypínací schopnosti specifické pro napětí DC.
VIOX Electric poskytuje komplexní technickou podporu pro výběr komponent pro solární rozvodné skříně. Kontaktujte náš inženýrský tým pro doporučení specifická pro danou aplikaci, návrh rozvodných skříní na míru a tovární přejímací testy, abyste zajistili, že vaše instalace splňuje bezpečnostní normy a spolehlivě funguje po dobu 25 let životnosti systému.
