Siton 210 a přepěťová ochrana, Potenciál DC?

[pospisjak]

Ahoj,
týká se to v podstatě všech "bojlerových" MPPT regulátorů, pro něž je typické:

• galvanicky spojený vstup (DC) a výstup (AC obdélník), výstup H můstek, čtyři FETy

• Napájení z panelů cca 6 až 8 ks v sérii, Uoc do cca 400 VDC, proudy cca 10 až 15 ADC

• napájí se jimi "vyhrazené", pevné spotřebiče, typicky na 1f/230 Vef, typicky tepelné odporové, typicky třída 1 (PE, N, L) - bojlery, žebříky v koupelně, olejové radiátory a spol.

• Cenově z nejlevnějších řešení, topologicky jednodché

Jako představitele volím známý SITON 210 u něhož je známé jak schéma, tak činnost i kód programu.
I tento jednoduchý a levný střídač si zaslouží řešit přepěťovou ochranu, jeho výstup se často tahá různě po domě. Napadají mě možnosti:
a) Neřešit nic, zcela izolovaná soustava, napětí vůči zemi nijak neřešeno (atmosférické vlivy, elektrostatika "před bouřkou", omezeno až průrazem izolace, vstupních filtračních C1 a C2, pevností spirály v bojleru, svody v panelech na rám, atd. - nebezpečné, nespolehlivé - poruchy Sitonu, Arduina, namáhání napájecího DC adaptéru pro Siton, ...
b) DC strana izolovaná, ale napětí udržováno v rozumných mezích proti PE (varistory, transily nebo jen odpory) limit +/PE a -/PE
c) Střed stringu spojit na PE, DC stranu mít souměrně proti PE do plusu i do mínusu, výstup regulátoru se bude nejvíc podobat síti (potenciálově)
d) Záporný pól stringu spojit s PE. + Asi nejmenší namáhání panelů přes PID (Potenciální indukovaná degradace). Může být výhodné pro sekundární využití stringu např s bateriovým řešením, kde by byl přizemněn (-) pól. - Už nejde o IT síť, při průrazu jiného panelu na rám teče poruchový proud. Výstup regulátoru (obdélník) lítá od 0 V do Uoc (385 V) proti zemi,

Vzhledem k popisovaným poruchám uživateli MPPT (poškozené budiče tranzistorů, tranzistory, Arduino, "rozsypaný čaj" na displeji, ...) a faktu, že často svépomocná minimalistická instalace nic takového neřeší, nehodlám jít cestou a)

Řešil někdo z Vás něco podobného u FVE? Počítám, že hlídač izolačního stavu pro tento lowcost projekt bude šíleně drahé, jakož i RCD typu B.
Přepěťovky ale chci použít tak jak tak, Buď zpojení do "U" (někdy jako "V") anebo trojúhelníku. Často nabízené Y mi bez HIS nedává smysl.

Schéma Sitonu 210 ver. 21 zde: https://tnweb.tode.cz/wp-content/upload ... rtor2I.png

[pospisjak]

Vzhledem k počtu panelů 8 S je v mraze Uoc = 384 V, tak bude rozdíl ve variantách:

Při c) uzemněný střed stringu, mi stačí přepěťovky do "U" - dvojmodulové, levnější, otvírací napětí varistorů >= 192 V proti PE.
Pokud použiji d), potřebuji přepěťovku >= 384 Vdc. V podstatě minus pól nemá cenu chránit, když je na PE...
Pokud zapojím do b) můžu si vybrat několik chování:
b1) Přepěťovka do U, moduly kolem 200 VDC - budou mi udržovat "balanc" napětí tak, že střed stringu bude napěťově blízko zemi. Budu doufat, že elektrostatické proudy jsou tak malé, že přepěťovka nezčervená. V případě průrazu panelu jiného, než prostředního na rám se vývaha zruší. Tím otevře přepěťovka opačné větve. Připojí tento konec na PE a dle přechodových odporů proraženého místa buď zareaguje i druhá přepěťovka (a shodí tak FVE do zkratu), anebo pojede FVE se sníženým napětím dál. Tady by to chtělo přepěťovku s kontaktem, aby vypl Enable v Sitonu a předešlo se požáru u proraženého panelu. (Resp. aby vyrazil DC jistič, mám Bonega s vypínací cívkou).
b2) Přepěťovka do Y, dva moduly v součtu >= 384 Vdc: Už neudržuje balanc, dovolí napěťový posun, např. 400 V proti PE u libovolného pólu, chrání pouze vstup Sitonu před přepětím > 400Vdc mezi + a - . Při průrazu libovolného místa na FVE do rámu vše jede dál.

Zatím mám ve hře HAKEL, Saltek, Weidmüller

[pospisjak]

Tak se dívám na schéma Sitonu a nejen tranzistorová část, ale i celá elektronika, Arduino, displej s tlačítky i napájecí DC konektor i vývod pro tepelné čidlo jsou spojeny na jedno minus. Společné s minusem od FVE.

Takže varianta a) nepřichází v úvahu, smrtelně nebezpečné.
Varianty b), c) už mají napětí nějak definované, ale pořád vidím situaci, kdy na odpojeném DC konektoru z napájecího adaptéru i na snímači teploty jsou vlivem elektrostatiky řádově stovky V, byť "měkkého" napětí. Taky to bude slušně namáhat sekundární izolaci síťového adaptéru a vstupní kondíky Sitonu C1 a C2 (100 nF, odrušovací, zapojeny do PE) musí být jednoznačně na napětí >= 400 V a vyšší, než U přepěťovky.
Jednoduchá úprava Sitonu moc nejde, je spojeno napěťové snímání rovnou do Arduina, proudové snímání (nadproud), i buzení tranzistorů přes IR2104. Muselo by se doplnit několik DC/DC měničů a optočlenů.

Začínám se přiklánět k variantě d) Uzemnit (-) pól FVE a nezvyšovat si tak potenciál GND v celém obvodu Sitonu, napájení, měření a komunikaci.

Zkoušel jste někdo takto přemýšlet u Vašich MPPT bojlerových regulátorů, ať už se známým schématem (Siton, BEL) nebo s továrním výrobkem, kde bohužel schéma není dostupné? Jak máte zapojeno? Případně doplňte další variantu, kromě a) až d), která mě nenapadla.

[pospisjak]

Neměřil jste někdo napěťové potenciály proti PE u neuzeměných FVE?

Podle schématu BEL, starší typ MR4316AC+ (pouze s LEDkama) má zrovna tak veškerou elektroniku připojenou na (-) FVE stringu. Navíc nemá ani vnitřní PE, tedy ani odrušovací kondíky na vstupu. Je ale napájen přímo z panelů. Jeho teplotní snímač je rovněž jedním koncem na (-) FVE. Jediná jeho vazba na PE je přes přepěťovky, které v zapojení U doporučuje Citel DS50PVS-500 . To je T2; 20/40 kA; 500 / 530 Vdc; 1200 Kč. No, že bych chtěl mít na teplotním čidle až 500 V (nebo -500 V) proti zemi, to teda ne, s tím málokterý elektrikář počítá. Citel opět nemá V-A charakteristiku přepěťové ochrany (varistoru asi) Je možné, že je málo strmá a že se tedy celý systém vybalancuje "doprostřed", takže na čidle v bojleru bude "jen" -200 Vss proti PE a výstupní obdélník bude čistě AC. Ovšem do prvního svodu panelu na PE (vlhkost, izolační stav panelu, stáří), kdy tento svod vytváří galvanickou zem.

No nic u Sitonu teplotní čidlo vytahovat nepotřebuju, to řeší termostat bojleru a Enable se dá řešit kontakty relé... Zbytek obvodu až po napájecí adaptér zůstává na (-) FVE.

[pospisjak]

Edit po čase:
Nakonec jsem použil Weidmüller 2857040000 (T1+T2, 600 V, PV). Asi by fungoval i ten Citel, kdyby měl lepší technický list, mezi kterými póly je míněno to napětí 500 Vdc, to už by se muselo vykomunikovat s výrobcem.

[pospisjak]

Samozřejmě jsou filtrační kondenzátory C1 a C2 v Sitonu posílené, jsou na 630 Vdc, v původním schématu jsou myslím na 250 Vdc, to je zoufale málo, to není bezpečné.

[kodl69]

kondenzátory podle schématu jsou na 450V. Ale je to jedno, při víc než 300V DC na vstupu jsou potenciálně ohorženy mofety na 600V. A jestlipak někdo tuší, proč. Ostatně to je častá závada sitonu a podobných konstrukcí, stačí pěkné mrazivé zimní ráno a je po mosfetech... Jo a neuzemňuj žádnej střed stringu ani nic jinýho než konstrukci a rámy panelů, a to by mělo být spojeno s obalem boileru a zároveň to tvořit zem pro přep. ochranu. Jenom tak to může být aspoň trochu bezpečné, když už tady chybí hlídače izolačního stavu a pod. Tj je potřeba tohle fakt pravidelně kontrolovat, jestli už to není IT síť s jednou poruchou, což nikde nic nesignalizuje...

[unicast]

To je snad jasné, ne? Vzrůst okamžitého napětí při rychlém přerušení průtoku proudu v důsledku parazitní indukčnosti svodů od panelů i panelů samotných (Ferrantiho jev, sice je popsaný u AC, ale pokud rychle vypínáme DC, tak se to chová identicky).

[gupa]

A ten transil nefunguje k ochraně mosfetů při přepětí?

[kodl69]

ne, ten je na výstupu, něco málo posbírá ten RC člen, ale pokud by to mělo být řešeno korektně, musel by být přes každý mosfet samostatně.
Jde o okmžik, kdy se rozpínají mosfety a parazitní indukčnost na nich udělá špičku. Tady je to schválně řešeno pomalým spínáním a rozpínáním za cenu vyšších ztrát, ale není to dokonalé, prostě jednoduchá konstrukce s kompromisy. Transil je oproti mosfetu pomalý, a naopak, kdyby sepnul, tak zůstane sepnutý, dokud ním protéká proud, to není zenerova dioda... Ostatně při vývoji s tím prej byly nějaký problémy, proto je tam v sérii s transilem ten odpor.