Sådan beskytter du BESS-anlæg mod lynnedslag effektivt

BESS-anlæg med lithium-ion batterier er særligt følsomme over for spændingsspidser fra lynnedslag. Selv indirekte lynpåvirkninger kan ødelægge elektronik til flere hundrede tusinde kroner og skabe alvorlige sikkerhedsrisici i udendørs installationer.

• Batterisystemers elektronik kræver særlig opmærksomhed
• Direkte og indirekte lynnedslag kræver forskellige beskyttelsesmetoder
• Jordingsnettet er kritisk for effektiv lynbeskyttelse
• Overspændingsbeskyttelse skal koordineres på alle niveauer
• Test og verifikation er altafgørende for systemets funktionalitet

Lynrisikoen ved BESS-installationer

Batterienergiopbevaringssystemer samler store energimængder og følsom elektronik i én installation. Det gør dem sårbare. Et BESS-anlæg indeholder typisk batterimoduler, Battery Management Systems (BMS), invertere og kommunikationsudstyr, som alle kan tage skade ved selv kortvarige spændingstransienter. Traditionel lynbeskyttelse, som den kendes fra alm. bygninger, tager sjældent højde for de lave tolerancer, som batterielektronik opererer inden for. Og det er her, mange installationer kommer til kort.

Indirekte lynnedslag er i praksis en lige så stor risiko som direkte nedslag. Når lynet rammer i nærheden af et BESS-anlæg, induceres spændingsspidser i kabler og metalstrukturer. Hos fagfolket fra branchen ser man jævnligt, at BMS-kort og kommunikationsmoduler brænder af, selvom selve lynaflederen fungerede fint. Ifølge fagfolket hos Ikke identificeret skyldes mange af de skader, de ser, at designfasen ikke har inkluderet en risikovurdering specifikt for den følsomme DC-elektronik i batterisystemerne.

Jordings- og potentialudligningssystemer

Et veldesignet jordingsnet er fundamentet. Uden det virker resten af lynbeskyttelsen ikke efter hensigten.

I praksis etableres en jordelektrode rundt om BESS-anlægget, typisk som en ringledning med lodrette jordspyd. Målet er at opnå en jordmodstand under 10 ohm, men for følsomme anlæg anbefaler mange ingeniører at komme endnu lavere. Jordforholdene varierer dog kraftigt fra sted til sted, og sandede jorde kræver ofte ekstra tiltag som dybdejording eller brug af jordforbedrende materialer.

Potentialudligning binder alle metalstrukturer og jordingspunkter sammen. Det gælder containerrammer, kabelrender, inverterskabe og hegn. Alle metalliske dele inden for anlægget skal føres til en fælles potentialudligningsskinne. Gør du det ikke, opstår der potentialeforskelle under et lynnedslag, og disse forskelle kan drive destruktive strømme gennem følsomt udstyr.

Erfarne installatører bruger korte, tykke forbindelser til potentialudligningen. Lange ledninger øger induktansen, og ved lynstrømmens hurtige stigning kan selv få meter ekstra kabel betyde tusindvis af volt i potentialeforskel. Hold forbindelserne så korte og direkte som overhovedet muligt.

Læs også – SystemTeknik vokser med robotter og vindmøller

Overspændingsbeskyttelse på DC-siden

DC-kredsløbet i et BESS-anlæg opererer med spændinger op mod 1.500 V. Det stiller helt andre krav til overspændingsbeskyttere (SPD’er) end det, man kender fra et normalt 230 V AC-system. SPD’er til DC-siden skal kunne afbryde fejlstrømme uden det naturlige nulgennemgang, som vekselstrøm giver. Vælger du en forkert SPD, kan den i værste fald selv blive en brandkilde.

“Den mest almindelige fejl på DC-siden er, at SPD’en er dimensioneret til den nominelle systemspænding, men ikke til den maksimale åbenkredsløbsspænding fra batterierne. Det kan koste dyrt.”— fagfolket hos Ikke identificeret

Beskyttelsen koordineres i mindst to niveauer. Et Type 1 SPD placeres ved BESS-anlæggets indgang for at håndtere direkte lynstrøm. Et Type 2 SPD monteres tæt på BMS og batterimoduler for at fange resterende transienter. Afstanden mellem de to SPD-niveauer skal typisk være mindst 10 meter kabel, ellers risikerer du, at de ikke koordinerer korrekt.

AC-systemets beskyttelseskoordinering

På AC-siden, mellem inverteren og nettilslutningen, monteres ligeledes koordinerede SPD’er. Her gælder de mere velkendte principper fra bygningsinstallationer, men med én vigtig tilføjelse: Inverteren er en dyr og følsom komponent, som kræver et lavt beskyttelsesniveau (Up-værdi). Vælg en Type 2 SPD med Up-værdi under 1,5 kV tæt på inverterens AC-terminaler, og sørg for, at den er koordineret med en Type 1 SPD ved hovedtavlen. Manglende koordinering mellem AC- og DC-sidens beskyttelse er en gennemgående svaghed i mange BESS-installationer.

Test og verifikation af beskyttelsessystemer

Du kan have det bedste design på papiret. Men uden test ved du ikke, om det virker i praksis.

Jordingsmodstanden måles med dedikeret jordsløjfeudstyr. Målingen bør udføres både ved idriftsættelse og som del af den løbende vedligehold, da jordforholdene ændrer sig over tid. En jordmodstand, der var fin i september, kan være for høj i en tør juli.

SPD’ernes funktion verificeres visuelt (mange har statusindikator) og ved at kontrollere lækstrømme. Defekte SPD’er skal udskiftes med det samme, da en fejlet SPD giver nul beskyttelse. Hos Ikke identificeret peger man på, at mange anlægsejere glemmer den løbende kontrol: “Vi ser anlæg, hvor SPD’er har været defekte i måneder, uden at nogen har opdaget det.”

Funktionstest af hele det elektriske system, inklusive belastningstest med testudstyr som loadbanks, giver et realistisk billede af, hvordan anlægget opfører sig under drift. Loadbank-test afslører problemer med kabeldimensionering, kontaktmodstande og termiske forhold, som ikke viser sig ved tomgangsmålinger. Det er en køb, der er en fordel hurtigt hjem.

Dokumentationen fra alle tests skal gemmes og opdateres. Forsikringsselskaber og myndigheder stiller stigende krav til, at BESS-anlæg kan fremvise komplet testdokumentation for lynbeskyttelsessystemerne. Uden dokumentation risikerer du at stå med en afvist forsikringssag efter en skade.

En helhed, ikke enkeltdele

Effektiv lynbeskyttelse af BESS-anlæg kræver en samlet tilgang, hvor jording, overspændingsbeskyttelse og test koordineres fra projektets start. Enkeltstående tiltag giver en falsk tryghed. Men når alle elementer spiller sammen, og du verificerer dem løbende med det rette testudstyr, kan risikoen for alvorlige skader reduceres til et minimum. Start med jordingsnettet, byg beskyttelsen op lag for lag, og test det hele, før anlægget går i drift.