Сонячні панелі без заземлення працюють і виробляють стільки ж енергії, скільки заземлені, тому помилку монтажу часто не помічають роками. Небезпека з’являється в момент пробою ізоляції: алюмінієві рами і металева конструкція отримують напругу рядка, тобто сотні вольт постійного струму відносно землі, і жоден захисний пристрій на це не реагує, доки через конструкцію не піде струм. Заземлена рама перетворює той самий пробій на замикання на землю, яке інвертор бачить за падінням опору ізоляції, після чого видає помилку і не підключається до мережі. Помилка insulation на екрані інвертора насамперед вказує на пошкоджену ізоляцію з боку панелей: причину шукають у модулях, кабелях і роз’ємах, а несправність самого інвертора перевіряють після них. Приводу від’єднати провід заземлення ця помилка не дає.
Стаття продовжує цикл про заземлення сонячної станції і адресована тим, у кого станцію вже змонтовано без заземлення або хто побачив на інверторі помилку ізоляції. Навіщо заземлювати рами і що саме приєднувати до заземлення, розібрано у вхідній статті циклу, навіщо заземлювати сонячні панелі. Як виконати заземлення на покрівлі, описано в статті про заземлення сонячних панелей на даху, для станції на опорах у статті про заземлення наземної сонячної станції. Провід добирають за статтею про кабель для заземлення сонячних панелей, готове коло перевіряють за методикою зі статті про те, як перевірити заземлення мультиметром, а захист від перенапруг під час грози розглядає стаття про блискавкозахист сонячних панелей.
Вимоги наведено за ПУЕ:2026, затвердженими наказом Міненерго від 05.06.2026 № 283 (пункт 1.7.90 і таблиця 1.7.2), за міжнародним стандартом IEC 62109-2:2011 про безпечність інверторів для фотоелектричних систем (в Україні прийнятий як ДСТУ EN 62109-2:2014), за стандартом на електроустановки із сонячними станціями IEC 60364-7-712 у редакції 2017 року, за стандартом на проєктування масивів панелей IEC 62548-1:2023 зі зміною 2025 року і за стандартом IEC 62446-1 на перевірку станцій під час введення в експлуатацію. Редакцію IEC 60364-7-712:2017 у 2025 році замінено новою, а в Україні чинний ДСТУ HD 60364-7-712:2022, який з 31.12.2023 замінив ДСТУ IEC 60364-7-712:2019; нумерація пунктів у HD відрізняється від IEC, тому номери пунктів цих документів нижче не наводяться. Дані про ємнісні струми витоку взято з технічної інформації виробника інверторів SMA, вимогу до заземлення рам модулів з інструкції з монтажу LONGi.
Чи обов’язково заземлювати рами сонячних панелей за нормами
ПУЕ:2026 у пункті 1.7.90 вимагають погоджувати електрообладнання і заходи захисту від ураження струмом за таблицею 1.7.2. За цією таблицею обладнання класу II, тобто з подвійною або посиленою ізоляцією, застосовують у всіх приміщеннях без приєднання до захисного провідника PE. Сонячні модулі для домашніх станцій зазвичай випускають за класом II (у паспорті його позначено знаком подвійного квадрата), тому як захід захисту від ураження струмом ПУЕ заземлення їхніх рам прямо не вимагають.
Вимога заземлити рами надходить з інших джерел. Виробники модулів записують її в інструкцію з монтажу: LONGi, наприклад, зазначає, що раму модуля потрібно заземлити для безпеки і для захисту модулів від блискавки та статичної електрики. Стандарт на проєктування масивів IEC 62548-1 містить окрему схему рішень щодо заземлення і вирівнювання потенціалів відкритих металевих частин масиву (пункт 7.3.2), за якою рішення ухвалюють з урахуванням конструкції станції. Якщо на будинку є зовнішній блискавкозахист, станцію вписують у нього за правилами зі статті про блискавкозахист сонячних панелей. Ще одна причина технічна і розібрана нижче: без заземлення рам безтрансформаторний інвертор може не побачити пробою ізоляції на раму.
Для власника станції з цього випливає практичний висновок. Незаземлені рами модулів класу II не є прямим порушенням ПУЕ, але розходяться з інструкцією виробника модулів там, де така вимога є, і позбавляють станцію контролю ізоляції, на який розрахований безтрансформаторний інвертор. Тому рами заземлюють, враховуючи, що після цього інвертор може вперше показати помилку ізоляції; чому так буває, розібрано нижче.
Чи працюють сонячні панелі без заземлення
Заземлення рам до робочого кола не входить: струм тече проводами рядка від модулів до інвертора і назад, а рама з конструкцією в цьому участі не беруть. У модуля класу II між струмовідними частинами і рамою два шари ізоляції, і в справного модуля рама напруги не має. Звідси поширена думка, що заземлення потрібне лише для приймання. Подвійна ізоляція захищає, доки вона ціла, а на даху вона старіє і пошкоджується: ультрафіолет і перепади температури руйнують оболонку кабелів, гризуни і птахи псують проводи під модулями, крайка профілю перетискає кабель під час монтажу, у роз’єми MC4 потрапляє вода. Заземлення розраховане саме на такі пошкодження, і його відсутність нічим не проявляється до першого з них.
Що відбувається під час пробою ізоляції, якщо рама не заземлена
Пробій ізоляції, тобто поява провідного шляху між проводом рядка і металом, у незаземленій станції струму не викликає. Раму закріплено на конструкції, яка із землею надійно не з’єднана, і рама просто отримує потенціал тієї точки рядка, де сталося пошкодження. У рядку (стрінгу) з десяти модулів напруга холостого ходу становить 400-500 В, і залежно від місця пробою на рамі опиняється та чи інша частина цієї напруги. Зовні нічого не змінюється: станція працює далі, застосунок показує звичайне виробництво.
Людина, що торкнулася такої рами або профілю, стає тим шляхом для струму, якого бракувало. Безтрансформаторний інвертор, тобто інвертор без розділового трансформатора між панелями і мережею, під час роботи електрично пов’язаний з мережею, а нейтраль мережі заземлена на підстанції. Струм іде від рами через тіло в землю і повертається в коло через мережу. Вбудований контроль струму витоку відключить інвертор від мережі за частки секунди, але лише після того, як струм уже пройшов через людину. Якщо згодом з’явиться другий пробій, на іншому полюсі рядка, рядок замкнеться через конструкцію, і в місці контакту може виникнути дуга постійного струму, яка гасне набагато гірше за дугу змінного струму.
Заземлена рама з’єднана із землею низькоомним захисним провідником, тому пробій замикає пошкоджену точку рядка на землю, і напруга на рамі відносно землі залишається невеликою. Інвертор виявляє таке замикання за струмом витоку, доки працює, і за опором ізоляції під час наступного запуску.
| Під час пробою ізоляції на раму | Рама заземлена | Рама не заземлена |
|---|---|---|
| Напруга на рамі відносно землі | невелика, залежить від опору кола PE | частина напруги рядка, до сотень вольт |
| Реакція інвертора | помилка ізоляції, до мережі не підключається | зазвичай жодної, станція працює |
| Дотик до рами | за справного PE напруга дотику мала | струм через тіло, захист спрацьовує після ураження |
| Другий пробій на іншому полюсі | до нього зазвичай не доходить: перший пробій уже виявлено | замикання рядка через конструкцію, можлива дуга |
Чому інвертор показує помилку ізоляції (insulation, Riso)
Стандарт IEC 62109-2 у пункті 4.8.2 вимагає, щоб інвертор без гальванічної розв’язки з мережею вимірював опір ізоляції масиву панелей відносно землі і за низького значення не підключався до мережі, а видавав сигнал несправності. У меню і журналах інверторів цей опір позначають Riso або Rins, а помилку за ним називають по-різному: insulation fault, ISO fault, low insulation resistance, PV isolation. Інвертор подає вимірювальну напругу між проводами рядків і своєю клемою PE (захисного провідника) і за струмом оцінює ізоляцію всього кола постійного струму: модулів, кабелів, роз’ємів. Перевірку виконують перед підключенням до мережі, тому помилку найчастіше видно вранці, під час запуску.
Нижню межу стандарт задає формулою R = Umax / 30 мА, де Umax найбільша напруга масиву панелей. Виробники зазвичай ставлять заводський поріг вище за мінімум: у протоколі випробувань одного з інверторів Solplanet за IEC 62109-2 зазначено поріг 200 кОм, у рекомендаціях Solis згадано 500 кОм. Під час введення в експлуатацію ізоляцію масиву перевіряють мегаомметром за IEC 62446-1, і для рядків напругою понад 120 В мінімально допустиме значення становить 1 МОм. Це поріг приймання, а не типове значення для справного масиву.
| Найбільша напруга масиву | Мінімальний поріг за IEC 62109-2 | Мінімум під час випробування за IEC 62446-1 |
|---|---|---|
| 500 В | 16,7 кОм | 1 МОм |
| 1000 В | 33,3 кОм | 1 МОм |
Інвертор вимірює ізоляцію відносно своєї клеми PE. Якщо рами з цією клемою не з’єднані, пробій проводу на раму може не виявлятися вимірюванням: для інвертора ізоляція справна, доки рама не має достатньо низькоомного зв’язку із землею через PE або випадковим шляхом, наприклад через мокру покрівлю чи палю. Тому незаземлена станція може роками працювати без жодної помилки, і відсутність помилки нічого не каже про її безпечність. З тієї ж причини помилка ізоляції нерідко з’являється одразу після того, як станцію заземлили: заземлення не створило несправності, а зробило видимим пошкодження, яке вже було. Якщо не підключено клему PE самого інвертора, вимірювання втрачає сенс, і Huawei у посібнику щодо цієї помилки окремим пунктом вимагає перевірити підключення проводу PE.
Стандарт на електроустановки IEC 60364-7-712 (редакція 2017 року) для станцій з інверторами без гальванічної розв’язки вимагає того ж з іншого боку: у разі пошкодження ізоляції з боку постійного струму інвертор має автоматично відключитися від мережі або має відключитися пошкоджена частина масиву, і при цьому має подаватися сигнал тривоги.
Помилка ізоляції вранці та після дощу: причини і пошук
Характерна картина така: інвертор видає помилку вранці або після дощу, до полудня станція підсихає і запускається. Це ознака високоомного пошкодження, тобто місця, де ізоляцію не пробито наскрізь, але за вологи вона починає проводити. Huawei у посібнику щодо помилки 2062 Low Insulation Resistance називає дві причини: замикання масиву на землю і вологе повітря за погіршеної ізоляції масиву. Практичні джерела помилки зведено в таблицю.
| Причина | Як проявляється | Де шукати |
|---|---|---|
| Вода в роз’ємах MC4, погано обтиснутий або не защелкнутий роз’єм | помилка вранці та після дощу, вдень минає | роз’єми, що лежать на покрівлі, у жолобі або на мембрані |
| Кабель перетиснуто крайкою профілю або пошкоджено гризунами | помилка тримається і в суху погоду | місця, де кабель проходить біля крайок, під модулями і крізь стіни |
| Тріщина скла або задньої плівки модуля | помилка за вологості, після граду | огляд модулів з боку скла і з тильного боку |
| Вода в розподільній коробці або щиті постійного струму | помилка після дощу, сліди вологи в корпусі | ущільнення і кабельні вводи коробок |
| Не підключено або пошкоджено провід PE інвертора | помилка без видимої причини або неправильні показники Riso | клема PE інвертора і провід до шини заземлення |
| Несправне вимірювальне коло інвертора | помилка за ізоляції, яку мегаомметр показує справною | перевіряють останнім, через сервіс виробника |
Пошук пошкодження виконує електрик: вимірювання ведуть з боку постійного струму під напругою рядка, яку на світлі не знімає відключення інвертора. Інвертор відключають за процедурою з його інструкції, з боку мережі і з боку постійного струму, а роз’єми MC4 розмикають лише без навантаження, після відключення роз’єднувача. Потім рядки перевіряють по одному: рядок, без якого помилка зникає, і містить пошкодження. Усередині рядка місце приблизно знаходять за напругами від плюса і від мінуса до заземленої рами за від’єднаного від інвертора рядка: їхнє співвідношення показує, на якій частині рядка пробій. Надійно пошкодження підтверджує вимірювання мегаомметром. Частина інверторів дає змогу знизити поріг спрацювання в застосунку, і Huawei допускає це для дощової погоди. Зниження порогу прибирає помилку, але не пошкодження, тому це тимчасовий захід у межах, дозволених виробником, і лише після діагностики.
Струм витоку через ємність панелей і чому спрацьовує ПЗВ
Сонячний модуль з усією поверхнею елементів з одного боку і заземленою рамою або покрівлею з іншого утворює конденсатор, а весь масив панелей є ємністю відносно землі. SMA у технічній інформації про струми витоку наводить для кристалічних модулів у вологому стані від 60 до 110 нФ на кожен кіловат потужності, для тонкоплівкових від 100 до 160 нФ, а в суху погоду ця ємність нехтовно мала. У безтрансформаторному інверторі потенціал проводів рядка відносно землі коливається з частотою мережі, і через цю ємність тече змінний струм I = C · 2π · f · U, де f частота мережі, а U амплітуда коливань напруги.
Для станції 5 кВт на кристалічних модулях ємність у вологому стані становить 330-550 нФ. В однофазного безтрансформаторного інвертора на панелі, за даними SMA, передається половина амплітуди мережі: за мережі 230 В це коливання близько 115 В з частотою 50 Гц. Струм витоку становитиме від 330·10-9 · 2 · 3,14 · 50 · 115 ≈ 12 мА до 550·10-9 · 2 · 3,14 · 50 · 115 ≈ 20 мА. У трифазних інверторів коливання і струми витоку набагато менші. Цей струм не пов’язаний з пошкодженням, у заземленої станції він спокійно йде через провід PE. ПЗВ (пристрій захисного вимкнення, УЗО) з номіналом 30 мА за струму 15 мА, тобто половини номіналу, спрацьовувати не повинен, але в проміжку від 15 до 30 мА вже може вимкнутися. Витік через ємність мокрих панелей додається до витоків решти проводки будинку і наближає сумарний струм до цієї зони. Звідси вимкнення ПЗВ на лінії інвертора після дощу, які помилково намагаються усунути від’єднанням заземлення. Тип і номінал ПЗВ на виході інвертора виробник зазначає в інструкції, і обирати їх потрібно за нею.
Крім зовнішнього ПЗВ, безтрансформаторний інвертор за IEC 62109-2 (пункт 4.8.3) зобов’язаний сам безперервно контролювати струм витоку і відключатися від мережі в разі перевищення меж. Саме цей вбудований контроль у журналах інверторів позначають як GFCI, RCMU або residual current.
| Що контролює інвертор | Межа | Час відключення від мережі |
|---|---|---|
| Тривалий диференційний струм, інвертори до 30 кВА | 300 мА | 0,3 с |
| Стрибок струму витоку | 30 мА | 0,3 с |
| Стрибок струму витоку | 60 мА | 0,15 с |
| Стрибок струму витоку | 150 мА | 0,04 с |
Пороги для стрибків набагато нижчі за межу тривалого струму, бо раптове зростання витоку означає новий шлях струму в землю, наприклад через людину, що торкнулася частини під напругою. Для тривалого струму стандарт допускає до 300 мА, але виробник може обмежити струм витоку і допустиму ємність масиву суворіше, і ці обмеження зазначено в інструкції інвертора. На різкий стрибок у 30 мА інвертор зобов’язаний відключитися за 0,3 с.
Функціональне заземлення: коли виробник вимагає заземлити мінус або плюс рядка
Функціональне заземлення, тобто навмисне з’єднання із землею одного з полюсів рядка, виконують не для безпеки, а для нормальної роботи модулів. SMA зазначає, що для тонкоплівкових модулів з аморфного кремнію і телуриду кадмію рекомендовано заземлювати мінус, інакше прозорий струмопровідний шар модуля поступово кородує. Для деяких кристалічних елементів з обома контактами на тильному боці, навпаки, потрібно заземлювати плюс, щоб уникнути поляризації. Звичайні кристалічні модулі, які ставлять на домашні станції, функціонального заземлення не потребують, і в їхньому паспорті про це нічого не сказано.
Стандарт IEC 60364-7-712 у редакції 2017 року дозволяє функціональне заземлення полюса лише за наявності хоча б простої гальванічної розв’язки між боком постійного струму і мережею. У безтрансформаторному інверторі полюси рядка пов’язані з мережею через силову схему, і заземлення мінуса або плюса створює замикання через інвертор. Якщо паспорт модулів вимагає заземлити полюс, для них добирають інвертор з гальванічною розв’язкою або рішення, прямо дозволене виробником інвертора. Функціональне заземлення полюса і заземлення рам розв’язують різні задачі, і одне не замінює іншого: рами заземлюють з причин, розібраних на початку статті, незалежно від того, чи заземлено полюс рядка.
Як заземлити вже змонтовану станцію, не знімаючи панелей
Роботи на покрівлі і з боку постійного струму виконує електрик. Перед роботою інвертор вимикають і розмикають роз’єднувач постійного струму. Модулі на світлі й після цього залишаються під напругою, тому роз’єми MC4 під навантаженням не роз’єднують, а пошкоджених кабелів не торкаються голими руками. Потім рами з’єднують між собою і з несучими профілями. На вже змонтованій станції найпростіше поставити затискачі із зубцями, які прорізають анодне покриття рами, або заземлювальні кліпси під штатні притиски модулів; способи приєднання та їхні обмеження описано в статті про заземлення сонячних панелей на даху. Перемички і магістраль виконують мідним проводом 6 мм² в ізоляції, стійкій до ультрафіолету, за статтею про кабель для заземлення, і доводять магістраль до головної заземлювальної шини будинку (ГЗШ), до якої підключено і клему PE інвертора.
Готове коло прозвонюють від кожної рами до ГЗШ за методикою зі статті про те, як перевірити заземлення мультиметром. Після ввімкнення інвертора дивляться журнал: якщо з’явилася помилка ізоляції, отже, пошкодження існувало й раніше, і його шукають за таблицею вище. Для наземної станції порядок той самий, але магістраль іде до контуру заземлення і з’єднується з будинком так, як описано в статті про заземлення наземної сонячної станції.
Типові помилки за відсутності заземлення і помилки ізоляції
- Від’єднати провід PE, щоб прибрати помилку insulation. Помилка зникає, пошкодження залишається, а інвертор перестає його бачити.
- Заземлити лише корпус інвертора. Рами і профілі залишаються без зв’язку із землею, і пробій на раму для інвертора може залишатися невидимим.
- Вважати, що ПЗВ захистить без заземлення. ПЗВ і вбудований контроль інвертора спрацьовують за струмом, а струм з’являється лише тоді, коли через рами або людину є шлях у землю.
- Заземлити мінус рядка за безтрансформаторного інвертора за старими схемами для інверторів з трансформатором.
- Знизити поріг Riso в застосунку до мінімуму замість пошуку пошкодження.
- Замінити ПЗВ на грубіший без звірки з інструкцією інвертора, щоб він не вимикався після дощу.
- Використати як заземлювач водогін або опалення. Чому цього робити не можна, розібрано у вхідній статті циклу, навіщо заземлювати сонячні панелі.
Обслуговування: як стежити за ізоляцією станції
Інвертор записує значення Riso під час кожного запуску, і багато застосунків показують його в журналі або в параметрах. Поступове зниження цього значення з місяця в місяць, особливо вранці та після дощу, попереджає про пошкодження задовго до помилки. Раз на рік, під час весняного огляду, перевіряють роз’єми і прокладання кабелів під модулями, а після граду і після робіт на даху огляд повторюють. Коло заземлення прозвонюють за тією самою методикою, що й під час монтажу, і якщо опір однієї з рам помітно зріс, її з’єднання перебирають.
