Молния является распространенной причиной сбоев в фотоэлектрических (PV) и ветроэлектрических системах. Разрушительный всплеск может произойти из-за молнии, ударившей на большом расстоянии от системы или даже между облаками. Но большую часть ущерба от молнии можно предотвратить. Вот некоторые из наиболее экономически эффективных методов, которые обычно принимаются монтажниками энергосистем и основаны на многолетнем опыте. Следуйте этому совету, и у вас будет очень хороший шанс избежать повреждения вашей системы возобновляемых источников энергии (ВИЭ) молнией.
Заземлиться
Заземление является наиболее фундаментальным методом защиты от повреждений молнией. Вы не можете остановить грозовой всплеск, но можете дать ему прямой путь к земле, минуя ваше ценное оборудование, и безопасно отводя грозу в землю. Электрический путь к земле будет постоянно разряжать статическое электричество, которое накапливается в надземной конструкции. Часто это в первую очередь предотвращает притяжение молнии.
Грозозащитные разрядники и устройства защиты от перенапряжений предназначены для защиты электронного оборудования путем поглощения электрических скачков. Однако эти устройства не заменяют хорошее заземление. Они функционируют только в сочетании с эффективным заземлением. Система заземления является важной частью вашей электропроводки. Установите его до или во время прокладки силовой проводки. В противном случае, когда система заработает, этот важный компонент может никогда не быть отмечен в списке дел.
Первым шагом в заземлении является создание пути разряда к земле путем соединения (соединения) всех металлических конструктивных компонентов и электрических корпусов, таких как каркасы фотоэлектрических модулей, монтажные стойки и башни ветрогенераторов. В статьях 250 и статьях с 690.41 по 690.47 Национального электротехнического кодекса (NEC) указаны размеры проводов, материалы и технологии, соответствующие нормам. Избегайте резких изгибов заземляющих проводов — сильные скачки тока не любят поворачивать за крутые углы и могут легко перекинуться на близлежащую проводку. Особое внимание уделите креплениям медного провода к алюминиевым элементам конструкции (особенно каркасам фотоэлектрических модулей). Используйте разъемы с маркировкой «AL/CU» и крепеж из нержавеющей стали, которые снижают вероятность коррозии. Заземляющие провода цепей постоянного и переменного тока также будут подключены к этой системе заземления. (Дополнительные советы см. в статьях Code Corner о заземлении фотоэлектрических батарей в HP102 и HP103.)
Заземляющие стержни
Самым слабым моментом многих установок является сама связь с землей. В конце концов, нельзя просто прикрепить провод к планете! Вместо этого вы должны закопать или забить в землю стержень из проводящего, нержавеющего металла (обычно меди) и убедиться, что большая часть его поверхности соприкасается с проводящей (то есть влажной) почвой. Таким образом, когда по линии проходит статическое электричество или скачок напряжения, электроны могут стечь в землю с минимальным сопротивлением.
Подобно тому, как дренажное поле рассеивает воду, заземление рассеивает электроны. Если водосточная труба не отводит воду в землю должным образом, возникают резервные копии. Когда электроны возвращаются назад, они прыгают через зазор (образуя электрическую дугу) к вашей силовой проводке, через ваше оборудование и только затем на землю.
Чтобы предотвратить это, установите один или несколько омедненных заземляющих стержней длиной 8 футов (2,4 м) и диаметром 5/8 дюйма (16 мм), желательно во влажной земле. Одного стержня обычно недостаточно, особенно в сухой земле. В районах, где земля становится очень сухой, установите несколько стержней на расстоянии не менее 6 футов (3 м) друг от друга и соедините их между собой голым медным проводом, закопанным в землю. Альтернативный подход — закопать оголенный медный провод №6 (13 мм2), двойной №8 (8 мм2) или более крупный в траншею длиной не менее 100 футов (30 м). (Голый медный заземляющий провод также можно проложить по дну траншеи, по которой проходят водопроводные или канализационные трубы или другие электрические провода.) Или разрежьте заземляющий провод пополам и разложите его в двух направлениях. Подключите один конец каждого скрытого провода к системе заземления.
Попробуйте провести часть системы в более влажные места, например, там, где протекает крыша или где нужно поливать растения. Если рядом находится стальная обсадная колонна, можно использовать ее как заземляющий стержень (сделать прочное болтовое соединение с обсадной трубой).
Во влажном климате бетонные основания массива, установленного на земле или столбе, или башни ветрогенератора, или заземляющие стержни, заключенные в бетон, не обеспечат идеального заземления. В этих местах бетон обычно будет менее проводящим, чем влажная почва, окружающая фундаменты. В этом случае установите заземляющий стержень в землю рядом с бетоном у основания массива или у основания башни ветрогенератора и у каждой анкерной растяжки, а затем соедините их все вместе оголенным, заглубленным проводом.
В сухом или засушливом климате часто бывает наоборот: бетонные фундаменты могут иметь более высокое содержание влаги, чем окружающая почва, и предлагать экономичную возможность заземления. Если арматурный стержень длиной 20 футов (или длиннее) необходимо заделать в бетон, сам арматурный стержень может служить заземляющим стержнем. (Примечание: это необходимо спланировать до заливки бетона.) Этот метод заземления распространен в сухих помещениях и описан в статье 250.52 (A3) NEC «Электрод в бетонном корпусе».
Если вы не уверены в том, какой метод заземления лучше всего подходит для вашего местоположения, поговорите со своим инспектором по электротехнике на этапе проектирования вашей системы. У вас не может быть слишком много заземления. В сухом месте используйте любую возможность для установки резервных заземляющих стержней, подземных проводов и т. д. Во избежание коррозии используйте только одобренное оборудование для подключения к заземляющим стержням. Для надежного соединения заземляющих проводов используйте медные разъемные болты.
Заземление силовых цепей
Для проводки в здании NEC требует, чтобы одна сторона системы питания постоянного тока была подключена (или «соединена») с землей. Часть переменного тока такой системы также должна быть заземлена обычным способом, как любая система, подключенная к сети. (Это верно для Соединенных Штатов. В других странах незаземленные силовые цепи являются нормой.) Заземление энергосистемы требуется для современной домашней системы в Соединенных Штатах. Очень важно, чтобы отрицательный провод постоянного тока и нейтраль переменного тока были заземлены только в одной точке в соответствующих системах и оба в одной и той же точке системы заземления. Это делается на центральном электрощите.
Производители некоторых одноцелевых автономных систем (например, солнечных водяных насосов и радиоретрансляторов) рекомендуют не заземлять силовую цепь. Обратитесь к инструкциям производителя для получения конкретных рекомендаций.
Подключение массива и метод «витой пары»
Для проводки массива следует использовать провода минимальной длины, заправленные в металлический каркас. Положительный и отрицательный провода должны быть одинаковой длины и по возможности прокладываться вместе. Это сведет к минимуму индукцию избыточного напряжения между проводниками. Металлический кабелепровод (заземленный) также обеспечивает дополнительный уровень защиты. Закопайте длинные наружные провода вместо того, чтобы прокладывать их над головой. Провод длиной 100 футов (30 м) и более похож на антенну: он будет принимать импульсы даже от молний в облаках. Подобные скачки напряжения все еще могут возникать, даже если провода проложены под землей, но большинство монтажников сходятся во мнении, что подземная проводка передачи еще больше ограничивает возможность повреждения молнией.
Простая стратегия снижения восприимчивости к скачкам напряжения — это метод «витой пары», который помогает уравнять и нейтрализовать любые наведенные напряжения между двумя или более проводниками. Найти подходящий уже скрученный силовой кабель может быть сложно, поэтому вот что нужно сделать: Проложите пару силовых проводов вдоль земли. Вставьте палочку между проводами и скрутите их вместе. Каждые 30 футов (10 м) меняйте направление. (Это намного проще, чем пытаться скрутить все расстояние в одном направлении.) Иногда для скручивания проводов также можно использовать электрическую дрель, в зависимости от размера провода. Просто закрепите концы проводов в патроне дрели и позвольте дрели скручивать кабели вместе. Если вы попробуете этот метод, обязательно запускайте дрель на минимально возможной скорости.
Заземляющий провод не обязательно скручивать с силовыми проводами. Для заглубления используйте оголенный медный провод; если вы используете кабелепровод, проложите заземляющий провод снаружи кабелепровода. Дополнительный контакт заземления улучшит заземление системы.
Используйте витую пару для любых кабелей связи или управления (например, кабель поплавкового выключателя для полного отключения водяного насоса солнечной батареи). Этот провод меньшего сечения легко доступен в виде предварительно скрученных, многопарных или однопарных кабелей. Вы также можете приобрести экранированную витую пару, в которой витые провода окружены металлической фольгой, а также, как правило, отдельный оголенный «стоковый» провод. Заземлите экран кабеля и заземляющий провод только на одном конце, чтобы исключить возможность образования контура заземления (менее прямой путь к земле) в проводке.
Дополнительная молниезащита
В дополнение к обширным мерам по заземлению рекомендуется использовать специальные устройства защиты от перенапряжений и (возможно) громоотводы для объектов с любым из следующих условий:
• Изолированное расположение на возвышенности в зоне сильной грозы.
• Сухая, каменистая или иная плохо проводящая почва.
• Длина провода превышает 100 футов (30 м).
Грозозащитные разрядники
Разрядники молний (перенапряжений) предназначены для поглощения скачков напряжения, вызванных грозами (или выходной мощностью электросети), и эффективно позволяют скачкам напряжения обходить силовую проводку и ваше оборудование. Сетевые фильтры следует устанавливать на обоих концах любого длинного провода, подключенного к любой части вашей системы, включая линии переменного тока от инвертора. Разрядники изготавливаются на различное напряжение как переменного, так и постоянного тока. Обязательно используйте разрядники, подходящие для вашего применения. Многие установщики систем обычно используют разрядники перенапряжения Delta, которые недороги и обеспечивают некоторую защиту при умеренной угрозе молнии, но эти устройства больше не внесены в список UL.
Разрядники PolyPhaser и Transtector — это высококачественная продукция для грозоопасных объектов и крупных установок. Эти долговечные устройства обеспечивают надежную защиту и совместимость с широким спектром системных напряжений. Некоторые устройства имеют индикаторы для отображения режимов неисправности.
Громоотводы
«Громоотводы» — это устройства статического разряда, которые размещаются над зданиями и солнечными батареями и подключаются к земле. Они предназначены для предотвращения накопления статического заряда и возможной ионизации окружающей атмосферы. Они могут помочь предотвратить удар и обеспечить путь для очень сильного тока на землю, если удар все-таки произойдет. Современные устройства имеют форму шипа, часто с несколькими точками.
Осветительные стержни обычно используются только в местах, где случаются сильные грозы. Если вы считаете, что ваш объект попадает в эту категорию, наймите подрядчика, имеющего опыт молниезащиты. Если установщик вашей системы не обладает такой квалификацией, проконсультируйтесь со специалистом по молниезащите перед установкой системы. Если возможно, выберите установщика фотоэлектрических систем, сертифицированного Североамериканским советом сертифицированных специалистов по энергетике (NABCEP) (см. «Доступ»). Хотя эта сертификация не относится конкретно к молниезащите, она может указывать на общий уровень компетентности установщика.
С глаз долой, а не с ума
Большая часть работ по молниезащите скрыта и скрыта от глаз. Чтобы гарантировать, что все будет сделано правильно, впишите это в свой контракт(ы) с установщиком системы, электриком, экскаватором, водопроводчиком, бурильщиком скважин или любым другим лицом, выполняющим земляные работы, которые будут содержать вашу систему заземления.
Время публикации: 10 августа 2020 г.