Молния является частой причиной сбоев в фотоэлектрических (PV) и ветроэлектрических системах. Разрушительный скачок напряжения может возникнуть из-за молнии, которая ударяет на большом расстоянии от системы или даже между облаками. Но большинство повреждений от молнии можно предотвратить. Вот некоторые из наиболее экономически эффективных методов, которые обычно принимаются установщиками энергосистем на основе десятилетий опыта. Следуйте этим советам, и у вас будет очень хороший шанс избежать повреждения молнией вашей системы возобновляемой энергии (ВИЭ).
Приземлитесь
Заземление — это самый фундаментальный метод защиты от удара молнии. Вы не можете остановить удар молнии, но вы можете дать ему прямой путь к земле, который обойдет ваше ценное оборудование и безопасно разрядит удар в землю. Электрический путь к земле будет постоянно разряжать статическое электричество, которое накапливается в надземной конструкции. Часто это предотвращает притяжение молнии в первую очередь.
Молниеотводы и устройства защиты от перенапряжения предназначены для защиты электронного оборудования путем поглощения электрических скачков. Однако эти устройства не являются заменой хорошего заземления. Они работают только в сочетании с эффективным заземлением. Система заземления является важной частью вашей инфраструктуры электропроводки. Установите ее до или во время установки электропроводки. В противном случае, как только система заработает, этот важный компонент может никогда не попасть в список «что сделать».
Первый шаг в заземлении — создание пути разряда на землю путем соединения (взаимного соединения) всех металлических структурных компонентов и электрических корпусов, таких как рамы фотоэлектрических модулей, монтажные стойки и башни ветрогенераторов. В Национальном электротехническом кодексе (NEC), статья 250 и статья 690.41–690.47, указаны размеры проводов, материалы и методы, соответствующие кодексу. Избегайте резких изгибов заземляющих проводов — высокие скачки тока не любят проходить крутые углы и могут легко перейти на близлежащую проводку. Особое внимание уделите креплениям медного провода к алюминиевым структурным элементам (особенно к рамам фотоэлектрических модулей). Используйте разъемы с маркировкой «AL/CU» и крепежи из нержавеющей стали, которые снижают вероятность коррозии. Заземляющие провода как цепей постоянного, так и переменного тока также будут подключены к этой системе заземления. (Дополнительные советы см. в статьях Code Corner о заземлении фотоэлектрических массивов в HP102 и HP103.)
Заземляющие стержни
Самым слабым аспектом многих установок является соединение с самой землей. В конце концов, вы не можете просто прикрутить провод к планете! Вместо этого вы должны закопать или забить в землю стержень из проводящего, некорродирующего металла (обычно меди) и убедиться, что большая часть его поверхности контактирует с проводящей (то есть влажной) почвой. Таким образом, когда статическое электричество или скачок напряжения поступают по линии, электроны могут стекать в землю с минимальным сопротивлением.
Аналогично тому, как дренажное поле рассеивает воду, заземление рассеивает электроны. Если дренажная труба не разряжается в землю в достаточной степени, возникают резервные копии. Когда электроны возвращаются обратно, они перескакивают через зазор (образуя электрическую дугу) к вашей силовой проводке, через ваше оборудование и только затем к земле.
Чтобы предотвратить это, установите один или несколько 8-футовых (2,4 м) медных заземляющих стержней 5/8 дюйма (16 мм), желательно во влажной земле. Обычно одного стержня недостаточно, особенно в сухой земле. В районах, где земля становится очень сухой, установите несколько стержней, разместив их на расстоянии не менее 6 футов (3 м) друг от друга и соединив их вместе голым медным проводом, закопанным в землю. Альтернативный подход заключается в закапывании #6 (13 мм2), двойного #8 (8 мм2) или более крупного голого медного провода в траншее длиной не менее 100 футов (30 м). (Голый медный заземляющий провод также можно проложить по дну траншеи, в которой проложены водопроводные или канализационные трубы или другие электрические провода.) Или разрежьте заземляющий провод пополам и разведите его в двух направлениях. Подключите один конец каждого закопанного провода к системе заземления.
Попробуйте провести часть системы в более влажные места, например, где с крыши стекает вода или где нужно поливать растения. Если поблизости есть стальная обсадная труба, можно использовать ее в качестве заземляющего стержня (сделайте прочное болтовое соединение с обсадной трубой).
Во влажном климате бетонные основания массива, установленного на земле или на столбе, или башня ветрогенератора, или заземляющие стержни, заключенные в бетон, не будут обеспечивать идеальное заземление. В таких местах бетон, как правило, менее проводящий, чем влажная почва, окружающая фундаменты. Если это так, установите заземляющий стержень в земле рядом с бетоном у основания массива или у основания башни ветрогенератора и у каждого анкера растяжки, затем соедините их все вместе оголенным, закопанным проводом.
В сухом или засушливом климате часто бывает наоборот — бетонные фундаменты могут иметь более высокое содержание влаги, чем окружающая почва, и предлагают экономичную возможность для заземления. Если в бетон необходимо встроить арматуру длиной 20 футов (или больше), сама арматура может служить заземляющим стержнем. (Примечание: это необходимо спланировать до заливки бетона.) Этот метод заземления распространен в сухих местах и описан в NEC, статья 250.52 (A3), «Электрод, заключенный в бетон».
Если вы не уверены в лучшем методе заземления для вашего местоположения, поговорите с вашим инспектором по электрике на этапе проектирования вашей системы. Слишком много заземления не может быть. В сухом месте используйте любую возможность для установки избыточных заземляющих стержней, скрытого провода и т. д. Чтобы избежать коррозии, используйте только одобренное оборудование для подключения к заземляющим стержням. Используйте медные разъемные болты для надежного сращивания заземляющих проводов.
Заземление силовых цепей
Для электропроводки зданий NEC требует, чтобы одна сторона системы питания постоянного тока была подключена — или «привязана» — к земле. Часть переменного тока такой системы также должна быть заземлена обычным способом любой системы, подключенной к сети. (Это справедливо для Соединенных Штатов. В других странах незаземленные цепи питания являются нормой.) Заземление системы питания требуется для современной домашней системы в Соединенных Штатах. Важно, чтобы отрицательный полюс постоянного тока и нейтраль переменного тока были подключены к земле только в одной точке в их соответствующих системах, и оба к одной и той же точке в системе заземления. Это делается на центральной панели питания.
Производители некоторых одноцелевых автономных систем (например, солнечных водяных насосов и радиоретрансляторов) рекомендуют не заземлять цепь питания. Конкретные рекомендации см. в инструкциях производителя.
Массивная проводка и техника «витой пары»
Проводка массива должна использовать минимальную длину провода, спрятанного в металлическом каркасе. Положительные и отрицательные провода должны быть одинаковой длины и прокладываться вместе, когда это возможно. Это сведет к минимуму индукцию избыточного напряжения между проводниками. Металлический кабелепровод (заземленный) также добавляет слой защиты. Закапывайте длинные наружные провода вместо того, чтобы прокладывать их над головой. Провод длиной 100 футов (30 м) или более подобен антенне — он будет принимать скачки напряжения даже от молнии в облаках. Подобные скачки напряжения могут возникать, даже если провода закопаны, но большинство установщиков сходятся во мнении, что закопанная передающая проводка еще больше ограничивает возможность повреждения молнией.
Простая стратегия снижения восприимчивости к скачкам напряжения — это метод «витой пары», который помогает выровнять и нейтрализовать любые индуцированные напряжения между двумя или более проводниками. Может быть сложно найти подходящий силовой кабель, который уже скручен, поэтому вот что нужно сделать: проложите пару силовых проводов вдоль земли. Вставьте палку 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 можно использовать электрическую дрель, в зависимости от размера провода. Просто закрепите концы проводов в патроне дрели и позвольте действию дрели скрутить кабели вместе. Убедитесь, что дрель работает на минимально возможной скорости, если вы попробуете этот метод.
Провод заземления не обязательно должен быть скручен с проводами питания. Для подземных прокладок используйте голый медный провод; если вы используете кабелепровод, проложите провод заземления снаружи кабелепровода. Дополнительный заземляющий контакт улучшит заземление системы.
Используйте витую пару для любых кабелей связи или управления (например, кабель поплавкового выключателя для отключения полного бака солнечного водяного насоса). Этот провод меньшего калибра легко доступен в предварительно скрученных, многопарных или однопарных кабелях. Вы также можете приобрести экранированную витую пару, которая имеет металлическую фольгу, окружающую скрученные провода, и, как правило, отдельный, оголенный «сливной» провод. Заземлите экран кабеля и сливной провод только на одном конце, чтобы исключить возможность создания контура заземления (менее прямого пути к земле) в проводке.
Дополнительная защита от молний
Помимо обширных мер заземления, для участков, где наблюдается любое из следующих условий, рекомендуется использовать специализированные устройства защиты от перенапряжения и (возможно) громоотводы:
• Изолированное расположение на возвышенности в зоне сильной молниезащиты
• Сухая, каменистая или иным образом плохо проводящая почва
• Длина провода превышает 100 футов (30 м)
Молниеотводы
Молниеотводы (разрядники) предназначены для поглощения скачков напряжения, вызванных электрическими бурями (или несоответствующим спецификациям электропитанием), и эффективно позволяют скачку обходить силовую проводку и ваше оборудование. Сетевые фильтры должны быть установлены на обоих концах любого длинного провода, который подключен к любой части вашей системы, включая линии переменного тока от инвертора. Разрядники изготавливаются для различных напряжений как для переменного, так и для постоянного тока. Обязательно используйте соответствующие разрядники для вашего приложения. Многие установщики систем обычно используют разрядники Delta, которые недороги и обеспечивают некоторую защиту там, где угроза молнии умеренная, но эти устройства больше не включены в список UL.
Разрядники PolyPhaser и Transtector — это высококачественные изделия для мест, подверженных ударам молнии, и крупных установок. Эти прочные устройства обеспечивают надежную защиту и совместимость с широким диапазоном напряжений системы. Некоторые устройства имеют индикаторы для отображения режимов отказа.
Громоотводы
«Молниеотводы» — 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 молнии и могут обеспечить путь для очень высокого тока к земле, если удар все же произойдет. Современные устройства имеют форму шипа, часто с несколькими остриями.
Громоотводы обычно используются только на объектах, где случаются сильные грозы. Если вы считаете, что ваш объект попадает в эту категорию, наймите подрядчика, имеющего опыт в области молниезащиты. Если установщик вашей системы не имеет достаточной квалификации, рассмотрите возможность консультации со специалистом по молниезащите перед установкой системы. Если возможно, выберите сертифицированного установщика фотоэлектрических систем Североамериканского совета сертифицированных специалистов по энергетике (NABCEP) (см. Доступ). Хотя эта сертификация не относится конкретно к молниезащите, она может быть показателем уровня общей компетентности установщика.
С глаз долой, но не из сердца вон
Большая часть работ по защите от молнии зарыта и скрыта от глаз. Чтобы гарантировать, что все будет сделано правильно, запишите это в контракт(ы) с установщиком системы, электриком, экскаваторщиком, сантехником, бурильщиком скважин или любым, кто выполняет земляные работы, которые будут содержать вашу систему заземления.
Время публикации: 10-авг-2020