Piorun jest częstą przyczyną awarii w systemach fotowoltaicznych (PV) i wiatrowo-elektrycznych. Niszczące przepięcie może wystąpić w wyniku uderzenia pioruna w dużej odległości od systemu lub nawet między chmurami. Jednak większości uszkodzeń spowodowanych piorunem można zapobiec. Oto kilka najbardziej opłacalnych technik, które są powszechnie akceptowane przez instalatorów systemów energetycznych, w oparciu o dziesięciolecia doświadczenia. Postępuj zgodnie z tą radą, a masz bardzo duże szanse na uniknięcie uszkodzeń spowodowanych piorunem w Twoim systemie energii odnawialnej (RE).
Uziem się
Uziemienie jest najbardziej podstawową techniką ochrony przed uszkodzeniami spowodowanymi przez pioruny. Nie możesz zatrzymać przepięcia piorunowego, ale możesz zapewnić mu bezpośrednią ścieżkę do uziemienia, która ominie Twój cenny sprzęt i bezpiecznie rozładuje przepięcie do ziemi. Ścieżka elektryczna do uziemienia będzie stale rozładowywać elektryczność statyczną, która gromadzi się w nadziemnej konstrukcji. Często zapobiega to przyciąganiu piorunów.
Odgromniki i ograniczniki przepięć są przeznaczone do ochrony sprzętu elektronicznego poprzez pochłanianie przepięć elektrycznych. Jednak urządzenia te nie zastępują dobrego uziemienia. Działają one tylko w połączeniu ze skutecznym uziemieniem. System uziemienia jest ważną częścią infrastruktury okablowania. Zainstaluj go przed lub w trakcie instalacji okablowania zasilania. W przeciwnym razie, gdy system będzie już działał, ten ważny komponent może nigdy nie zostać odznaczony na liście „rzeczy do zrobienia”.
Pierwszym krokiem uziemienia jest zbudowanie ścieżki rozładowania do uziemienia poprzez połączenie (połączenie) wszystkich metalowych elementów konstrukcyjnych i obudów elektrycznych, takich jak ramy modułów fotowoltaicznych, stelaże montażowe i wieże generatorów wiatrowych. National Electrical Code (NEC), artykuł 250 i artykuły 690.41 do 690.47 określają zgodne z kodeksem rozmiary przewodów, materiały i techniki. Unikaj ostrych zagięć przewodów uziemiających — wysokie skoki prądu nie lubią skręcać w ciasnych zakrętach i mogą łatwo przeskoczyć na pobliskie okablowanie. Zwróć szczególną uwagę na mocowania przewodów miedzianych do aluminiowych elementów konstrukcyjnych (w szczególności ram modułów fotowoltaicznych). Używaj złączy oznaczonych „AL/CU” i łączników ze stali nierdzewnej, które zmniejszają ryzyko korozji. Przewody uziemiające obwodów DC i AC będą również podłączone do tego systemu uziemienia. (Więcej porad można znaleźć w artykułach Code Corner na temat uziemienia układów fotowoltaicznych w HP102 i HP103).
Pręty uziemiające
Najsłabszym aspektem wielu instalacji jest połączenie z samą ziemią. W końcu nie można po prostu przykręcić przewodu do planety! Zamiast tego należy zakopać lub wbić w ziemię pręt z przewodzącego, niekorodującego metalu (zwykle miedzi) i upewnić się, że większość jego powierzchni styka się z przewodzącą (czyli wilgotną) glebą. W ten sposób, gdy elektryczność statyczna lub przepięcie dotrze do linii, elektrony mogą odpłynąć do ziemi z minimalnym oporem.
Podobnie jak pole drenażowe rozprasza wodę, uziemienie rozprasza elektrony. Jeśli rura drenażowa nie odprowadza odpowiednio do ziemi, dochodzi do cofania się. Kiedy elektrony cofają się, przeskakują szczelinę (tworząc łuk elektryczny) do okablowania zasilającego, przez sprzęt, a dopiero potem do uziemienia.
Aby temu zapobiec, zainstaluj jeden lub więcej 8-stopowych (2,4 m), 5/8-calowych (16 mm) miedziowanych prętów uziemiających, najlepiej w wilgotnej ziemi. Pojedynczy pręt zwykle nie jest wystarczający, szczególnie w suchym gruncie. W miejscach, w których grunt jest wyjątkowo suchy, zainstaluj kilka prętów, rozstawiając je w odstępach co najmniej 6 stóp (3 m) i łącząc je razem gołym miedzianym przewodem, zakopanym. Alternatywnym podejściem jest zakopanie #6 (13 mm2), podwójnego #8 (8 mm2) lub większego gołego miedzianego przewodu w wykopie o długości co najmniej 100 stóp (30 m). (Goły miedziany przewód uziemiający można również poprowadzić wzdłuż dna wykopu, w którym znajdują się rury wodne lub kanalizacyjne lub inne przewody elektryczne). Możesz też przeciąć przewód uziemiający na pół i rozłożyć go w dwóch kierunkach. Podłącz jeden koniec każdego zakopanego przewodu do systemu uziemienia.
Spróbuj skierować część systemu do wilgotniejszych obszarów, takich jak odpływ z dachu lub podlewanie roślin. Jeśli w pobliżu znajduje się stalowa obudowa studni, możesz użyć jej jako pręta uziemiającego (wykonaj mocne, przykręcane połączenie z obudową).
W wilgotnym klimacie betonowe stopy zespołu montowanego na ziemi lub słupie, lub wieża generatora wiatrowego, lub pręty uziemiające zatopione w betonie nie zapewnią idealnego uziemienia. W tych miejscach beton będzie zazwyczaj mniej przewodzący niż wilgotna gleba otaczająca fundamenty. Jeśli tak jest, zainstaluj pręt uziemiający w ziemi obok betonu u podstawy zespołu lub u podstawy wieży generatora wiatrowego i przy każdej kotwicy odciągu, a następnie połącz je wszystkie razem gołym, zakopanym przewodem.
W suchym lub jałowym klimacie często jest odwrotnie — betonowe fundamenty mogą mieć wyższą zawartość wilgoci niż otaczająca gleba i oferować ekonomiczną możliwość uziemienia. Jeśli w betonie ma być osadzony pręt zbrojeniowy o długości 20 stóp (lub dłuższy), sam pręt zbrojeniowy może służyć jako pręt uziemiający. (Uwaga: należy to zaplanować przed wylaniem betonu). Ta metoda uziemienia jest powszechna w suchych miejscach i jest opisana w NEC, Artykuł 250.52 (A3), „Elektroda w obudowie betonowej”.
Jeśli nie jesteś pewien, jaka metoda uziemienia jest najlepsza dla Twojej lokalizacji, porozmawiaj ze swoim inspektorem elektrycznym podczas fazy projektowania systemu. Nie możesz mieć zbyt dużo uziemienia. W suchym miejscu wykorzystaj każdą okazję, aby zainstalować nadmiarowe pręty uziemiające, zakopane przewody itp. Aby uniknąć korozji, używaj wyłącznie zatwierdzonego sprzętu do wykonywania połączeń z prętami uziemiającymi. Użyj miedzianych śrub rozdzielających, aby niezawodnie łączyć przewody uziemiające.
Uziemienie obwodów zasilania
W przypadku okablowania budynku NEC wymaga, aby jedna strona systemu zasilania prądem stałym była podłączona — lub „połączona” — do uziemienia. Część prądu przemiennego takiego systemu musi być również uziemiona w konwencjonalny sposób każdego systemu podłączonego do sieci. (Dotyczy to Stanów Zjednoczonych. W innych krajach normą są nieuziemione obwody zasilania.) Uziemienie systemu zasilania jest wymagane w przypadku nowoczesnego systemu domowego w Stanach Zjednoczonych. Istotne jest, aby ujemny przewód prądu stałego i neutralny przewodu prądu przemiennego były połączone z uziemieniem tylko w jednym punkcie w ich odpowiednich systemach i oba w tym samym punkcie w systemie uziemienia. Odbywa się to w centralnym panelu zasilania.
Producenci niektórych samodzielnych systemów jednofunkcyjnych (takich jak pompy wodne zasilane energią słoneczną i przekaźniki radiowe) zalecają nieuziemianie obwodu zasilania. Szczegółowe zalecenia można znaleźć w instrukcji producenta.
Okablowanie macierzowe i technika „skrętki”
Okablowanie sieci powinno wykorzystywać minimalne długości przewodów, wciśnięte w metalową ramę. Przewody dodatnie i ujemne powinny być równej długości i w miarę możliwości przebiegać razem. Zminimalizuje to indukcję nadmiernego napięcia między przewodami. Metalowy kanał (uziemiony) dodaje również warstwę ochrony. Zakopuj długie przewody zewnętrzne zamiast prowadzić je nad głową. Przewód o długości 100 stóp (30 m) lub dłuższy jest jak antena — będzie odbierał przepięcia nawet od piorunów w chmurach. Podobne przepięcia mogą nadal występować, nawet jeśli przewody są zakopane, ale większość instalatorów zgadza się, że zakopane okablowanie transmisyjne dodatkowo ogranicza możliwość uszkodzenia przez pioruny.
Prostą strategią na zmniejszenie podatności na przepięcia jest technika „skrętki”, która pomaga wyrównać i zniwelować wszelkie napięcia indukowane między dwoma lub większą liczbą przewodników. Znalezienie odpowiedniego kabla zasilającego, który jest już skręcony, może być trudne, więc oto, co należy zrobić: Rozłóż parę przewodów zasilających wzdłuż ziemi. Włóż patyk między przewody i skręć je ze sobą. Co 30 stóp (10 m) zmieniaj kierunek. (Jest to znacznie łatwiejsze niż próba skręcenia całej odległości w jednym kierunku.) Wiertarka elektryczna może być czasami używana do skręcania przewodów, w zależności od rozmiaru przewodu. Po prostu zabezpiecz końce przewodów w uchwycie wiertarki i pozwól, aby działanie wiertarki skręciło przewody ze sobą. Upewnij się, że używasz wiertarki z najniższą możliwą prędkością, jeśli wypróbujesz tę technikę.
Przewód uziemiający nie musi być skręcony z przewodami zasilającymi. W przypadku przewodów podziemnych należy używać gołego przewodu miedzianego; jeśli używasz kanału, poprowadź przewód uziemiający poza kanałem. Dodatkowy kontakt uziemiający poprawi uziemienie systemu.
Użyj skrętki do wszelkich kabli komunikacyjnych lub sterujących (na przykład kabla przełącznika pływakowego do wyłączania pompy solarnej przy pełnym zbiorniku). Ten mniejszy przewód jest łatwo dostępny w postaci wstępnie skręconych, wieloparowych lub jednoparowych kabli. Możesz również kupić ekranowany kabel skrętkowy, który ma metalową folię otaczającą skręcone przewody, a zazwyczaj także oddzielny, goły przewód „odpływowy”. Uziem ekran kabla i przewód odpływowy tylko na jednym końcu, aby wyeliminować możliwość utworzenia pętli uziemienia (mniej bezpośredniej ścieżki do uziemienia) w okablowaniu.
Dodatkowa ochrona odgromowa
Oprócz kompleksowych działań uziemiających, w przypadku obiektów, w których występują następujące warunki, zaleca się stosowanie specjalistycznych urządzeń ochrony przeciwprzepięciowej i (ewentualnie) piorunochronów:
• Odosobnione miejsce na wzniesieniu w obszarze występowania silnych piorunów
• Sucha, kamienista lub w inny sposób słabo przewodząca gleba
• Przewód jest dłuższy niż 100 stóp (30 m)
Odgromniki
Ograniczniki przepięć (przepięć) są zaprojektowane tak, aby pochłaniać skoki napięcia spowodowane burzami elektrycznymi (lub zasilaniem poza specyfikacją) i skutecznie pozwalać przepięciom ominąć okablowanie zasilające i sprzęt. Ograniczniki przepięć powinny być instalowane na obu końcach każdego długiego przewodu podłączonego do dowolnej części systemu, w tym linii prądu przemiennego z falownika. Ograniczniki są przeznaczone do różnych napięć zarówno prądu przemiennego, jak i stałego. Upewnij się, że używasz odpowiednich ograniczników do swojego zastosowania. Wielu instalatorów systemów rutynowo używa ograniczników przepięć Delta, które są niedrogie i zapewniają pewną ochronę w miejscach, w których zagrożenie piorunem jest umiarkowane, ale te urządzenia nie są już wymienione na liście UL.
Ograniczniki PolyPhaser i Transtector to wysokiej jakości produkty do miejsc narażonych na wyładowania atmosferyczne i większych instalacji. Te wytrzymałe jednostki oferują solidną ochronę i kompatybilność z szeroką gamą napięć systemowych. Niektóre urządzenia mają wskaźniki pokazujące tryby awarii.
Piorunochrony
„Piorunochrony” to urządzenia wyładowcze, które są umieszczane nad budynkami i panelami solarno-elektrycznymi i podłączone do uziemienia. Mają one zapobiegać gromadzeniu się ładunku statycznego i ewentualnej jonizacji otaczającej atmosfery. Mogą pomóc zapobiec uderzeniu i zapewnić ścieżkę dla bardzo wysokiego prądu do uziemienia, jeśli uderzenie nastąpi. Nowoczesne urządzenia mają kształt kolca, często z wieloma punktami.
Pręty odgromowe są zazwyczaj używane tylko w miejscach, w których występują ekstremalne burze elektryczne. Jeśli uważasz, że Twoja strona należy do tej kategorii, zatrudnij wykonawcę, który ma doświadczenie w ochronie odgromowej. Jeśli instalator Twojego systemu nie ma odpowiednich kwalifikacji, rozważ konsultację ze specjalistą ds. ochrony odgromowej przed zainstalowaniem systemu. Jeśli to możliwe, wybierz instalatora PV z certyfikatem North American Board of Certified Energy Practitioners (NABCEP) (patrz Access). Chociaż certyfikat ten nie dotyczy konkretnie ochrony odgromowej, może być wskaźnikiem ogólnego poziomu kompetencji instalatora.
Z oczu, nie z serca
Wiele prac związanych z ochroną przed piorunami jest zakopanych i niewidocznych. Aby mieć pewność, że zostaną wykonane prawidłowo, wpisz to do umowy(umów) z instalatorem systemu, elektrykiem, koparką, hydraulikiem, wiertarzem studni lub kimkolwiek, kto wykonuje prace ziemne, które będą obejmować system uziemienia.
Czas publikacji: 10-08-2020