Pioruny są częstą przyczyną awarii systemów fotowoltaicznych (PV) i wiatrowo-elektrycznych. W wyniku uderzenia pioruna w dużą odległość od systemu lub nawet pomiędzy chmury może dojść do szkodliwego przepięcia. Jednak większości szkód spowodowanych przez pioruny można zapobiec. Oto niektóre z najbardziej opłacalnych technik, które są ogólnie akceptowane przez instalatorów systemów elektroenergetycznych, w oparciu o dziesięciolecia doświadczeń. Postępuj zgodnie z tą radą, a masz bardzo duże szanse na uniknięcie uszkodzeń spowodowanych wyładowaniami atmosferycznymi w systemie energii odnawialnej (RE).
Uziemij się
Uziemienie jest najbardziej podstawową techniką ochrony przed wyładowaniami atmosferycznymi. Nie możesz zatrzymać wyładowania atmosferycznego, ale możesz zapewnić mu bezpośrednią ścieżkę do ziemi, która ominie Twój cenny sprzęt i bezpiecznie rozładuje udar do ziemi. Ścieżka elektryczna do uziemienia będzie stale rozładowywać elektryczność statyczną, która gromadzi się w konstrukcji nadziemnej. Często zapobiega to przede wszystkim przyciąganiu pioruna.
Odgromniki i ochronniki przeciwprzepięciowe przeznaczone są do ochrony sprzętu elektronicznego poprzez pochłanianie przepięć elektrycznych. Urządzenia te nie zastępują jednak dobrego uziemienia. Działają tylko w połączeniu ze skutecznym uziemieniem. System uziemienia jest ważną częścią infrastruktury okablowania. Zainstaluj go przed lub w trakcie instalowania przewodów zasilających. W przeciwnym razie, gdy system zacznie działać, ten ważny element może nigdy nie zostać odznaczony na liście „do zrobienia”.
Pierwszym krokiem w uziemieniu jest skonstruowanie ścieżki wyładowczej do ziemi poprzez połączenie (połączenie) wszystkich metalowych elementów konstrukcyjnych i obudów elektrycznych, takich jak ramy modułów fotowoltaicznych, stojaki montażowe i wieże generatorów wiatrowych. Krajowy kodeks elektryczny (NEC), art. 250 i art. 690.41–690.47 określają zgodne z przepisami rozmiary przewodów, materiały i techniki. Unikaj ostrych zagięć przewodów uziemiających — wysokie skoki prądu nie lubią skręcać w ciasne zakręty i mogą łatwo przeskoczyć do pobliskich przewodów. Szczególną uwagę należy zwrócić na mocowania drutu miedzianego do aluminiowych elementów konstrukcyjnych (szczególnie ram modułów PV). Używaj złączy oznaczonych „AL/CU” i elementów złącznych ze stali nierdzewnej, które zmniejszają ryzyko korozji. Przewody uziemiające obwodów prądu stałego i przemiennego będą również podłączone do tego systemu uziemiającego. (Więcej porad można znaleźć w artykułach Code Corner na temat uziemienia paneli fotowoltaicznych w modelach HP102 i HP103.)
Pręty uziemiające
Najsłabszym aspektem wielu instalacji jest połączenie z samą ziemią. W końcu nie można po prostu przykręcić drutu do planety! Zamiast tego należy wbić lub wbić pręt z przewodzącego, niekorozyjnego metalu (zazwyczaj miedzi) w ziemię i upewnić się, że większość jego powierzchni styka się z przewodzącą (to znaczy wilgotną) glebą. W ten sposób, gdy w linii pojawi się elektryczność statyczna lub przepięcie, elektrony będą mogły spływać do ziemi przy minimalnym oporze.
Podobnie jak pole drenażowe rozprasza wodę, uziemienie rozprasza elektrony. Jeżeli rura spustowa nie odprowadza wody do gruntu w sposób wystarczający, powstają kopie zapasowe. Kiedy elektrony cofają się, przeskakują przerwę (tworząc łuk elektryczny) do przewodów zasilających, przez sprzęt i dopiero potem do masy.
Aby temu zapobiec, należy zainstalować jeden lub więcej miedziowanych prętów uziemiających o długości 8 stóp (2,4 m) i średnicy 16 mm (5/8 cala), najlepiej w wilgotnej ziemi. Pojedynczy pręt zwykle nie wystarcza, zwłaszcza na suchym podłożu. W obszarach, w których ziemia staje się wyjątkowo sucha, zainstaluj kilka prętów, rozmieszczonych w odległości co najmniej 6 stóp (3 m) od siebie i łącząc je ze sobą gołym drutem miedzianym, zakopanym. Alternatywne podejście polega na zakopaniu gołego drutu miedzianego nr 6 (13 mm2), podwójnego nr 8 (8 mm2) lub większego w rowie o długości co najmniej 100 stóp (30 m). (Goły miedziany przewód uziemiający można również poprowadzić wzdłuż dna rowu, w którym znajdują się rury wodociągowe, kanalizacyjne lub inne przewody elektryczne.) Można też przeciąć przewód uziemiający na pół i rozłożyć go w dwóch kierunkach. Podłącz jeden koniec każdego zakopanego przewodu do systemu uziemiającego.
Spróbuj poprowadzić część systemu do bardziej wilgotnych obszarów, np. miejsc, w których odprowadzana jest woda z dachu lub miejsc, w których mają być podlewane rośliny. Jeżeli w pobliżu znajduje się stalowa obudowa studni, można ją wykorzystać jako pręt uziemiający (wykonać mocne połączenie śrubowe z obudową).
W wilgotnym klimacie betonowe stopy zestawu montowanego na ziemi lub na słupie, wieża generatora wiatrowego lub pręty uziomowe zatopione w betonie nie zapewnią idealnego uziemienia. W takich miejscach beton będzie zazwyczaj mniej przewodzący niż wilgotna gleba otaczająca stopy. W takim przypadku zainstaluj pręt uziemiający w ziemi obok betonu u podstawy układu lub u podstawy wieży generatora wiatrowego i przy każdej kotwie z drutu odciągowego, a następnie połącz je wszystkie razem gołym, zakopanym drutem.
W suchym lub suchym klimacie często zdarza się sytuacja odwrotna — stopy betonowe mogą mieć wyższą zawartość wilgoci niż otaczająca gleba i zapewniają 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 lokalizacjach i jest opisana w NEC, artykuł 250.52 (A3), „Elektroda w obudowie betonowej”.
Jeżeli nie masz pewności co do najlepszej metody uziemienia dla Twojej lokalizacji, porozmawiaj ze swoim inspektorem ds. instalacji elektrycznych na etapie projektowania systemu. Nie można mieć zbyt dużego uziemienia. W suchym miejscu należy wykorzystywać każdą okazję do montażu zbędnych prętów uziemiających, zakopanych przewodów itp. Aby uniknąć korozji, do wykonywania połączeń z prętami uziemiającymi należy używać wyłącznie zatwierdzonego sprzętu. Do niezawodnego łączenia przewodów uziemiających należy używać miedzianych śrub dzielonych.
Uziemienie obwodów zasilania
W przypadku okablowania budynków NEC wymaga, aby jedna strona systemu zasilania prądem stałym była podłączona – czyli „połączona” – z uziemieniem. Część prądu przemiennego takiego systemu musi być również uziemiona w konwencjonalny sposób każdego systemu podłączonego do sieci. (Dotyczy to Stanów Zjednoczonych. W innych krajach nieuziemione obwody zasilania są normą). W nowoczesnym systemie domowym w Stanach Zjednoczonych wymagane jest uziemienie systemu zasilania. Istotne jest, aby przewód ujemny prądu stałego i przewód neutralny prądu przemiennego były połączone z uziemieniem tylko w jednym punkcie w odpowiednich systemach i oba w tym samym punkcie systemu uziemienia. Odbywa się to na centralnym panelu zasilania.
Producenci niektórych samodzielnych systemów przeznaczonych do jednego celu (takich jak słoneczne pompy wodne i wzmacniacze radiowe) zalecają, aby nie uziemiać obwodu zasilania. Szczegółowe zalecenia można znaleźć w instrukcjach producenta.
Okablowanie macierzowe i technika „skrętki”.
Okablowanie układu powinno wykorzystywać przewody o minimalnej długości, umieszczone w metalowej ramie. Przewody dodatni i ujemny powinny mieć tę samą długość i, jeśli to możliwe, być prowadzone razem. Zminimalizuje to indukcję nadmiernego napięcia pomiędzy przewodnikami. Metalowy przewód (uziemiony) również stanowi warstwę ochronną. Zakop długie przewody na zewnątrz zamiast prowadzić je nad głową. Przewód o długości 30 m lub większej działa jak antena — odbiera 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 piorun.
Prostą strategią zmniejszania podatności na przepięcia jest technika „skrętki”, która pomaga wyrównać i wyeliminować wszelkie napięcia indukowane pomiędzy dwoma lub większą liczbą przewodników. Znalezienie odpowiedniego, już skręconego kabla zasilającego może być trudne, dlatego oto, co należy zrobić: Ułóż parę przewodów zasilających wzdłuż ziemi. Włóż patyk pomiędzy przewody i skręć je ze sobą. Co 30 stóp (10 m) zmieniaj kierunek. (Jest to znacznie łatwiejsze niż próba skręcenia całego przewodu w jednym kierunku.) Czasami do skręcenia przewodów można również użyć wiertarki elektrycznej, w zależności od rozmiaru przewodu. Wystarczy przymocować końce przewodów do uchwytu wiertarki i pozwolić, aby działanie wiertarki skręciło kable razem. Jeśli spróbujesz tej techniki, upewnij się, że wykonujesz wiertło z najniższą możliwą prędkością.
Przewód uziemiający nie musi być skręcony z przewodami zasilającymi. Do pochówków użyj gołego drutu miedzianego; jeśli używasz kanału kablowego, poprowadź przewód uziemiający na zewnątrz kanału. Dodatkowy styk uziemiający poprawi uziemienie systemu.
Do wszelkich kabli komunikacyjnych i sterujących należy stosować skrętkę dwużyłową (na przykład kabel wyłącznika pływakowego do odcinania pełnego zbiornika solarnej pompy wodnej). Ten drut o mniejszym przekroju jest łatwo dostępny w postaci kabli wstępnie skręconych, wielokrotnych lub jednoparowych. Można również kupić ekranowaną skrętkę dwużyłową, która ma metaliczną folię otaczającą skręcone przewody i zazwyczaj również oddzielny, goły przewód „drenowy”. Uziemić ekran kabla i przewód spustowy tylko na jednym końcu, aby wyeliminować możliwość utworzenia pętli uziemienia (mniej bezpośredniej ścieżki do masy) w okablowaniu.
Dodatkowa ochrona odgromowa
Oprócz szeroko zakrojonych środków uziemiających, w miejscach, w których występuje którykolwiek z poniższych warunków, zaleca się stosowanie specjalistycznych urządzeń przeciwprzepięciowych i (ewentualnie) piorunochronów:
• Odizolowane miejsce na wzniesieniu, w strefie występowania silnych wyładowań atmosferycznych
• Gleba sucha, kamienista lub w inny sposób słabo przewodząca
• Przewód jest dłuższy niż 100 stóp (30 m)
Łapacze Piorunów
Ograniczniki przepięć zostały zaprojektowane tak, aby absorbować skoki napięcia spowodowane burzami (lub energią elektryczną poza specyfikacją) i skutecznie umożliwiać przepięciom omijanie przewodów zasilających i sprzętu. Ochronniki przeciwprzepięciowe należy zainstalować na obu końcach każdego długiego przewodu podłączonego do dowolnej części systemu, w tym do linii prądu przemiennego z falownika. Ograniczniki produkowane są dla różnych napięć zarówno dla prądu przemiennego, jak i stałego. Należy pamiętać o zastosowaniu odpowiednich ograniczników dla danego zastosowania. Wielu instalatorów systemów rutynowo korzysta z ograniczników przepięć Delta, które są niedrogie i zapewniają pewną ochronę tam, gdzie zagrożenie wyładowaniami atmosferycznymi jest umiarkowane, ale jednostki te nie znajdują się już na liście UL.
Ograniczniki PolyPhaser i Transtector to wysokiej jakości produkty przeznaczone do miejsc narażonych na wyładowania atmosferyczne i większych instalacji. Te trwałe jednostki zapewniają solidną ochronę i kompatybilność z szeroką gamą napięć systemowych. Niektóre urządzenia mają wskaźniki wyświetlające tryby awarii.
Piorunochrony
„Piorunochrony” to urządzenia wyładowujące statyczne, które umieszcza się nad budynkami i panelami fotowoltaicznymi i podłącza do ziemi. Mają one zapobiegać gromadzeniu się ładunków statycznych i ewentualnej jonizacji otaczającej atmosfery. Mogą pomóc w zapobieganiu uderzeniom i mogą zapewnić ścieżkę dla bardzo wysokiego prądu do uziemienia w przypadku wystąpienia uderzenia. Nowoczesne urządzenia mają kształt kolca, często z wieloma punktami.
Pręty oświetleniowe są zwykle używane tylko w miejscach, w których występują ekstremalne burze z wyładowaniami elektrycznymi. Jeśli uważasz, że Twoja witryna należy do tej kategorii, zatrudnij wykonawcę, który ma doświadczenie w ochronie odgromowej. Jeżeli instalator systemu nie posiada takich kwalifikacji, przed instalacją systemu należy rozważyć konsultację ze specjalistą ds. ochrony odgromowej. Jeśli to możliwe, wybierz instalatora fotowoltaiki z certyfikatem North American Board of Certified Energy Practitioners (NABCEP) (patrz Dostęp). Chociaż certyfikat ten nie dotyczy wyłącznie ochrony odgromowej, może wskazywać ogólny poziom kompetencji instalatora.
Poza zasięgiem wzroku, nie poza umysłem
Wiele prac związanych z ochroną odgromową jest ukrytych i poza zasięgiem wzroku. Aby mieć pewność, że zostanie to wykonane prawidłowo, zapisz to w umowie z instalatorem systemu, elektrykiem, koparką, hydraulikiem, wiertnikiem studni lub kimkolwiek, kto wykonuje prace ziemne, które będą obejmować system uziemiający.
Czas publikacji: 10 sierpnia 2020 r