چگونه از سیستم انرژی خورشیدی خود در برابر رعد و برق محافظت کنید

رعد و برق یکی از علل شایع خرابی در سیستم های فتوولتائیک (PV) و باد-الکتریک است.یک موج مخرب می تواند در اثر رعد و برقی که به فاصله طولانی از سیستم یا حتی بین ابرها برخورد می کند، رخ دهد.اما بیشتر آسیب های صاعقه قابل پیشگیری هستند.در اینجا برخی از مقرون به صرفه ترین تکنیک هایی که به طور کلی توسط نصابان سیستم های قدرت پذیرفته شده اند، بر اساس دهه ها تجربه آورده شده است.این توصیه را دنبال کنید و شانس بسیار خوبی برای جلوگیری از آسیب صاعقه به سیستم انرژی تجدیدپذیر (RE) خود خواهید داشت.

زمینگیر شوید

زمین کردن اساسی ترین تکنیک برای محافظت در برابر آسیب صاعقه است.شما نمی توانید موج رعد و برق را متوقف کنید، اما می توانید یک مسیر مستقیم به زمین بدهید که تجهیزات ارزشمند شما را دور بزند و با خیال راحت موج را به زمین تخلیه کند.یک مسیر الکتریکی به سمت زمین دائماً الکتریسیته ساکن را که در یک سازه بالای زمین انباشته می شود تخلیه می کند.اغلب، این امر در وهله اول از جذب رعد و برق جلوگیری می کند.

صاعقه گیر و محافظ برق برای محافظت از تجهیزات الکترونیکی با جذب نوسانات الکتریکی طراحی شده اند.با این حال، این دستگاه ها جایگزینی برای زمین خوب نیستند.آنها فقط در ارتباط با زمین موثر عمل می کنند.سیستم زمین بخش مهمی از زیرساخت سیم کشی شما است.آن را قبل یا در حین نصب سیم کشی برق نصب کنید.در غیر این صورت، هنگامی که سیستم کار می کند، این مؤلفه مهم ممکن است هرگز در لیست "کارها" بررسی نشود.

مرحله اول در زمین‌سازی، ساخت یک مسیر تخلیه به زمین با اتصال (بهم پیوستن) تمام اجزای سازه فلزی و محفظه‌های الکتریکی، مانند قاب‌های ماژول PV، قفسه‌های نصب و برج‌های ژنراتور باد است.کد ملی برق (NEC)، ماده 250 و ماده 690.41 تا 690.47 اندازه، مواد و تکنیک های سیم مطابق با کد را مشخص می کند.از خم شدن تیز سیم‌های زمین خودداری کنید - نوسان‌های جریان بالا دوست ندارند گوشه‌های محکم بپیچند و به راحتی می‌توانند به سیم‌کشی نزدیک بپرند.توجه ویژه ای به اتصالات سیم مسی به عناصر ساختاری آلومینیومی (به ویژه قاب های ماژول PV) داشته باشید.از کانکتورهایی با برچسب "AL/CU" و بست های فولادی ضد زنگ استفاده کنید که پتانسیل خوردگی را کاهش می دهند.سیم های زمین هر دو مدار DC و AC نیز به این سیستم اتصال متصل خواهند شد.(برای مشاوره بیشتر به مقالات Code Corner در مورد زمین آرایه PV در HP102 و HP103 مراجعه کنید.)

میله های زمینی

ضعیف ترین جنبه بسیاری از تاسیسات، اتصال به خود زمین است.به هر حال، شما نمی توانید فقط یک سیم به سیاره بچسبانید!در عوض، باید میله ای از فلز رسانا و غیر خورنده (معمولا مس) را در زمین دفن کنید یا چکش بزنید و مطمئن شوید که بیشتر سطح آن با خاک رسانا (به معنی مرطوب) تماس دارد.به این ترتیب، هنگامی که الکتریسیته ساکن یا موجی از خط پایین می‌آید، الکترون‌ها می‌توانند با حداقل مقاومت به زمین تخلیه شوند.

به روشی مشابه با نحوه پراکنده شدن آب توسط یک میدان تخلیه، زمین برای پراکندگی الکترون ها عمل می کند.اگر یک لوله تخلیه به اندازه کافی در زمین تخلیه نشود، پشتیبان گیری اتفاق می افتد.هنگامی که الکترون‌ها به عقب برمی‌گردند، شکاف را (با تشکیل یک قوس الکتریکی) به سیم‌کشی برق، از طریق تجهیزات شما، و تنها پس از آن به زمین می‌پرند.

برای جلوگیری از این امر، یک یا چند میله زمینی با روکش مسی به طول 8 فوت (2.4 متر)، 5/8 اینچ (16 میلی متر) را ترجیحاً در زمین مرطوب نصب کنید.معمولاً یک میله به خصوص در زمین خشک کافی نیست.در مناطقی که زمین بسیار خشک می شود، چندین میله نصب کنید، آنها را حداقل 6 فوت (3 متر) از هم فاصله دهید و آنها را با سیم مسی لخت به هم وصل کنید.یک روش جایگزین این است که سیم مسی #6 (13 میلی‌متر مربع)، دو شماره 8 (8 میلی‌متر مربع)، یا سیم مسی لخت بزرگ‌تر را در یک سنگر به طول حداقل 100 فوت (30 متر) دفن کنید.(سیم زمین مسی لخت را نیز می توان در امتداد کف ترانشه ای که لوله های آب یا فاضلاب یا سیم های برق دیگر را حمل می کند، اجرا کرد.) یا سیم زمین را از وسط نصف کرده و در دو جهت پخش کنید.یک سر هر سیم مدفون را به سیستم زمین وصل کنید.

سعی کنید بخشی از سیستم را به مناطق مرطوب تر هدایت کنید، مانند جایی که سقف تخلیه می شود یا جایی که گیاهان قرار است آبیاری شوند.اگر در نزدیکی محفظه چاه فولادی وجود دارد، می توانید از آن به عنوان میله زمین استفاده کنید (اتصال محکم و پیچی به بدنه ایجاد کنید).

در آب و هوای مرطوب، پایه های بتنی یک آرایه نصب شده روی زمین یا قطب، یا یک برج مولد باد، یا میله های زمینی که در بتن محصور شده اند، زمین ایده آلی را ایجاد نمی کنند.در این مکان ها، بتن معمولا رسانایی کمتری نسبت به خاک مرطوب اطراف پایه ها خواهد داشت.اگر چنین است، یک میله زمین را در کنار بتن در پایه یک آرایه، یا در پایه برج ژنراتور بادی خود و در هر لنگر سیم پیچ نصب کنید، سپس همه آنها را با سیم خالی و مدفون به هم وصل کنید.

در آب و هوای خشک یا خشک، اغلب برعکس این امر صادق است - پایه های بتنی ممکن است رطوبت بیشتری نسبت به خاک اطراف داشته باشند و فرصتی اقتصادی برای زمین کردن فراهم کنند.اگر قرار باشد میلگرد 20 فوتی (یا بلندتر) در بتن جاسازی شود، خود میلگرد می تواند به عنوان میله زمین عمل کند.(توجه: این باید قبل از ریختن بتن برنامه ریزی شود.) این روش زمین کردن در مکان های خشک رایج است و در NEC، ماده 250.52 (A3)، "الکترود با محفظه بتن" توضیح داده شده است.

اگر از بهترین روش اتصال زمین برای مکان خود مطمئن نیستید، در مرحله طراحی سیستم خود با بازرس برق خود صحبت کنید.شما نمی توانید زمین بیش از حد داشته باشید.در یک مکان خشک، از هر فرصتی برای نصب میله های زمین اضافی، سیم مدفون و غیره استفاده کنید. برای جلوگیری از خوردگی، فقط از سخت افزار تایید شده برای اتصال به میله های زمین استفاده کنید.برای اتصال مطمئن سیم های زمین، از پیچ های اسپلیت مسی استفاده کنید.

مدارهای برق زمین

برای سیم کشی ساختمان، NEC نیاز دارد که یک طرف یک سیستم برق DC به زمین متصل شود یا "پیوند" شود.بخش AC چنین سیستمی نیز باید به روش معمولی هر سیستم متصل به شبکه به زمین متصل شود.(این در ایالات متحده صادق است. در کشورهای دیگر، مدارهای برق غیر زمینی معمول هستند.) اتصال زمین سیستم برق برای یک سیستم خانگی مدرن در ایالات متحده مورد نیاز است.ضروری است که منفی DC و خنثی AC تنها در یک نقطه از سیستم های مربوطه خود و هر دو به یک نقطه در سیستم اتصال به زمین متصل شوند.این کار در تابلو برق مرکزی انجام می شود.

تولیدکنندگان برخی از سیستم‌های تک منظوره و مستقل (مانند پمپ‌های آب خورشیدی و تکرارکننده‌های رادیویی) توصیه می‌کنند مدار برق را به زمین متصل نکنید.برای توصیه های خاص به دستورالعمل های سازنده مراجعه کنید.

سیم کشی آرایه و تکنیک "جفت پیچ خورده".

سیم کشی آرایه باید از حداقل طول سیم استفاده کند که در چارچوب فلزی قرار می گیرد.سیم های مثبت و منفی باید دارای طول مساوی باشند و در صورت امکان با هم اجرا شوند.این امر القای ولتاژ بیش از حد بین هادی ها را به حداقل می رساند.مجرای فلزی (زمین دار) همچنین یک لایه محافظ اضافه می کند.سیم‌های بلند در فضای باز را به جای اینکه روی سرشان اجرا کنید، دفن کنید.یک سیم از 100 فوت (30 متر) یا بیشتر مانند یک آنتن است - حتی از رعد و برق در ابرها موج می گیرد.حتی اگر سیم‌ها دفن شده باشند، جهش‌های مشابه همچنان ممکن است رخ دهد، اما اکثر نصاب‌ها توافق دارند که سیم‌کشی انتقال مدفون بیشتر احتمال آسیب صاعقه را محدود می‌کند.

یک استراتژی ساده برای کاهش حساسیت به نوسانات، تکنیک "جفت پیچ خورده" است که به یکسان سازی و خنثی کردن ولتاژهای القایی بین دو یا چند هادی کمک می کند.پیدا کردن کابل برق مناسب که قبلاً پیچ خورده باشد دشوار است، بنابراین کاری که باید انجام دهید این است: یک جفت سیم برق را در امتداد زمین قرار دهید.یک چوب بین سیم ها قرار دهید و آنها را به هم بچرخانید.هر 30 فوت (10 متر)، جهت را به طور متناوب تغییر دهید.(این بسیار ساده تر از تلاش برای چرخاندن کل فاصله در یک جهت است.) بسته به اندازه سیم، گاهی اوقات می توان از دریل برقی برای پیچاندن سیم کشی نیز استفاده کرد.فقط انتهای سیم کشی را در چاک مته محکم کنید و اجازه دهید تا عمل مته کابل ها را به هم بپیچد.اگر این تکنیک را امتحان می کنید، مطمئن شوید که مته را با کمترین سرعت ممکن اجرا کنید.

لازم نیست سیم زمین با سیم های برق پیچانده شود.برای دفن، از سیم مسی لخت استفاده کنید.اگر از مجرا استفاده می کنید، سیم زمین را خارج از مجرا بکشید.اتصال زمین اضافی باعث بهبود زمین سیستم می شود.

برای هر کابل ارتباطی یا کنترلی از کابل جفت تابیده استفاده کنید (به عنوان مثال، یک کابل سوئیچ شناور برای خاموش کردن کامل مخزن یک پمپ آب خورشیدی).این سیم گیج کوچکتر به راحتی در کابل های از پیش تابیده، چندتایی یا تک جفتی موجود است.همچنین می توانید کابل جفت پیچ خورده محافظ را خریداری کنید که دارای یک فویل فلزی در اطراف سیم های پیچ خورده است و معمولاً یک سیم "زهکشی" مجزا و خالی نیز دارد.محافظ کابل و سیم تخلیه را فقط در یک انتها زمین کنید تا احتمال ایجاد حلقه زمین (مسیر کمتر مستقیم به زمین) در سیم کشی از بین برود.

حفاظت اضافی در برابر صاعقه

علاوه بر اقدامات زمینی گسترده، دستگاه های تخصصی حفاظت از نوسانات و (احتمالا) صاعقه گیرها برای مکان هایی با هر یک از شرایط زیر توصیه می شود:
• مکان ایزوله در ارتفاعات در یک منطقه صاعقه شدید
• خاک خشک، صخره ای، یا در غیر این صورت با رسانایی ضعیف
• طول سیم بیشتر از 100 فوت (30 متر) است

صاعقه گیر

برقگیرهای رعد و برق (سرج) برای جذب نوک ولتاژ ناشی از طوفان های الکتریکی (یا برق غیرقابل پیش بینی) طراحی شده اند و به طور موثر اجازه می دهند نوسان سیم کشی برق و تجهیزات شما را دور بزند.محافظ برق باید در هر دو سر سیم بلندی که به هر قسمت از سیستم شما متصل است، از جمله خطوط AC از یک اینورتر، نصب شود.برقگیرها برای ولتاژهای مختلف برای هر دو AC و DC ساخته شده اند.حتما از برقگیرهای مناسب برای کاربرد خود استفاده کنید.بسیاری از نصب کنندگان سیستم به طور معمول از برقگیرهای دلتا استفاده می کنند که ارزان هستند و در مواردی که خطر صاعقه متوسط ​​است محافظت می کنند، اما این واحدها دیگر در فهرست UL نیستند.

برقگیرهای PolyPhaser و Transtector محصولاتی با کیفیت برای مکان های مستعد رعد و برق و تاسیسات بزرگتر هستند.این واحدهای بادوام محافظت قوی و سازگاری با طیف گسترده ای از ولتاژهای سیستم را ارائه می دهند.برخی از دستگاه ها دارای نشانگرهایی برای نمایش حالت های خرابی هستند.

صاعقه گیر

"رعد و برق" دستگاه های تخلیه ساکن هستند که در بالای ساختمان ها و آرایه های برق خورشیدی قرار می گیرند و به زمین متصل می شوند.آنها به منظور جلوگیری از تجمع بار استاتیک و یونیزاسیون نهایی جو اطراف هستند.آنها می توانند به جلوگیری از ضربه کمک کنند و در صورت وقوع ضربه می توانند مسیری را برای جریان بسیار زیاد به زمین فراهم کنند.دستگاه های مدرن به شکل سنبله هستند که اغلب دارای چندین نقطه هستند.

میله های روشنایی معمولاً فقط در مکان هایی استفاده می شوند که طوفان های الکتریکی شدید را تجربه می کنند.اگر فکر می کنید سایت شما در این دسته قرار می گیرد، پیمانکاری را استخدام کنید که در حفاظت در برابر صاعقه تجربه داشته باشد.اگر نصاب سیستم شما چندان واجد شرایط نیست، قبل از نصب سیستم با یک متخصص حفاظت در برابر صاعقه مشورت کنید.در صورت امکان، یک نصاب PV تایید شده از هیئت متخصصین انرژی آمریکای شمالی (NABCEP) را انتخاب کنید (به دسترسی مراجعه کنید).اگرچه این گواهینامه مختص حفاظت در برابر صاعقه نیست، اما می تواند نشان دهنده سطح صلاحیت کلی نصاب باشد.

از جلو چشم رفته ولی از یاد نرفته

بسیاری از کارهای حفاظتی در برابر صاعقه مدفون شده و دور از چشم است.برای اطمینان از اینکه کار به درستی انجام می شود، آن را در قرارداد(های) خود با نصاب سیستم، برقکار، بیل مکانیکی، لوله کش، حفاری چاه یا هرکسی که در حال انجام کارهای خاکی است که شامل سیستم زمین شما می شود، بنویسید.