كيف تحمي نظام الطاقة الشمسية من البرق

البرق هو سبب شائع للفشل في أنظمة الطاقة الكهروضوئية (PV) وطاقة الرياح.يمكن أن تحدث زيادة ضارة من البرق الذي يضرب مسافة طويلة من النظام ، أو حتى بين السحب.لكن معظم الأضرار التي تسببها الصواعق يمكن الوقاية منها.فيما يلي بعض الأساليب الأكثر فعالية من حيث التكلفة والتي يتم قبولها بشكل عام من قبل مُثبِّت أنظمة الطاقة ، بناءً على عقود من الخبرة.اتبع هذه النصيحة ، ولديك فرصة جيدة جدًا لتجنب أضرار البرق لنظام الطاقة المتجددة (RE).

احصل على الأرض

التأريض هو الأسلوب الأساسي للحماية من أضرار الصواعق.لا يمكنك إيقاف موجة البرق ، ولكن يمكنك منحها مسارًا مباشرًا إلى الأرض يتجاوز معداتك القيمة ، ويطلق بأمان التدفق إلى الأرض.سيؤدي المسار الكهربائي إلى الأرض باستمرار إلى تفريغ الكهرباء الساكنة التي تتراكم في هيكل فوق الأرض.في كثير من الأحيان ، هذا يمنع جاذبية البرق في المقام الأول.

موانع الصواعق وواقيات الصواعق مصممة لحماية المعدات الإلكترونية عن طريق امتصاص الاندفاعات الكهربائية.ومع ذلك ، فإن هذه الأجهزة ليست بديلاً عن التأريض الجيد.تعمل فقط بالتزامن مع التأريض الفعال.يعد نظام التأريض جزءًا مهمًا من البنية التحتية للأسلاك لديك.قم بتثبيته قبل أو أثناء تثبيت الأسلاك الكهربائية.خلاف ذلك ، بمجرد أن يعمل النظام ، قد لا يتم تحديد هذا المكون المهم في قائمة "المهام".

تتمثل الخطوة الأولى في التأريض في إنشاء مسار تفريغ إلى الأرض عن طريق ربط (ربط) جميع المكونات الهيكلية المعدنية والمرفقات الكهربائية ، مثل إطارات الوحدات الكهروضوئية ، ورفوف التركيب ، وأبراج مولد الرياح.يحدد القانون الوطني للكهرباء (NEC) والمادة 250 والمادة 690.41 حتى 690.47 أحجام الأسلاك المتوافقة مع الكود والمواد والتقنيات.تجنب الانحناءات الحادة في الأسلاك الأرضية - لا تحب موجات التيار المرتفعة الانعطاف إلى الزوايا الضيقة ويمكن أن تقفز بسهولة إلى الأسلاك القريبة.انتبه بشكل خاص لمرفقات الأسلاك النحاسية بالعناصر الهيكلية المصنوعة من الألومنيوم (خاصة إطارات الوحدات الكهروضوئية).استخدم موصلات تحمل علامة "AL / CU" ومثبتات من الفولاذ المقاوم للصدأ ، والتي تقلل من احتمالية التآكل.سيتم أيضًا توصيل الأسلاك الأرضية لكل من دوائر التيار المستمر والتيار المتردد بنظام التأريض هذا.(راجع مقالات ركن الكود حول تأريض مجموعة PV في HP102 و HP103 لمزيد من النصائح.)

قضبان الأرض

أضعف جانب في العديد من التركيبات هو الاتصال بالأرض نفسها.بعد كل شيء ، لا يمكنك فقط ربط سلك بالكوكب!بدلاً من ذلك ، يجب أن تدفن أو تدق قضيبًا من معدن موصل وغير قابل للتآكل (نحاس بشكل عام) في الأرض ، وتأكد من أن معظم ملامسات مساحة سطحه موصلة للتربة (وهذا يعني رطبة).بهذه الطريقة ، عندما تنخفض الكهرباء الساكنة أو زيادة التيار ، يمكن للإلكترونات أن تتدفق إلى الأرض بأقل مقاومة.

بطريقة مشابهة لكيفية تبديد حقل التصريف للماء ، يعمل التأريض على تبديد الإلكترونات.إذا لم يتم تفريغ أنبوب الصرف بشكل كافٍ في الأرض ، تحدث عمليات النسخ الاحتياطي.عندما تعود الإلكترونات للخلف ، فإنها تقفز الفجوة (لتشكيل قوس كهربائي) إلى أسلاك الطاقة الخاصة بك ، من خلال المعدات الخاصة بك ، وبعد ذلك فقط على الأرض.

لمنع حدوث ذلك ، قم بتركيب قضيب أرضي مطلي بالنحاس بطول 8 أقدام (2.4 م) و 5/8 بوصة (16 مم) ، ويفضل أن يكون ذلك في أرض رطبة.عادة ما يكون قضيب واحد غير كافٍ ، خاصة في الأرض الجافة.في المناطق التي تصبح فيها الأرض جافة للغاية ، قم بتركيب عدة قضبان ، مع المباعدة بينها بمسافة 6 أقدام (3 أمتار) على الأقل وربطها ببعضها البعض بأسلاك نحاسية عارية مدفونة.تتمثل الطريقة البديلة في دفن # 6 (13 مم 2) أو مزدوج # 8 (8 مم 2) أو سلك نحاسي عاري أكبر في خندق لا يقل طوله عن 100 قدم (30 مترًا).(يمكن أيضًا تشغيل السلك الأرضي النحاسي العاري على طول الجزء السفلي من الخندق الذي يحمل المياه أو أنابيب الصرف الصحي أو الأسلاك الكهربائية الأخرى.) أو قم بقطع السلك الأرضي إلى نصفين ونشره في اتجاهين.قم بتوصيل أحد طرفي كل سلك مدفون بنظام التأريض.

حاول توجيه جزء من النظام إلى مناطق أكثر رطوبة ، مثل مكان تصريف السقف أو مكان ري النباتات.إذا كان هناك غلاف بئر فولاذي قريب ، فيمكنك استخدامه كقضيب أرضي (قم بعمل اتصال قوي ومثبت بمسامير للغلاف).

في المناخات الرطبة ، لن توفر الأسطح الخرسانية لمجموعة مثبتة على الأرض أو العمود ، أو برج مولد الرياح ، أو قضبان الأرض المغطاة بالخرسانة أساسًا مثاليًا.في هذه المواقع ، تكون الخرسانة عادة أقل موصلة من التربة الرطبة المحيطة بالقاعدة.إذا كانت هذه هي الحالة ، فقم بتثبيت قضيب أرضي في الأرض بجوار الخرسانة عند قاعدة المصفوفة ، أو عند قاعدة برج مولد الرياح الخاص بك وفي كل مرساة سلك شد ، ثم قم بتوصيلهم جميعًا معًا بسلك مكشوف ومدفون.

في المناخات الجافة أو الجافة ، غالبًا ما يكون العكس صحيحًا - قد تحتوي الأسطح الخرسانية على محتوى رطوبة أعلى من التربة المحيطة ، وتوفر فرصة اقتصادية للتأريض.إذا تم تثبيت حديد التسليح الذي يبلغ طوله 20 قدمًا (أو أطول) في الخرسانة ، فيمكن أن يعمل حديد التسليح نفسه كقضيب أرضي.(ملاحظة: يجب التخطيط لذلك قبل صب الخرسانة.) طريقة التأريض هذه شائعة في المواقع الجافة ، وهي موصوفة في NEC ، المادة 250.52 (A3) ، "القطب الكهربائي المغلف بالخرسانة."

إذا لم تكن متأكدًا من أفضل طريقة تأريض لموقعك ، فتحدث مع المفتش الكهربائي أثناء مرحلة تصميم نظامك.لا يمكن أن يكون لديك الكثير من التأريض.في مكان جاف ، استغل كل فرصة لتركيب قضبان أرضية زائدة عن الحاجة ، وسلك مدفون ، وما إلى ذلك. لتجنب التآكل ، استخدم الأجهزة المعتمدة فقط لإجراء التوصيلات بقضبان الأرض.استخدم مسامير ملولبة نحاسية لتوصيل الأسلاك الأرضية بشكل موثوق.

دوائر طاقة التأريض

بالنسبة لتوصيلات الأسلاك ، تتطلب NEC توصيل جانب واحد من نظام طاقة التيار المستمر - أو "ربطه" - بالأرض.يجب أيضًا تأريض جزء التيار المتردد من هذا النظام بالطريقة التقليدية لأي نظام متصل بالشبكة.(هذا صحيح في الولايات المتحدة. في البلدان الأخرى ، دوائر الطاقة غير المؤرضة هي القاعدة). مطلوب تأريض نظام الطاقة لنظام منزلي حديث في الولايات المتحدة.من الضروري أن يتم ربط سالب التيار المستمر والتيار المتردد المحايد بالأرض عند نقطة واحدة فقط في أنظمتهما ، وكلاهما في نفس النقطة في نظام التأريض.يتم ذلك في لوحة الطاقة المركزية.

يوصي منتجو بعض الأنظمة أحادية الغرض والمستقلة (مثل مضخات المياه بالطاقة الشمسية وأجهزة إعادة الإرسال اللاسلكي) بعدم تأريض دائرة الطاقة.الرجوع إلى تعليمات الشركة المصنعة للحصول على توصيات محددة.

تقنية أسلاك المصفوفة و "الزوج الملتوي"

يجب أن تستخدم أسلاك المصفوفة أطوالًا دنيا من الأسلاك ، مدسوسة في الإطار المعدني.يجب أن تكون الأسلاك الموجبة والسالبة متساوية الطول ، وأن يتم تشغيلها معًا كلما أمكن ذلك.سيؤدي ذلك إلى تقليل تحريض الجهد الزائد بين الموصلات.تضيف القناة المعدنية (المؤرضة) أيضًا طبقة من الحماية.دفن الأسلاك الخارجية الطويلة بدلاً من تشغيلها في الأعلى.يشبه تشغيل السلك الذي يبلغ طوله 100 قدم (30 مترًا) أو أكثر الهوائي - سيتلقى ارتفاعات مفاجئة حتى من البرق في السحب.لا يزال من الممكن حدوث ارتفاعات مماثلة حتى لو تم دفن الأسلاك ، لكن معظم القائمين بالتركيب يتفقون على أن أسلاك النقل المدفونة تحد من إمكانية حدوث أضرار البرق.

تتمثل الإستراتيجية البسيطة لتقليل القابلية للتأثر بالارتفاعات في تقنية "الزوج الملتوي" ، والتي تساعد على معادلة وإلغاء أي جهد مستحث بين اثنين أو أكثر من الموصلات.قد يكون من الصعب العثور على كبل طاقة مناسب ملتوي بالفعل ، لذا إليك ما يجب فعله: ضع زوجًا من أسلاك الطاقة على الأرض.أدخل عصا بين الأسلاك ولفها معًا.كل 30 قدمًا (10 أمتار) ، قم بتبديل الاتجاه.(هذا أسهل بكثير من محاولة تحريف المسافة بأكملها في اتجاه واحد.) يمكن أحيانًا استخدام المثقاب الكهربائي في تحريف الأسلاك أيضًا ، اعتمادًا على حجم السلك.فقط قم بتأمين نهايات الأسلاك في ظرف المثقاب واترك عمل المثقاب يلف الكابلات معًا.تأكد من تشغيل المثقاب بأدنى سرعة ممكنة إذا جربت هذه التقنية.

لا يلزم لف السلك الأرضي بأسلاك الطاقة.بالنسبة للدفن ، استخدم الأسلاك النحاسية العارية ؛إذا كنت تستخدم القناة ، فقم بتشغيل السلك الأرضي خارج القناة.سيؤدي التلامس الأرضي الإضافي إلى تحسين تأريض النظام.

استخدم كبل مزدوج مجدول لأي كبلات اتصال أو تحكم (على سبيل المثال ، كبل مفتاح تعويم لإغلاق الخزان الكامل لمضخة المياه بالطاقة الشمسية).يتوفر هذا السلك ذو المقياس الأصغر بسهولة في الكابلات الملتوية مسبقًا أو المتعددة أو أحادية الزوج.يمكنك أيضًا شراء كبل مزدوج مجدول محمي يحتوي على رقائق معدنية تحيط بالأسلاك الملتوية ، وسلك "تصريف" منفصل أيضًا.قم بتأريض درع الكبل وسلك التصريف في طرف واحد فقط ، للتخلص من إمكانية إنشاء حلقة أرضية (مسار أقل مباشرة إلى الأرض) في الأسلاك.

حماية إضافية من الصواعق

بالإضافة إلى إجراءات التأريض المكثفة ، يوصى باستخدام أجهزة الحماية من زيادة التيار المتخصص و (ربما) قضبان الصواعق للمواقع التي بها أي من الشروط التالية:
• موقع معزول على أرض مرتفعة في منطقة برق شديد
• التربة الجافة أو الصخرية أو سيئة التوصيل بأي طريقة أخرى
• يعمل السلك أطول من 100 قدم (30 مترًا)

مانعات الصواعق

تم تصميم موانع الصواعق (الصواعق) لامتصاص ارتفاعات الجهد التي تسببها العواصف الكهربائية (أو طاقة المرافق غير المطابقة للمواصفات) ، والسماح بشكل فعال للاندفاع بتجاوز أسلاك الطاقة ومعداتك.يجب تثبيت واقيات التيار الكهربائي على طرفي أي سلك طويل متصل بأي جزء من نظامك ، بما في ذلك خطوط التيار المتردد من العاكس.تصنع الموانع لجهود مختلفة لكل من التيار المتردد والتيار المستمر.تأكد من استخدام الموانع المناسبة لتطبيقك.يستخدم العديد من مُثبِّت النظام بشكل روتيني مانعات الصواعق من دلتا ، وهي غير مكلفة وتوفر بعض الحماية حيث يكون خطر الصواعق معتدلاً ، ولكن هذه الوحدات لم تعد مدرجة في قوائم UL.

تعد مانعات PolyPhaser و Transtector من المنتجات عالية الجودة للمواقع المعرضة للصواعق والمنشآت الأكبر حجمًا.توفر هذه الوحدات المتينة حماية قوية وتوافق مع مجموعة متنوعة من الفولتية للنظام.تحتوي بعض الأجهزة على مؤشرات لعرض أوضاع الفشل.

قضبان البرق

"قضبان الصواعق" هي أجهزة تفريغ ثابتة توضع فوق المباني ومصفوفات الطاقة الشمسية الكهربية ومتصلة بالأرض.وهي تهدف إلى منع تراكم الشحنات الساكنة والتأين النهائي للغلاف الجوي المحيط.يمكن أن تساعد في منع الضربة ، ويمكن أن توفر مسارًا لتيار عالي جدًا إلى الأرض في حالة حدوث ضربة.الأجهزة الحديثة على شكل مسمار ، غالبًا بنقاط متعددة.

عادة ما تستخدم قضبان الإضاءة فقط في المواقع التي تتعرض لعواصف كهربائية شديدة.إذا كنت تعتقد أن موقعك يقع ضمن هذه الفئة ، فقم بتعيين مقاول لديه خبرة في الحماية من الصواعق.إذا لم يكن مثبت النظام لديك مؤهلاً لذلك ، ففكر في استشارة أخصائي الحماية من الصواعق قبل تثبيت النظام.إن أمكن ، حدد مُثبِّت PV معتمدًا من مجلس أمريكا الشمالية لممارسي الطاقة المعتمدين (NABCEP) (انظر الوصول).على الرغم من أن هذه الشهادة ليست خاصة بالحماية من الصواعق ، إلا أنها يمكن أن تكون مؤشرًا على مستوى الكفاءة العامة للمثبت.

بعيدا عن الأنظار وليس من العقل

تم دفن الكثير من أعمال الحماية من الصواعق وبعيدًا عن الأنظار.للمساعدة في ضمان تنفيذ ذلك بشكل صحيح ، اكتبه في العقد (العقود) الخاص بك مع مُثبِّت النظام ، أو كهربائي ، أو حفارة ، أو سباك ، أو عامل حفر الآبار ، أو أي شخص يقوم بأعمال الحفر التي ستحتوي على نظام التأريض الخاص بك.