كيف تحمي نظام الطاقة الشمسية الخاص بك من البرق

يعد البرق سببًا شائعًا لفشل الأنظمة الكهروضوئية وأنظمة طاقة الرياح. يمكن أن تحدث زيادة مدمرة نتيجة البرق الذي يضرب مسافة طويلة من النظام، أو حتى بين السحب. لكن معظم أضرار البرق يمكن الوقاية منها. فيما يلي بعض التقنيات الأكثر فعالية من حيث التكلفة والمقبولة بشكل عام من قبل القائمين على تركيب أنظمة الطاقة، بناءً على عقود من الخبرة. اتبع هذه النصيحة، وستكون لديك فرصة جيدة جدًا لتجنب حدوث ضرر صاعق لنظام الطاقة المتجددة (RE) الخاص بك.

الحصول على الارض

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

تم تصميم مانعات الصواعق وأجهزة الحماية من زيادة التيار لحماية المعدات الإلكترونية عن طريق امتصاص الزيادات الكهربائية. ومع ذلك، فإن هذه الأجهزة ليست بديلاً عن التأريض الجيد. إنها تعمل فقط بالتزامن مع التأريض الفعال. يعد نظام التأريض جزءًا مهمًا من البنية التحتية للأسلاك الخاصة بك. قم بتثبيته قبل أو أثناء تركيب أسلاك الطاقة. بخلاف ذلك، بمجرد أن يعمل النظام، قد لا يتم تحديد هذا المكون المهم أبدًا في قائمة "المهام".

الخطوة الأولى في التأريض هي إنشاء مسار تفريغ إلى الأرض عن طريق ربط (ربط) جميع المكونات الهيكلية المعدنية والمرفقات الكهربائية، مثل إطارات الوحدات الكهروضوئية، ورفوف التثبيت، وأبراج مولدات الرياح. يحدد قانون الكهرباء الوطني (NEC)، المادة 250 والمادة 690.41 إلى 690.47 أحجام الأسلاك والمواد والتقنيات المتوافقة مع الكود. تجنب الانحناءات الحادة في الأسلاك الأرضية، حيث أن التيارات العالية لا تحب أن تتحول إلى زوايا ضيقة ويمكن أن تقفز بسهولة إلى الأسلاك القريبة. انتبه بشكل خاص إلى ملحقات الأسلاك النحاسية بالعناصر الهيكلية المصنوعة من الألومنيوم (خاصة إطارات الوحدات الكهروضوئية). استخدم الموصلات التي تحمل العلامة "AL/CU" والمثبتات المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ، والتي تقلل من احتمالية التآكل. سيتم أيضًا توصيل الأسلاك الأرضية لدائرتي التيار المستمر والتيار المتردد بنظام التأريض هذا. (ارجع إلى مقالات Code Corner حول تأريض الصفيف الكهروضوئي في HP102 وHP103 لمزيد من النصائح.)

قضبان أرضية

أضعف جانب في العديد من المنشآت هو الاتصال بالأرض نفسها. ففي النهاية، لا يمكنك ربط سلك بالكوكب فحسب! بدلًا من ذلك، يجب عليك دفن أو طرق قضيب من المعدن الموصل وغير القابل للتآكل (النحاس عمومًا) في الأرض، والتأكد من أن معظم مساحة سطحه تلامس التربة الموصلة (وهذا يعني الرطبة). بهذه الطريقة، عندما تصل الكهرباء الساكنة أو التدفق المفاجئ إلى الخط، يمكن للإلكترونات أن تستنزف إلى الأرض بأقل قدر من المقاومة.

بطريقة مشابهة لكيفية تبديد الماء في حقل الصرف، يعمل التأريض على تبديد الإلكترونات. إذا لم يتم تفريغ أنبوب الصرف بشكل كافٍ في الأرض، فستحدث نسخ احتياطية. عندما تعود الإلكترونات إلى الخلف، فإنها تقفز الفجوة (تشكل قوسًا كهربائيًا) إلى أسلاك الطاقة الخاصة بك، من خلال أجهزتك، وعندها فقط إلى الأرض.

لمنع ذلك، قم بتركيب واحد أو أكثر من القضبان الأرضية المطلية بالنحاس بطول 8 أقدام (2.4 م) و5/8 بوصة (16 مم)، ويفضل أن يكون ذلك في التربة الرطبة. قضيب واحد عادة لا يكفي، خاصة في الأرض الجافة. في المناطق التي تصبح فيها الأرض جافة للغاية، قم بتركيب عدة قضبان، مع ترك مسافة لا تقل عن 6 أقدام (3 أمتار) بينها، ثم قم بتوصيلها معًا بسلك نحاسي مكشوف مدفون. الطريقة البديلة هي دفن سلك نحاسي رقم 6 (13 مم2) أو سلك نحاسي مزدوج رقم 8 (8 مم2) أو أكبر في خندق يبلغ طوله 100 قدم (30 مترًا) على الأقل. (يمكن أيضًا تمديد السلك الأرضي النحاسي العاري على طول الجزء السفلي من الخندق الذي يحمل أنابيب المياه أو 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 أماكن صرف المياه على الأسطح أو أماكن سقي النباتات. إذا كان هناك غلاف فولاذي قريب، يمكنك استخدامه كقضيب أرضي (قم بإجراء اتصال قوي بمسامير بالغلاف).

في المناخات الرطبة، لن توفر القواعد الخرسانية للمصفوفة المثبتة على الأرض أو العمود، أو برج مولد الرياح، أو القضبان الأرضية المغطاة بالخرسانة، تأريضًا مثاليًا. في هذه المواقع، عادة ما تكون الخرسانة أقل موصلية من التربة الرطبة المحيطة بالأساسات. إذا كان الأمر كذلك، قم بتركيب قضيب أرضي في الأرض بجوار الخرسانة عند قاعدة المصفوفة، أو عند قاعدة برج مولد الرياح الخاص بك وعند كل مرساة سلكية، ثم قم بتوصيلها جميعًا معًا بسلك مكشوف مدفون.

في المناخات الجافة أو القاحلة، غالبًا ما يكون العكس صحيحًا - فقد تحتوي القواعد الخرسانية على نسبة رطوبة أعلى من التربة المحيطة بها، وتوفر فرصة اقتصادية للتأريض. إذا كان سيتم تثبيت حديد التسليح الذي يبلغ طوله 20 قدمًا (أو أكثر) في الخرسانة، فيمكن أن يكون حديد التسليح نفسه بمثابة قضيب أرضي. (ملاحظة: يجب التخطيط لذلك قبل صب الخرسانة.) طريقة التأريض هذه شائعة في المواقع الجافة، وهي موصوفة في المادة 250.52 (A3) من اللجنة الوطنية للانتخابات، "القطب الكهربائي المغطى بالخرسانة".

إذا لم تكن متأكدًا من أفضل طريقة للتأريض لموقعك، فتحدث مع المفتش الكهربائي أثناء مرحلة تصميم النظام الخاص بك. لا يمكن أن يكون لديك الكثير من التأريض. في مكان جاف، استغل كل فرصة لتركيب قضبان أرضية زائدة وأسلاك مدفونة وما إلى ذلك. لتجنب التآكل، استخدم فقط الأجهزة المعتمدة لإجراء التوصيلات بالقضبان الأرضية. استخدم البراغي النحاسية لربط الأسلاك الأرضية بشكل موثوق.

دوائر الطاقة التأريض

بالنسبة لبناء الأسلاك، تتطلب NEC توصيل جانب واحد من نظام طاقة التيار المستمر - أو "ربطه" - بالأرض. يجب أيضًا تأريض جزء التيار المتردد في مثل هذا النظام بالطريقة التقليدية لأي نظام متصل بالشبكة. (وهذا صحيح في الولايات المتحدة. وفي بلدان أخرى، تعتبر دوائر الطاقة غير المؤرضة هي القاعدة.) إن تأريض نظام الطاقة مطلوب لنظام منزلي حديث في الولايات المتحدة. من الضروري أن يتم ربط التيار المستمر السالب والتيار المتردد المحايد بالأرض عند نقطة واحدة فقط في الأنظمة الخاصة بهما، وكلاهما بنفس النقطة في نظام التأريض. ويتم ذلك في لوحة الطاقة المركزية.

يوصي منتجو بعض الأنظمة المستقلة ذات الغرض الواحد (مثل مضخات المياه بالطاقة الشمسية ومكررات الراديو) بعدم تأريض دائرة الطاقة. راجع تعليمات الشركة المصنعة للحصول على توصيات محددة.

أسلاك المصفوفة وتقنية "الزوج الملتوي".

يجب أن تستخدم أسلاك المصفوفة الحد الأدنى من أطوال الأسلاك، الموجودة في الإطار المعدني. يجب أن تكون الأسلاك الموجبة والسالبة متساوية الطول، وأن يتم ربطها معًا كلما أمكن ذلك. سيؤدي ذلك إلى تقليل تحريض الجهد الزائد بين الموصلات. تضيف القناة المعدنية (المؤرضة) أيضًا طبقة من الحماية. قم بدفن الأسلاك الطويلة في الهواء الطلق بدلاً من تشغيلها فوق رأسك. إن سلكًا يبلغ طوله 100 قدم (30 مترًا) أو أكثر يشبه الهوائي، فهو سيستقبل زيادات حتى من البرق في السحب. لا يزال من الممكن حدوث زيادات مماثلة حتى لو كانت الأسلاك مدفونة، لكن معظم القائمين على التركيب يتفقون على أن أسلاك النقل المدفونة تحد بشكل أكبر من احتمال حدوث أضرار صاعقة.

هناك استراتيجية بسيطة لتقليل التعرض للزيادات المفاجئة وهي تقنية "الزوج الملتوي"، والتي تساعد على معادلة وإلغاء أي جهد مستحث بين اثنين أو أكثر من الموصلات. قد يكون من الصعب العثور على كابل طاقة مناسب ملتوي بالفعل، لذا إليك ما يجب فعله: ضع زوجًا من أسلاك الطاقة على طول الأرض. أدخل عصا بين الأسلاك، ولفها معًا. كل 30 قدمًا (10 أمتار)، قم بتبديل الاتجاه. (هذا أسهل بكثير من محاولة لف المسافة بأكملها في اتجاه واحد.) يمكن أحيانًا استخدام مثقاب كهربائي لتحريف الأسلاك أيضًا، اعتمادًا على حجم السلك. ما عليك سوى تأمين أطراف الأسلاك في ظرف المثقاب والسماح لحركة المثقاب بتحريف الكابلات معًا. تأكد من تشغيل المثقاب بأقل سرعة ممكنة إذا جربت هذه التقنية.

لا يلزم أن يكون السلك الأرضي ملتويًا بأسلاك الطاقة. بالنسبة لعمليات الدفن، استخدم الأسلاك النحاسية العارية؛ إذا كنت تستخدم القناة، قم بمد السلك الأرضي خارج القناة. سيؤدي الاتصال الأرضي الإضافي إلى تحسين تأريض النظام.

استخدم كبلًا مزدوجًا مجدولًا لأي كابلات اتصال أو تحكم (على سبيل المثال، كبل التبديل العائم لإغلاق الخزان بالكامل لمضخة المياه بالطاقة الشمسية). يتوفر هذا السلك ذو القياس الأصغر بسهولة في كبلات ملتوية مسبقًا أو متعددة أو زوج واحد. يمكنك أيضًا شراء كبل مزدوج ملتوي ومحمي، والذي يحتوي على رقاقة معدنية تحيط بالأسلاك الملتوية، وعادةً ما يكون سلك "تصريف" منفصلًا وعاريًا أيضًا. قم بتأريض درع الكابل وسلك التصريف من طرف واحد فقط، للتخلص من إمكانية إنشاء حلقة أرضية (أقل مسارًا مباشرًا إلى الأرض) في الأسلاك.

حماية إضافية من الصواعق

بالإضافة إلى تدابير التأريض الشاملة، يوصى باستخدام أجهزة الحماية من زيادة التيار المتخصصة و(ربما) مانعات الصواعق للمواقع التي تعاني من أي من الحالات التالية:
• موقع معزول على أرض مرتفعة في منطقة شديدة الصواعق
• التربة الجافة أو الصخرية أو سيئة التوصيل
• يمتد السلك لفترة أطول من 100 قدم (30 مترًا)

مانعات الصواعق

تم تصميم مانعات الصواعق (الصواعق) لامتصاص طفرات الجهد الناتجة عن العواصف الكهربائية (أو طاقة المرافق خارج المواصفات)، وتسمح بشكل فعال للتدفق بتجاوز أسلاك الطاقة ومعداتك. يجب تثبيت أدوات الحماية من زيادة التيار على طرفي أي سلك طويل متصل بأي جزء من نظامك، بما في ذلك خطوط التيار المتردد من العاكس. يتم تصنيع الموانع لجهود مختلفة لكل من التيار المتردد والتيار المستمر. تأكد من استخدام مانعات التسرب المناسبة لتطبيقك. يستخدم العديد من مثبتي النظام بشكل روتيني مانعات الصواعق دلتا، وهي غير مكلفة وتوفر بعض الحماية عندما يكون خطر الصواعق معتدلاً، ولكن هذه الوحدات لم تعد مدرجة في قائمة UL.

تُعد مانعات PolyPhaser وTranstector منتجات عالية الجودة للمواقع المعرضة للصواعق والمنشآت الكبيرة. توفر هذه الوحدات المتينة حماية قوية وتوافقًا مع مجموعة واسعة من الفولتية للنظام. تحتوي بعض الأجهزة على مؤشرات لعرض أوضاع الفشل.

قضبان البرق

"مانعات الصواعق" هي أجهزة تفريغ ثابتة توضع فوق المباني والمصفوفات الكهربائية الشمسية، ومتصلة بالأرض. وتهدف إلى منع تراكم الشحنات الساكنة والتأين النهائي للغلاف الجوي المحيط. يمكن أن تساعد في منع حدوث ضربة، ويمكن أن توفر مسارًا لتيار مرتفع جدًا إلى الأرض في حالة حدوث ضربة. الأجهزة الحديثة لها شكل سبايك، وغالبًا ما تكون ذات نقاط متعددة.

عادةً ما تُستخدم قضبان الإضاءة فقط في المواقع التي تتعرض لعواصف كهربائية شديدة. إذا كنت تعتقد أن موقعك يقع ضمن هذه الفئة، فاستأجر مقاولًا يتمتع بخبرة في مجال الحماية من الصواعق. إذا لم يكن مثبت النظام الخاص بك مؤهلاً، ففكر في استشارة أحد متخصصي الحماية من الصواعق قبل تثبيت النظام. إذا كان ذلك ممكنًا، حدد جهة تركيب الطاقة الكهروضوئية المعتمدة من مجلس أمريكا الشمالية لممارسي الطاقة المعتمدين (NABCEP) (انظر الوصول). على الرغم من أن هذه الشهادة ليست مخصصة للحماية من الصواعق، إلا أنها يمكن أن تكون مؤشرًا على مستوى الكفاءة العامة للقائم بالتركيب.

بعيدًا عن الأنظار، وليس بعيدًا عن العقل

الكثير من أعمال الحماية من الصواعق مدفونة وبعيدة عن الأنظار. للمساعدة في ضمان تنفيذ ذلك بشكل صحيح، اكتب ذلك في عقدك (عقودك) مع مُثبِّت النظام، أو كهربائي، أو حفار، أو سباك، أو حفار آبار، أو أي شخص يقوم بأعمال الحفر التي ستحتوي على نظام التأريض الخاص بك.