Атомные электростанции, теплоэлектроцентрали, дизельные, газовые станции — все эти объекты относятся к традиционной энергетике. Работают они за счёт природных ресурсов. После сжигания, расщепления или использования их, при помощи турбин, генераторов получают и передают электрическую энергию. Так как с каждым годом потребление электроэнергии только растет, а природные ресурсы истощаются и восстановлению не подлежат, возникает задача замещения традиционных способов производства на нетрадиционные. Как и традиционные электростанции и установки, альтернативные системы нуждаются в заземлении и молниезащите, для обеспечения безопасности персонала и защиты дорогостоящего оборудования от природных явлений.
Применение альтернативных технологий по производству электроэнергии получило широкое распространение не только в промышленных, но и в бытовых условиях
Виды альтернативных систем для производства электроэнергии
Электричество можно получить от энергии ветра, солнца, приливов и отливов, при помощи сжигания биотоплива и даже от удара молнии! Для этого создают ветровые, солнечные, приливно-отливные и много других электростанций.
Особое внимание уделим солнечным электрическим или как ещё их называют — “фотогальванические” и “фотоэлектрические системы” (ФЭС), как наиболее популярным среди простых граждан.
Что из себя представляет солнечная электрическая система, какие ещё названия имеет, где применяют
ФЭС могут быть как крупной электростанцией, отдающей электроэнергию в сеть, так и небольшой установкой, которую можно установить на даче для автономного питания.
Основными составляющими ФЭС, как показано на рисунке 1, являются:
- фотоэлектрическая панель (солнечная батарея);
- контроллер;
- АКБ (батарея) — в станциях отдающих электроэнергию в сеть, не обязательно;
- инвертор (преобразователь постоянного тока в переменный).
Рисунок 1 – Основные элементы ФЭС
Возможные риски, связанные с электрикой
Как и в любой электрической системе, существуют риски, связанные с какими-то внешними или внутренними факторами. К внешним опасностям относятся прямой удар молнии, повреждение от которого неизбежно, или накопленный статический потенциал, опасный для человека. Среди внутренних угроз можно отметить короткое замыкание, в результате которого возможен резкий скачок напряжения, что в свою очередь опасно для оборудования и проводки, не говоря уже о человеке.
Оборудование, которое используется в ФЭС, стоит немалых денег, поэтому целесообразно соблюдать правила электробезопасности и применять соответствующие защитные меры по заземлению и молниезащите, как внешней, так и внутренней, для предотвращения вышеупомянутых рисков.
Решения по защите фотогальванических систем
Заземление
В России пока не разработаны нормативные документы, которые устанавливают конкретные требования к заземляющему устройству (ЗУ) для ФЭС. В данном случае для правильной организации ЗУ необходимо учитывать требования, содержащиеся в действующим нормативном документе – ПУЭ-7. В зависимости от системы заземления, которая используется на объектах, определяются требования к сопротивлению заземления.
Пункт 1.7.101 определяет требования к сопротивлению заземления нейтрали генератора – 4 Ом для напряжения 220/380 В однофазной/трехфазной системы.
В системе IT, согласно п.1.7.104, сопротивление также должно быть не больше 4 Ом. Однако для установок мощностью менее 100 кВА разрешается увеличения нормы до 10 Ом. Для установок более 1000 В, которые генерируют электроэнергию для крупных объектов или даже городов, требуемое сопротивление — 0,5 Ом. В данной ФЭС нулевой проводник появляется после инвертора, в котором преобразовывается постоянный ток в переменный. Инвертор, фотомодули и контроллер должны заземляться напрямую от главной заземляющей шины (ГЗШ). В вводном распределительном щите должно быть установлено устройство защитного отключения (УЗО), чтобы избежать утечки тока, в случае повреждения проводки. Если объект достаточно большой, то необходимо предусмотреть дополнительную систему уравнивания потенциалов.
Необходимые параметры ЗУ (конструкция, длинна электрода) сильно зависят от удельного сопротивления грунта. Помимо низкого сопротивления, ЗУ должно быть еще и долговечным, чтобы обеспечить бесперебойную работу солнечной электростанции на протяжении всего срока ее эксплуатации.
На сегодняшний день действуют особые требования к заземлителям (ГОСТ Р 50571.5.54-2013), а именно к материалам, из которых они изготавливаются. Это связано с тем, что многие ранее использовавшиеся материалы сильно подвергаются коррозии. Наиболее долговечными считаются медные, омеднённые и выполненные из нержавеющей стали заземлители.
Для достижения необходимых параметров заземления в обычных грунтах, рационально применять модульное заземление, что позволит без лишних усилий и траты времени добиться положительного результата.
Внешняя молниезащита
Фотоэлементы устанавливаются в большинстве случаев на открытой местности для того чтобы иметь максимальный доступ к солнечному излучению. Часто это — кровли зданий, домов, открытые поля и т.д. Такие места подвергаются повышенному риску попадания молнии, а значит дорогостоящее оборудование может быть повреждено!
Защита ФЭС от молнии выполняется по тому же принципу, что и любой другой объект. Для начала необходимо определить к какому классу молниезащиты относится объект, на котором устанавливаются фотомодули. Если фотоэлементы установлены на площадке, то их можно отнести к II или III категории молниезащиты, в зависимости от конструкции и назначения. После чего необходимо рассчитать зоны защиты в соответствии с нормативными документами РД 34.21.122-87 и СО-34.21.122-2003.
В первую очередь опасности быть пораженными молнией подвергаются фотомодули, устанавливаемые на открытой местности. Поэтому для защиты солнечных батарей от прямого удара молнии применяются стержневые или тросовые молниеприемники, которые обеспечивают необходимую зону защиты.
Тип защиты фотопанелей определяется исходя из экономических соображений, так как они не являются самыми дорогими компонентами системы. В случае, когда панели устанавливаются на кровле объекта, рационально выполнить молниезащиту здания с учетом расположения фотомодулей, что “убивает двух зайцев” одновременно. Если же речь идет о крупной солнечной станции, установленной на открытой местности, где все инверторы, контроллеры и прочее дорогостоящее оборудование находятся в здании, то защита самих солнечных панелей от прямого удара молнии предусматривает глубокий анализ грозовой активности в данной местности, затраты на работы и оборудование. Также следует прибегнуть и к системе уравнивания потенциалов, так как ФЭС может состоять из большого количества элементов.
Защита от удара молнии — это защита от физических повреждений, что безусловно ВАЖНО! Однако, куда более значимым является защита инверторов и контроллеров от вторичных последствий ударов молний, которые составляют большую часть стоимости всей системы!
Защита от импульсных перенапряжений
Питание от электросети может быть опасным из-за скачков напряжения, в результате аварий или попадания молнии в линию электропередачи. В альтернативных системах эти проблемы не исчезли, поэтому все меры защиты от вторичных последствий грозы, учитывать надо, так как помимо всей техники в доме, могут пострадать внутренние компоненты солнечной электростанции.
Кроме организации систем внешней молниезащиты храма не стоит забывать и об обеспечении внутренних молниезащитных систем: УЗИП, УЗО, АЗС и др., т.к. выход из строя системы электроснабжения приводит к остановке систем жизнеобеспечения, таких как системы пожаротушения и сигнализации, вентиляции и кондиционирования и т.п.
Для обеспечения внутренней защиты от импульсных перенапряжений ФЭС, необходимо определить основные места установки устройств защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП). В таких системах это вход в контроллер от фотомодулей (постоянный ток) и выход из инвертора (переменный ток), так же при использовании питания от электросети, нужно установить УЗИП на вводе в главный распределительный щит.
Для защиты сети постоянного тока используются УЗИПы напряжением от 48 В до 1 кВ; переменного тока (на выходе из инвертора) – УЗИП 2 класса, в зависимости от системы заземления объекта; со стороны электросети рекомендуются к применению универсальные УЗИП класса 1+2+3.
Примеры использования мер защиты
С каждым годом, количество ФЭС только увеличивается, актуальность альтернативной энергетики подтверждено мировым сообществом. Стоимость таких систем может составлять от нескольких тысяч до нескольких миллионов рублей. Поэтому настоятельно рекомендуется при проектировании подобных установок уделить особую роль молниезащите и заземлению данных объектов, чтобы избежать повреждения дорогостоящих компонентов системы и затрат на работы.
В современном мире существует множество решений для обеспечения защиты фотогальванических электростанций любой мощности в любых условиях, даже в Антарктиде. Достигнуть нужного сопротивления заземляющего устройства позволит заземлитель на основе комплектов электролитического заземления для вечномерзлых и скалистых грунтов!
Специализированное программное обеспечение и инженерные программы позволяют с точностью рассчитать надёжность системы, подобрать необходимую конструкцию заземляющего устройства и молниезащиты, добиться нужного сопротивления заземления и таким образом защитить дорогостоящие системы.
Смотрите также:
- Молниезащита и защита от перенапряжений солнечных панелей
- Как выполнить заземление трансформаторной подстанции?
- Что такое грозоизолятор и как он работает?
- Полезные материалы для проектировщиков: статьи, рекомендации, примеры
- Таблица удельного сопротивления грунта
Смотрите также:
УЗИП и его плавкая вставка
Молниезащита объектов в районах вечной мерзлоты
Молниезащита и заземление для базовых станций стандарта 5G
Анализ нормативного документа ФЕДЕРАЛЬНЫЕ НОРМЫ И ПРАВИЛА В ОБЛАСТИ ПРОМЫШЛЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ "ПРАВИЛА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ВЗРЫВНЫХ РАБОТАХ"