Bliksem is een veelvoorkomende oorzaak van storingen in fotovoltaïsche (PV) en windenergiesystemen. Een schadelijke piekspanning kan ontstaan door blikseminslag op grote afstand van het systeem, of zelfs tussen de wolken. Maar de meeste bliksemschade is te voorkomen. Hier zijn enkele van de meest kosteneffectieve technieken die algemeen worden geaccepteerd door installateurs van energiesystemen, gebaseerd op tientallen jaren ervaring. Volg dit advies op en u hebt een zeer goede kans om bliksemschade aan uw hernieuwbare energiesysteem (RE) te voorkomen.
Krijg aarding
Aarding is de meest fundamentele techniek ter bescherming tegen blikseminslag. Je kunt een blikseminslag niet stoppen, maar je kunt hem wel een directe weg naar de aarde geven die je waardevolle apparatuur omzeilt en de overspanning veilig afvoert naar de aarde. Een elektrisch pad naar de aarde zal constant statische elektriciteit afvoeren die zich in een bovengrondse constructie ophoopt. Vaak voorkomt dit in de eerste plaats de aantrekkingskracht van bliksem.
Bliksemafleiders en overspanningsbeveiligingen zijn ontworpen om elektronische apparatuur te beschermen door stroompieken te absorberen. Deze apparaten zijn echter geen vervanging voor goede aarding. Ze werken alleen in combinatie met effectieve aarding. Het aardingssysteem is een belangrijk onderdeel van uw bedradingsinfrastructuur. Installeer het vóór of tijdens de installatie van de stroomkabels. Anders komt dit belangrijke onderdeel, zodra het systeem werkt, mogelijk nooit meer van de lijst met 'to-do's'.
Stap één bij aarding is het aanleggen van een ontladingspad naar de aarde door alle metalen structurele componenten en elektrische behuizingen, zoals frames van PV-modules, montagerekken en torens van windgeneratoren, met elkaar te verbinden. De National Electrical Code (NEC), artikel 250 en artikel 690.41 tot en met 690.47, specificeren draaddiktes, materialen en technieken die aan de code voldoen. Vermijd scherpe bochten in aarddraden – hoge stroompieken houden niet van scherpe bochten en kunnen gemakkelijk overslaan naar nabijgelegen bedrading. Besteed speciale aandacht aan de bevestiging van koperdraad aan aluminium structurele elementen (met name de frames van PV-modules). Gebruik connectoren met het label "AL/CU" en roestvrijstalen bevestigingsmiddelen, die de kans op corrosie verminderen. De aarddraden van zowel DC- als AC-circuits worden ook op dit aardingssysteem aangesloten. (Raadpleeg de artikelen in de Code Corner over aarding van PV-arrays in HP102 en HP103 voor meer advies.)
Aardstaven
Het zwakste aspect van veel installaties is de verbinding met de aarde zelf. Je kunt immers niet zomaar een draad met de aarde verbinden! In plaats daarvan moet je een staaf van geleidend, niet-corrosief metaal (meestal koper) in de grond begraven of hameren, en ervoor zorgen dat het grootste deel van het oppervlak in contact komt met geleidende (dat wil zeggen vochtige) grond. Op deze manier kunnen de elektronen, wanneer er statische elektriciteit of een piekstroom langs de leiding komt, met minimale weerstand naar de grond wegvloeien.
Net zoals een drainageveld water afvoert, zorgt aarding ervoor dat elektronen worden afgevoerd. Als een drainagebuis niet voldoende water in de grond afvoert, ontstaan er terugstromen. Wanneer elektronen terugstromen, springen ze over de afstand (waarbij een elektrische boog ontstaat) naar uw stroomkabels, door uw apparatuur en vervolgens naar de aarde.
Om dit te voorkomen, installeert u een of meer koperen aardingspennen van 2,4 m lang en 16 mm dik, bij voorkeur in vochtige grond. Eén pen is meestal niet voldoende, vooral niet in droge grond. In gebieden waar de grond extreem droog wordt, installeert u meerdere pennen met een tussenruimte van minimaal 3 m en verbindt u ze met elkaar met blanke koperdraad, begraven. Een alternatieve aanpak is om blanke koperdraad van 13 mm² (nr. 6), dubbele koperdraad van 8 mm² (nr. 8) of een grotere koperdraad in een sleuf van minimaal 30 m lang te begraven. (De blanke koperen aardingsdraad kan ook langs de bodem van een sleuf worden gelegd waar water- of rioolbuizen of andere elektrische draden doorheen lopen.) Of knip de aardingsdraad doormidden en spreid deze in twee richtingen. Sluit één uiteinde van elke begraven draad aan op het aardingssysteem.
Probeer een deel van het systeem naar nattere plekken te leiden, zoals waar een dak water afvoert of waar planten water moeten krijgen. Als er een stalen putmantel in de buurt is, kunt u deze als aardingspen gebruiken (maak een sterke, geschroefde verbinding met de mantel).
In vochtige klimaten bieden de betonnen voetstukken van een op de grond of paal gemonteerde array, of een windgeneratortoren, of in beton omhulde aardingspennen geen ideale aarding. Op deze locaties is beton doorgaans minder geleidend dan de vochtige grond rond de fundering. In dat geval installeert u een aardingspen in de grond naast het beton aan de voet van een array, of aan de voet van uw windgeneratortoren en bij elk tuidraadanker. Verbind ze vervolgens allemaal met elkaar met blanke, ingegraven draad.
In droge of aride klimaten is vaak het tegenovergestelde waar: betonnen funderingen kunnen een hoger vochtgehalte hebben dan de omringende grond, wat een economische mogelijkheid biedt voor aarding. Als er 6 meter (of langer) wapeningsstaal in beton moet worden geplaatst, kan het wapeningsstaal zelf als aardingspen dienen. (Let op: dit moet worden gepland voordat het beton wordt gestort.) Deze aardingsmethode is gebruikelijk in droge omgevingen en wordt beschreven in de NEC, artikel 250.52 (A3), "Betonomhulde elektrode".
Als u niet zeker weet wat de beste aardingsmethode voor uw locatie is, overleg dan met uw elektricien tijdens de ontwerpfase van uw systeem. U kunt niet te veel aarding hebben. Gebruik op een droge locatie elke gelegenheid om redundante aardingspennen, begraven draden, enz. te installeren. Gebruik alleen goedgekeurde hardware voor het maken van verbindingen met aardingspennen om corrosie te voorkomen. Gebruik koperen splitsbouten om aardingsdraden betrouwbaar te verbinden.
Aardingsstroomcircuits
Voor de bedrading van gebouwen vereist de NEC dat één zijde van een gelijkstroomsysteem geaard is – of "geaard" – . Het wisselstroomgedeelte van een dergelijk systeem moet ook geaard zijn op de conventionele manier van elk netgekoppeld systeem. (Dit geldt in de Verenigde Staten. In andere landen zijn ongeaarde stroomcircuits de norm.) Aarding van het elektriciteitsnet is vereist voor een modern thuissysteem in de Verenigde Staten. Het is essentieel dat de negatieve gelijkstroom- en de neutrale wisselstroomaansluiting slechts op één punt in hun respectievelijke systemen geaard zijn, en beide op hetzelfde punt in het aardingssysteem. Dit gebeurt bij het centrale stroompaneel.
Producenten van sommige stand-alone systemen met een enkel doel (zoals zonne-waterpompen en radiorepeaters) adviseren om het stroomcircuit niet te aarden. Raadpleeg de instructies van de fabrikant voor specifieke aanbevelingen.
Arraybedrading en "Twisted Pair"-techniek
Arraybedrading moet draad met een minimale lengte gebruiken, weggestopt in het metalen frame. Positieve en negatieve draden moeten even lang zijn en waar mogelijk samen worden gelegd. Dit minimaliseert de inductie van overspanning tussen de geleiders. Metalen leidingen (geaard) vormen ook een extra beschermingslaag. Graaf lange kabels buiten in in plaats van ze boven het hoofd te leggen. Een kabel van 30 meter of langer is vergelijkbaar met een antenne: hij vangt zelfs blikseminslagen op. Zelfs als de kabels ondergronds liggen, kunnen vergelijkbare pieken optreden, maar de meeste installateurs zijn het erover eens dat ondergrondse transmissiebedrading de kans op bliksemschade verder beperkt.
Een eenvoudige strategie om de gevoeligheid voor stroompieken te verminderen is de "twisted pair"-techniek, die helpt bij het egaliseren en neutraliseren van geïnduceerde spanningen tussen twee of meer geleiders. Het kan lastig zijn om een geschikte stroomkabel te vinden die al getwist is, dus hier is wat u kunt doen: Leg een paar stroomdraden langs de grond. Steek een stok tussen de draden en draai ze in elkaar. Wissel elke 10 meter van richting. (Dit is veel gemakkelijker dan proberen de hele afstand in één richting te draaien.) Afhankelijk van de draaddikte kunt u soms ook een boormachine gebruiken om de draden te draaien. Bevestig de uiteinden van de draden in de boorkop en laat de boor de kabels in elkaar draaien. Zorg ervoor dat u de boormachine op de laagst mogelijke snelheid laat draaien als u deze techniek probeert.
De aardingsdraad hoeft niet met de stroomdraden te worden verstrengeld. Gebruik voor ondergrondse leidingen blank koperdraad; als u een leiding gebruikt, laat de aardingsdraad dan buiten de leiding lopen. Het extra aardingscontact verbetert de aarding van het systeem.
Gebruik een twisted-pairkabel voor alle communicatie- of besturingskabels (bijvoorbeeld een vlotterschakelaarkabel voor het uitschakelen van een volle tank van een zonneboiler). Deze dunnere kabel is verkrijgbaar als voorgetwiste kabel, kabel met meerdere of enkele paren. U kunt ook afgeschermde twisted-pairkabel kopen, met een metalen folie rond de getwiste draden en meestal ook een aparte, blanke "afvoer"-draad. Aard de kabelafscherming en de afvoerdraad slechts aan één uiteinde om te voorkomen dat er een aardlus (minder direct pad naar aarde) in de bedrading ontstaat.
Extra bliksembeveiliging
Naast uitgebreide aardingsmaatregelen worden gespecialiseerde overspanningsbeveiligingen en (eventueel) bliksemafleiders aanbevolen voor locaties met een van de volgende omstandigheden:
• Geïsoleerde locatie op een hoge grond in een gebied met veel blikseminslagen
• Droge, rotsachtige of anderszins slecht geleidende grond
• Kabellengtes langer dan 30 meter
Bliksemafleiders
Bliksemafleiders (overspanningsbeveiligingen) zijn ontworpen om spanningspieken te absorberen die worden veroorzaakt door onweer (of stroom die niet aan de specificaties voldoet) en zorgen ervoor dat de piekspanning de stroomkabels en uw apparatuur effectief omzeilt. Overspanningsbeveiligingen moeten aan beide uiteinden van lange kabels worden geïnstalleerd die zijn aangesloten op een deel van uw systeem, inclusief wisselstroomleidingen van een omvormer. Overspanningsbeveiligingen zijn geschikt voor verschillende spanningen, zowel wisselstroom als gelijkstroom. Zorg ervoor dat u de juiste overspanningsbeveiligingen voor uw toepassing gebruikt. Veel systeeminstallateurs gebruiken standaard Delta-overspanningsbeveiligingen, die goedkoop zijn en enige bescherming bieden bij een matig bliksemrisico. Deze apparaten hebben echter geen UL-keurmerk meer.
PolyPhaser- en Transtector-afleiders zijn hoogwaardige producten voor bliksemgevoelige locaties en grotere installaties. Deze duurzame units bieden robuuste bescherming en zijn compatibel met een breed scala aan systeemspanningen. Sommige apparaten hebben indicatoren om de storingstoestand aan te geven.
Bliksemafleiders
"Bliksemafleiders" zijn statische ontladingsapparaten die boven gebouwen en zonnepanelen worden geplaatst en met aarde zijn verbonden. Ze zijn bedoeld om de opbouw van statische lading en de uiteindelijke ionisatie van de omringende atmosfeer te voorkomen. Ze kunnen een inslag helpen voorkomen en een pad voor zeer hoge stroom naar aarde vormen als er toch een inslag plaatsvindt. Moderne apparaten hebben de vorm van een punt, vaak met meerdere punten.
Bliksemafleiders worden doorgaans alleen gebruikt op locaties met extreme onweersbuien. Als u denkt dat uw locatie in deze categorie valt, schakel dan een aannemer in die ervaring heeft met bliksembeveiliging. Als uw systeeminstallateur niet over deze kwalificaties beschikt, overweeg dan om een specialist in bliksembeveiliging te raadplegen voordat het systeem wordt geïnstalleerd. Kies indien mogelijk een PV-installateur die is gecertificeerd door de North American Board of Certified Energy Practitioners (NABCEP) (zie Toegang). Hoewel deze certificering niet specifiek is voor bliksembeveiliging, kan het een indicatie zijn van het algehele competentieniveau van een installateur.
Uit het oog, niet uit het hart
Veel bliksembeveiligingswerkzaamheden bevinden zich onder de grond en zijn uit het zicht. Om ervoor te zorgen dat het correct wordt uitgevoerd, kunt u dit opnemen in uw contract(en) met uw systeeminstallateur, elektricien, grondwerker, loodgieter, boormeester of iemand die grondwerk uitvoert voor uw aardingssysteem.
Geplaatst op: 10-08-2020