Bliksem is een veel voorkomende oorzaak van storingen in fotovoltaïsche (PV) en windelektrische systemen. Een schadelijke piek kan optreden als gevolg van bliksem die op grote afstand van het systeem inslaat, of zelfs tussen wolken. Maar de meeste bliksemschade is te voorkomen. Hier volgen enkele van de meest kosteneffectieve technieken die algemeen aanvaard worden door installateurs van energiesystemen, gebaseerd op tientallen jaren ervaring. Volg dit advies op en u heeft een zeer goede kans om bliksemschade aan uw hernieuwbare energiesysteem (RE) te voorkomen.
Krijg aarding
Aarding is de meest fundamentele techniek voor bescherming tegen bliksemschade. Je kunt een bliksemschicht niet tegenhouden, maar je kunt hem wel een direct pad naar de aarde geven dat voorbij je waardevolle apparatuur gaat en de bliksemstroom veilig naar de aarde afvoert. Een elektrisch pad naar de grond zal voortdurend statische elektriciteit ontladen die zich ophoopt in een bovengrondse structuur. Vaak voorkomt dit überhaupt de aantrekkingskracht van bliksem.
Bliksemafleiders en overspanningsbeveiligers zijn ontworpen om elektronische apparatuur te beschermen door elektrische stroomstoten te absorberen. Deze apparaten zijn echter geen vervanging voor een goede aarding. Ze functioneren alleen in combinatie met effectieve aarding. Het aardingssysteem is een belangrijk onderdeel van uw bedradingsinfrastructuur. Installeer deze vóór of terwijl de voedingsbedrading wordt geïnstalleerd. Anders wordt dit belangrijke onderdeel, zodra het systeem werkt, wellicht nooit meer afgevinkt op de ‘to do’-lijst.
Stap één bij het aarden is het aanleggen van een ontladingspad naar de aarde door alle metalen structurele componenten en elektrische behuizingen, zoals PV-moduleframes, montagerekken en windgeneratortorens, met elkaar te verbinden (onderling verbinden). De National Electrical Code (NEC), artikel 250 en artikel 690.41 tot en met 690.47 specificeren draadmaten, materialen en technieken die voldoen aan de code. Vermijd scherpe bochten in aardedraden; hoge stroomstoten houden niet van krappe bochten en kunnen gemakkelijk naar nabijgelegen bedrading springen. Besteed speciale aandacht aan de bevestiging van koperdraad aan aluminium structurele elementen (met name de frames van de 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. (Zie Code Corner-artikelen over het aarden van PV-arrays in HP102 en HP103 voor meer advies.)
Grondstaven
Het zwakste aspect van veel installaties is de verbinding met de aarde zelf. Je kunt tenslotte niet zomaar een draad aan de planeet vastschroeven! In plaats daarvan moet je een staaf geleidend, niet-corrosief metaal (meestal koper) in de grond begraven of slaan, 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 stroomstoot langs de lijn komt, met minimale weerstand in de grond wegvloeien.
Op een vergelijkbare manier als hoe een afvoerveld water afvoert, werkt aarding door het afvoeren van elektronen. Als een regenpijp niet voldoende de grond in voert, ontstaan er back-ups. Wanneer elektronen een back-up maken, springen ze over de opening (waardoor een elektrische boog ontstaat) naar uw stroombedrading, door uw apparatuur, en pas daarna naar aarde.
Om dit te voorkomen, installeert u een of meer verkoperde aardpennen van 2,4 m lang, 5/8 inch (16 mm), bij voorkeur in vochtige aarde. Een enkele hengel is meestal niet voldoende, vooral niet op droge grond. In gebieden waar de grond extreem droog wordt, installeert u meerdere staven, met een onderlinge afstand van ten minste 3 meter en verbindt u ze met blank koperdraad, begraven. Een alternatieve benadering is het begraven van nr. 6 (13 mm2), dubbele nr. 8 (8 mm2) of grotere blanke koperdraad in een greppel van minimaal 30 meter lang. (De blanke koperen aardedraad kan ook langs de bodem van een greppel worden geleid waar water- of rioolbuizen of andere elektriciteitsdraden doorheen lopen.) Of knip de aardedraad doormidden en spreid deze in twee richtingen. Sluit één uiteinde van elke ondergrondse draad aan op het aardingssysteem.
Probeer een deel van het systeem naar nattere gebieden te leiden, zoals waar een dak afwatert of waar planten water moeten krijgen. Als er een stalen putmantel in de buurt is, kunt u deze gebruiken als aardpen (maak een stevige boutverbinding met de behuizing).
In vochtige klimaten zullen de betonnen voetstukken van een op de grond of paal gemonteerde opstelling, of een windgeneratortoren, of in beton ingekapselde grondstaven geen ideale aarding bieden. Op deze locaties zal beton doorgaans minder geleidend zijn dan de vochtige grond rondom de fundering. Als dit het geval is, installeer dan een aardingsstaaf in de aarde naast het beton aan de basis van een array, of aan de basis van uw windgeneratortoren en bij elk tuidraadanker, en verbind ze vervolgens allemaal met blootliggende, ondergrondse draad.
In droge of droge klimaten is vaak het tegenovergestelde waar: betonnen funderingen kunnen een hoger vochtgehalte hebben dan de omringende grond en een economische mogelijkheid bieden voor aarding. Als 6 meter lange (of langere) wapening in beton moet worden ingebed, kan de wapening zelf als grondstaaf dienen. (Opmerking: Dit moet worden gepland voordat het beton wordt gestort.) Deze aardingsmethode is gebruikelijk op droge locaties en wordt beschreven in de NEC, artikel 250.52 (A3), “Concrete-Encased Electrode.”
Als u niet zeker weet wat de beste aardingsmethode voor uw locatie is, overleg dan met uw elektriciteitsinspecteur tijdens de ontwerpfase van uw systeem. Je kunt niet teveel aarding hebben. Op een droge locatie moet u elke gelegenheid benutten om overtollige aardingsstaven, ondergrondse draden, enz. te installeren. Om corrosie te voorkomen, dient u alleen goedgekeurde hardware te gebruiken voor het maken van verbindingen met aardingsstaven. Gebruik koperen splitbouten om aarddraden betrouwbaar te verbinden.
Aarding van stroomcircuits
Voor de bedrading van gebouwen vereist de NEC dat één kant van een gelijkstroomvoedingssysteem met aarde wordt verbonden (of “verbonden”). Het AC-gedeelte van een dergelijk systeem moet ook worden geaard op de conventionele manier van elk op het elektriciteitsnet aangesloten systeem. (Dit geldt in de Verenigde Staten. In andere landen zijn ongeaarde stroomcircuits de norm.) Het aarden van het stroomsysteem is vereist voor een modern thuissysteem in de Verenigde Staten. Het is essentieel dat de DC-negatief en de AC-neutraal op slechts één punt in hun respectieve systemen met aarde zijn verbonden, en beide met hetzelfde punt in het aardingssysteem. Dit gebeurt op het centrale voedingspaneel.
Producenten van sommige stand-alone systemen voor één doel (zoals waterpompen op zonne-energie en radio-repeaters) raden aan het stroomcircuit niet te aarden. Raadpleeg de instructies van de fabrikant voor specifieke aanbevelingen.
Arraybedrading en “Twisted Pair”-techniek
Voor arraybedrading moeten minimale draadlengtes worden gebruikt, weggestopt in het metalen frame. Positieve en negatieve draden moeten van gelijke lengte zijn en indien mogelijk samen worden geleid. Dit minimaliseert de inductie van overmatige spanning tussen de geleiders. Metalen leiding (geaard) voegt ook een beschermingslaag toe. Begraaf lange buitendraden in plaats van ze boven je hoofd te laten lopen. Een draadlengte van 30 meter of meer is als een antenne: hij ontvangt zelfs pieken van bliksem in de wolken. Soortgelijke spanningspieken kunnen nog steeds optreden, zelfs als de draden ingegraven zijn, maar de meeste installateurs zijn het erover eens dat ondergrondse transmissiebedrading de mogelijkheid van bliksemschade verder beperkt.
Een eenvoudige strategie om de gevoeligheid voor spanningspieken te verminderen is de ‘twisted pair’-techniek, die helpt bij het egaliseren en opheffen van eventuele geïnduceerde spanningen tussen de twee of meer geleiders. Het kan lastig zijn om een geschikte voedingskabel te vinden die al in de war is, dus hier is wat u moet doen: Leg een paar voedingsdraden langs de grond. Steek een stokje tussen de draden en draai ze samen. Wissel elke 10 meter van richting. (Dit is veel gemakkelijker dan proberen de hele afstand in één richting te draaien.) Soms kan een boormachine ook worden gebruikt om de bedrading te draaien, afhankelijk van de draaddikte. Bevestig gewoon de uiteinden van de bedrading in de boorkop en laat de kabels door de werking van de boor in elkaar draaien. Zorg ervoor dat u de oefening op de laagst mogelijke snelheid uitvoert als u deze techniek probeert.
De aarddraad hoeft niet met de voedingsdraden te worden gedraaid. Gebruik bij ingraven blank koperdraad; Als u een kabelgoot gebruikt, laat de aarddraad dan buiten de kabelgoot lopen. Het extra aardcontact verbetert de aarding van het systeem.
Gebruik een twisted pair-kabel voor alle communicatie- of besturingskabels (bijvoorbeeld een vlotterschakelaarkabel voor het afsluiten van een volle tank van een waterpomp op zonne-energie). Deze kleinere draad is direct verkrijgbaar in voorgedraaide, meervoudige of enkelvoudige kabels. U kunt ook een afgeschermde, getwiste kabel kopen, die is voorzien van een metalen folie die de getwiste draden omringt, en doorgaans ook een aparte, blootliggende "drain"-draad. Aard de kabelafscherming en de afvoerdraad slechts aan één uiteinde, om de mogelijkheid te elimineren dat er een aardlus (minder direct pad naar aarde) in de bedrading ontstaat.
Extra bliksembeveiliging
Naast uitgebreide aardingsmaatregelen worden gespecialiseerde overspanningsbeveiligingsapparaten en (mogelijk) bliksemafleiders aanbevolen voor locaties met een van de volgende omstandigheden:
• Geïsoleerde locatie op hoge grond in een gebied met hevige bliksem
• Droge, rotsachtige of anderszins slecht geleidende grond
• Draadlengte langer dan 30 meter (100 voet)
Bliksemafleiders
Bliksemafleiders (overspanningsafleiders) zijn ontworpen om spanningspieken te absorberen die worden veroorzaakt door onweer (of elektriciteit die buiten de specificaties valt) en zorgen er effectief voor dat de overspanning de stroombedrading en uw apparatuur omzeilt. Overspanningsbeveiligingen moeten worden geïnstalleerd aan beide uiteinden van elke lange draad die is aangesloten op een onderdeel van uw systeem, inclusief AC-lijnen van een omvormer. Afleiders zijn gemaakt voor verschillende spanningen voor zowel AC als DC. Zorg ervoor dat u de juiste afleiders voor uw toepassing gebruikt. Veel systeeminstallateurs maken routinematig gebruik van Delta-overspanningsafleiders, die goedkoop zijn en enige bescherming bieden als de bliksemdreiging gematigd is, maar deze eenheden zijn niet langer UL-gecertificeerd.
PolyPhaser- en Transtector-afleiders zijn hoogwaardige producten voor bliksemgevoelige locaties en grotere installaties. Deze duurzame units bieden robuuste bescherming en compatibiliteit met een grote verscheidenheid aan systeemspanningen. Sommige apparaten hebben indicatoren om foutmodi weer te geven.
Bliksemafleiders
“Bliksemafleiders” zijn apparaten voor statische ontlading die boven gebouwen en zonne-energie-arrays worden geplaatst en met aarde worden verbonden. Ze zijn bedoeld om de opbouw van statische lading en eventuele ionisatie van de omringende atmosfeer te voorkomen. Ze kunnen een inslag helpen voorkomen en kunnen een pad bieden voor zeer hoge stroom naar aarde als er toch een inslag plaatsvindt. Moderne apparaten zijn puntvormig, vaak met meerdere punten.
Verlichtingsstaven worden doorgaans alleen gebruikt op locaties waar extreme elektrische stormen voorkomen. Als u denkt dat uw locatie in deze categorie valt, huur dan een aannemer in die ervaring heeft met bliksembeveiliging. Als uw systeeminstallateur niet zo gekwalificeerd is, kunt u overwegen een bliksembeveiligingsspecialist te raadplegen voordat het systeem wordt geïnstalleerd. Selecteer indien mogelijk een door de North American Board of Certified Energy Practitioners (NABCEP) gecertificeerde PV-installateur (zie Toegang). Hoewel deze certificering niet specifiek geldt voor bliksembeveiliging, kan het een indicatie zijn van het algemene competentieniveau van een installateur.
Uit het oog, niet uit het hart
Veel bliksembeveiligingswerk ligt begraven en uit het zicht. Om ervoor te zorgen dat dit correct wordt uitgevoerd, kunt u dit in uw contract(en) opnemen met uw systeeminstallateur, elektricien, graafmachine, loodgieter, putboorder of iemand anders die grondwerk doet dat uw aardingssysteem moet bevatten.
Posttijd: 10 augustus 2020