Когда под понятием «электростанция» подразумевалось некое большое, дорогостоящее сооружение, вопросами его защиты от удара молнии занимались в индивидуальном порядке специализированные проектные и монтажные организации. Теперь же электростанцию можно купить в магазине и установить ее своими силами в частном доме. Но и для такого малого объекта генерации защита от природной стихии тоже необходима.
Для личного использования, если речь идет о мощности до 15 кВт, т. е. о микрогенерации, сейчас обычно покупают солнечные и ветряные электростанции. Солнечные панели зачастую монтируют на крыше, а ветряк поднимают на значительную высоту, чтобы обеспечить его эффективную работу. В обоих случаях источник электроэнергии становится своеобразной «приманкой» для молний. Грамотно организованная молниезащита позволит минимизировать ущерб от действия природной стихии и самое главное — избежать пожара, травмирования и гибели людей. В этой статье мы расскажем о том, как должны быть защищены от молнии домашние солнечные и ветряные электростанции.
Внимание!
Приведенная в статье информация носит исключительно ознакомительный характер. Если она в чем-то противоречит инструкции по установке, прилагаемой к оборудованию, то приоритет имеет инструкция. Настоятельно рекомендуем проконсультироваться по вопросам молниезащиты применительно к вашим конкретным условиям у поставщика оборудования.
Ветрогенераторы
По конструкции ветрогенераторы делятся на два типа — с вертикальной осью и с горизонтальной осью. Ветрогенератор с вертикальной осью отличается малым уровнем шума и вибрации при работе, поэтому его обычно размещают непосредственно на крышах домов. Такой ветрогенератор устанавливается на металлической мачте небольшой длины, которая крепится к крыше.
осью отличается бесшумностью
и малым уровнем вибрации,
что позволяет размещать его
непосредственно на крыше
здания
В том случае, если ветрогенератор на крыше оказался в зоне действия расположенного там молниеотвода, никаких дополнительных мер по молниезащите не требуется. Но бывают случаи, когда ветряк на крыше возвышается над молниеприемником и, по сути, сам становится молниеотводом. Конструкцию ветряков компании-производители рассчитывают таким образом, чтобы в большинстве случаев попадание молнии с большой вероятностью не привело к выходу ветрогенератора из строя. Тем не менее попадание молнии может закончиться благополучно только в том случае, если электрический заряд отведен от ветрогенератора максимально быстро.
Для этого элементы конструкции ветряка подключаются к заземлению через токоотвод.
Должен быть обеспечен надежный контакт между элементами корпуса ветрогенератора и металлической мачтой, а также между мачтой и токоотводом. Параметры токоотвода должны соответствовать требованиям СО 153-34.21.122-2003 «Инструкция по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций», уровень защиты не ниже II. Следует отметить, что параметры молниезащиты ветрогенераторов с вертикальной осью, размещаемых на крыше, никак не регламентируются ГОСТ Р 54418.24-2013 «Возобновляемая энергетика. Ветроэнергетика. Установки ветроэнергетические. Часть 24. Молниезащита», поэтому приходится опираться на общие инструкции по молниезащите.
В том случае, когда имеется возможность установить ветрогенератор на отдельной мачте рядом с домом, отдают предпочтение более мощному варианту с горизонтальной осью. Мачта такого ветрогенератора, как правило, изготавливается из металла. Согласно ГОСТ Р 54418.24-2013, она может служить естественным молниеотводом при условии надежного электрического соединения с ней элементов корпуса ветрогенератора, а также заземления.
Следует иметь в виду, что основание стоящей на земле мачты бытового ветрогенератора в общем случае не может использоваться в качестве естественного заземлителя (в отличие от профессиональных моделей, имеющих гораздо большие размеры и массивный фундамент). О том, каким должно быть заземление для объектов микрогенерации, мы поговорим ближе к концу статьи.
осью отличаются высокой
эффективностью, но защита
их от действия молнии
представляет весьма сложную
задачу
Солнечные панели
Размещение солнечных батарей на крыше здания — пожалуй, самый популярный вариант для личных электростанций. Солнечные панели, размещаемые на крыше, должны находиться в зоне действия системы молниезащиты, соответствующей нормам СО 153-34.21.122-2003.
Оптимальным вариантом по соотношению цена/качество для защиты солнечных батарей на крыше коттеджа можно считать двойной штыревой молниеотвод, однако там находят свое применение и разнообразные тросовые молниеотводы, если крыша плоская. Молниеприемники, и особенно токоотводы, должны находиться на расстоянии не менее 50 см от солнечных панелей и подведенных к ним кабелей.
В том случае, если солнечные панели установлены не на крыше, а на мачте, либо другой металлической конструкции, есть два способа защиты их от молнии. Первый — разместить панели в зоне действия молниеотвода здания, если это не снизит эффективность. Второй — возвести отдельный молниеотвод в виде мачты для защиты солнечных панелей от удара молнии.
Кстати, рассматривая фотографии крупных солнечных электростанций, возведенных в пустыне, вы не найдете там молниеотводов. Причина проста — при низкой вероятности гроз от молниезащиты самих солнечных панелей отказываются, мирясь с тем, что несколько панелей будут утрачены, но поменять их дешевле, чем строить молниеотводы. Настоятельно не рекомендуем использовать этот опыт применительно к условиям средней полосы России. Прямое попадание молнии способно вывести из строя сразу все солнечные панели в вашем доме, и у вас не будет вообще электричества, пока их не поменяют. Но в любом случае, чтобы электрический заряд молнии, попавшей в солнечную панель, не пошел дальше по сети, существует надежная защита.
Выбор УЗИП
Самой дорогой частью домашней электростанции сейчас являются далеко не солнечные панели и тем более не ветряк. Наибольший вклад в цену решения вносят электронные узлы, занятые управлением, преобразованием и накоплением энергии. Их необходимо защитить в первую очередь, для чего применяются устройства защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП).
В том случае, если возможно прямое попадание молнии в ветрогенератор, между ним и инвертором (контроллером) обязательно должно быть установлено УЗИП класса I. Если защита солнечных панелей спроектирована правильно, то проблему могут составить только вторичные электромагнитные влияния, вызванные попаданием молнии в молниеотвод. Поэтому для солнечных панелей применяют УЗИП класса II. Номинальное напряжение УЗИП берут на 20 % больше напряжения холостого хода на выходе цепочки солнечных панелей. Рекомендуется использовать УЗИП, специально разработанные для использования в солнечной генерации.
Впрочем, на практике есть вероятность повреждения молниеотводов, защищающих солнечные панели, что в конечном счете может привести к прямому попаданию молнии. С другой стороны, на сам ветрогенератор, а также на кабель, соединяющий его с инвертором, могут действовать вторичные наводки, создающие высокочастотные импульсные помехи. Эти помехи способны вывести из строя электронику, но через УЗИП класса I такие помехи проходят. Поэтому в системах альтернативной энергетики широкое применение нашли УЗИП класса I+II, подавляющие как длительные мощные импульсы, характерные для прямого удара молнии, так и короткие, возникающие в результате вторичного электромагнитного действия.
Организация заземления
В том случае, если речь идет о солнечных панелях или о ветрогенераторах с вертикальной осью, конструкция заземления системы молниезащиты регламентируется общими правилами, а именно СО 153-34.21.122-2003 и РД 34.21.122-87 «Инструкция по устройству молниезащиты зданий и сооружений».
Совсем другая ситуация возникает при установке ветрогенератора с горизонтальной осью. Он никак не может быть защищен внешним молниеотводом, поэтому единственный способ его спасти при ударе молнии — как можно быстрее отвести электрический заряд в землю. По этому параметру широко применяемые в индивидуальном домостроении контурные штыревые заземлители не подходят в силу их большой инерционности. ГОСТ Р 54418.24-2013 предписывает использовать совместно с ветрогенератором кольцевое заземление (приложение I.1), обладающее высоким быстродействием. Соответственно, если у дома уже есть заземление иной конструкции, нужно будет дополнительно сделать еще и кольцевое заземление. А потом соединить оба заземления системой уравнивания потенциалов. Если же дом строится одновременно с личной ветроэлектростанцией, то лучше изначально заложить в проект единое кольцевое заземление, которое не только по быстродействию, но и по многим другим параметрам считается наиболее эффективным.
Личное мнение автора статьи — требования ГОСТ Р 54418.24-2013 для маломощных ветрогенераторов в части построения заземления вполне могут быть избыточны. Но, к сожалению, данный ГОСТ, как и международный стандарт, на основе которого он создавался, не делает различий между «большой» энергетикой и микрогенерацией. Тем не менее применение более эффективного заземления в любом случае повысит устойчивость ветряка к действию молнии, поэтому требования ГОСТ лучше не игнорировать.
