سیستم زمین و حفاظت در برابر اثرات صاعقه در سامانه های برق خورشیدی

پیشگفتار

با توجه به توسعه انرژی‌های تجدیدپذیر در دهه گذشته و تعهدنامه‌های بین‌المللی برای کاهش گازهای گلخانه‌ای و به دنبال آن برنامه‌های دولت برای توسعه این صنعت در ایران، کشور ما شاهد ترویج انواع نیروگاه‌های تجدیدپذیر در سال‌های گذشته بوده‌ است. با توجه به شرایط تابش انرژی خورشیدی و دارا بودن بیش از 300 روز آفتابی در اکثر نقاط کشور، نیروگاه‌های برق خورشیدی بیشترین توسعه در کشور را به خود اختصاص داده‌اند.

با توجه به توسعه سامانه‌های برق خورشیدی در مقیاس نیروگاهی و خانگی، آیین‌نامه‌ها و دستورالعمل‌های متفاوتی در سازمان انرژی‌های تجدیدپذیر و بهره‌وری انرژی برق (ساتبا) و شرکت‌های توزیع و برق منطقه‌ای استان‌ها تدوین شد. اما کماکان در برخی از مسائل مهم از جمله سیستم‌های زمین، حفاظت در برابر صاعقه و اضافه‌ولتاژهای گذرا اختلاف نظرهایی وجود دارد. بنابراین بر آن شدیم تا با مطالعه استانداردها و هندبوک‌های معتبر و استفاده از تجربیات عملی خود حاصل از همکاری با شرکت‌های داخلی و خارجی، دستاوردهای علمی و عملی کسب شده را برای توسعه و ترویج این صنعت با ارائه این کتاب در اختیار همکاران قرار دهیم.

در فصل اول این کتاب در ابتدا به مبانی سیستم‌های زمین پرداخته شده و در ادامه در مورد سیستم زمین در سامانه‌های برق خورشیدی و نحوه طراحی آن مطالب لازم ارائه شده است. فصل دوم کتاب به حفاظت در برابر صاعقه و اضافه‌ولتاژهای گذرا اختصاص یافته است که در آن نحوه محاسبات ارزیابی ریسک به عنوان پیش نیاز این بحث ارائه شده است. در فصل سوم نکات لازم در مورد ایزولاسیون سامانه برق خورشیدی، حفاظت در برابر برق‌گرفتگی و حفاظت در برابر اثرات حرارتی همچون حفاظت اضافه‌جریان ارائه شده است. در نهایت فصل چهارم به ارائه یک مثال در زمینه تشریح سیستم زمین یک نیروگاه 10 مگاواتی و دو مثال در زمینه ارزیابی ریسک اختصاص یافته است.

از خدمات انتشارات ارکان‌دانش به مدیریت جناب آقای مهندس محمد ترابیان و پرسنل این انتشارات سرکارخانم نسرین مختاری مدیر داخلی انتشارات به خاطر هماهنگی امور چاپ و انتشار کتاب و بازخوانی متن نهایی و سرکارخانم فاطمه چلمغانی به خاطر تنظیمات و صفحه‌آرایی کتاب و سرکارخانم حمیده ختمی‌پناهی جهت طراحی جلد کتاب صمیمانه تشکر می‌نماییم.

بدیهی است با توجه به چاپ اول کتاب و اینکه برای اولین بار چنین موضوعی در قالب کتاب در ایران منتشر می‌شود، قطعاً از نظر استادان و خوانندگان محترم می‌توان برای تکمیل و توسعه آن بهره برد. بدین جهت تقاضا داریم پیشنهادات و انتقادات خود را به ایمیل‌های زیر ارسال نمایید.

نویسندگان کتاب

فصل1: سیستم زمین سامانه‌های برق خورشیدی

1ـ1ـ مبانی سیستم زمین

     1ـ1ـ1ـ تماس مستقیم

     1ـ1ـ2ـ تماس غیر مستقیم

     1ـ1ـ3ـ تعریف‌ها

     1ـ1ـ4ـ دسته‌بندی اجزاء

     1ـ1ـ 5 ـ انواع اتصالات

     1ـ1ـ6 ـ روش‌های نصب الکترود زمین

          1ـ1ـ6 ـ1ـ حلقه دفن‌شده

          1ـ1ـ6 ـ2ـ الکترود زمین میله‌ای

          1ـ1ـ6 ـ3ـ الکترود صفحه‌ای

     1ـ1ـ7ـ  اندازه‌گیری مقاومت خاک

     1ـ1ـ 8 ـ طرح‌های استاندارد اتصال زمین

          1ـ1ـ 8 ـ1ـ سیستم‌های TT

          1ـ1ـ 8 ـ2ـ سیستم‌های TN (اتصال خنثی به زمین)

          1ـ1ـ 8 ـ3ـ  پیکربندی‌های سیستم TN

              1ـ1ـ 8 ـ3ـ1ـ  سیستم TN-C

              1ـ1ـ 8 ـ3ـ2ـ سیستم TN-S

              1ـ1ـ 8 ـ3ـ3ـ سیستم TN-C-S

          1ـ1ـ 8 ـ4ـ سیستم‌های IT

1ـ2ـ فرآیند ارزیابی سیستم زمین

1ـ2ـ1ـ گام‌های فرآیند ارزیابی سیستم زمین

1ـ3ـ سیستم زمین در سامانه‌های برق خورشیدی

     1ـ3ـ1ـ سامانه‌های برق خورشیدی مجهز به عایق گالوانیکی

          1ـ3ـ1ـ1ـ  بدنه‌های هادی در سمت ماژول‌های خورشیدی (بالادست) عایق گالوانیکی

              1ـ3ـ1ـ1ـ1ـ سامانه مجهز به سیستم IT

              1ـ3ـ1ـ1ـ2ـ سامانه‌های مجهز به سیستم TN

          1ـ3ـ1ـ2ـ بدنه‌های هادی در سمت شبکه (پایین دست) عایق گالوانیکی

     1ـ3ـ2ـ سامانه‌های برق خورشیدی بدون عایق گالوانیکی

1ـ4ـ آرایش سیستم زمین و همبندی

     1ـ4ـ1ـ نکات کلی

     1ـ4ـ2ـ اندازه هادی همبندی

     1ـ4 ـ3ـ الکترود زمین مجزا

     1ـ4ـ4ـ همبندی به منظور هم‌پتانسیل‌کردن

          1ـ4ـ4ـ1ـ  نکات کلی

          1ـ4ـ4ـ2ـ هادی‌های همبندی آرایه برق خورشیدی

          1ـ4ـ4ـ3ـ ترمینال اتصال زمین عملیاتی آرایه برق خورشیدی

          1ـ4ـ4ـ4ـ هادی زمین عملیاتی برای آرایه برق خورشیدی

فصل 2: حفاظت در برابر صاعقه و اضافه ولتاژهای گذرا

2ـ1ـ مبانی حفاظت در برابر صاعقه

     2ـ1ـ1ـ مشخصه‌های موج صاعقه

     2ـ1ـ2ـ اضافه‌ولتاژ گذرا

2ـ2ـ فرآیند ارزیابی ریسک و حفاظت در برابر صاعقه

گام اول: شناسایی آسیب‌های احتمالی (نوع تجهیز)

     2ـ2ـ1ـ دسته‌بندی تجهیزات ـ دسته‌بندی اضافه‌ولتاژ

گام دوم: شناسایی اقدامات حفاظت در برابر صاعقه نصب شده

گام سوم: محاسبه ارزیابی ریسک (IEC 60364-7-712)

گام چهارم: انتخاب تمهیدات و ادوات حفاظتی

     2ـ2ـ2ـ انواع برقگیرهای حفاظتی ـ دسته‌بندی

     2ـ2ـ3ـ تعریف استاندارد برقگیر حفاظتی

     2ـ2ـ4ـ مشخصه‌های برقگیرهای حفاظتی

     2-2-5- استفاده از برقگیر حفاظتی

2ـ3ـ مسیریابی کابل‌های سامانه‌های برق خورشیدی

2ـ4ـ اتصال زمین سامانه‌های برق خورشیدی

2ـ5 ـ سایه‌های اصلی بر سلول‌های خورشیدی

2ـ6 ـ حفاظت در برابر برخورد مستقیم صاعقه

     2ـ6 ـ1ـ ساختمان‌های بدون سیستم حفاظت صاعقه

     2ـ6 ـ2ـ ساختمان‌های مجهز به سیستم حفاظت صاعقه

2ـ7ـ حفاظت در برابر برخورد غیرمستقیم صاعقه

     2ـ7ـ1ـ حفاظت سمت DC

     2ـ7ـ2ـ حفاظت سمت AC

2ـ 8 ـ چند مثال

انواع حفاظت

2ـ9ـ سامانه‌های برق خورشیدی مجهز به میکرواینورترها

2ـ10ـ نکاتی در رابطه با مقررات مربوطه

2ـ11ـ حفاظت سامانه‌های برق خورشیدی نصب شده بر روی زمین

     2ـ11ـ1ـ سیستم پایانه هوایی و هادی‌های نزولی

     2ـ11ـ2ـ سیستم اتصال به زمین

     2ـ11ـ3ـ همبندی برای هم‌پتانسیل‌سازی صاعقه

     2ـ11ـ4ـ ژنراتور خورشیدی و سیستم‌های حفاظت صاعقه خارجی

     2ـ11ـ5 ـ مسیریابی کابل در سامانه‌های برق خورشیدی

     2ـ11ـ6 ـ اقدامات حفاظت در برابر سرج برای سامانه‌های برق خورشیدی

     2ـ11ـ7ـ توزیع جریان صاعقه

     2ـ11ـ 8 ـ سامانه‌های برق خورشیدی مجهز به اینورترهای رشته غیر مرکزی

     2ـ11ـ9ـ اقدامات حفاظت در برابر سرج برای سیستم‌های فناوری اطلاعات

2ـ12ـ فرآیند کامل ارزیابی ریسک برای سامانه‌های برق خورشیدی

     2ـ12ـ1ـ کاربرگ ارزیابی ریسک

2ـ13ـ دیگر اضافه‌ولتاژ‌های گذرا

     2ـ13ـ1ـ فرآیند ارزیابی

فصل 3: ایزولاسیون سامانه و حفاظت در برابر برق گرفتگی و اثرات حرارتی

3ـ1ـ جداسازی سامانه برق خورشیدی از مدارهای خروجی AC اصلی

3ـ2ـ حفاظت در برابر برق گرفتگی

     3ـ2ـ1ـ عایق‌بندی دوبل یا تقویت شده

     3ـ2ـ2ـ  ولتاژ خیلی پایین فراهم شده توسط سیستم‌های SELV یا PELV

     3ـ2ـ3ـ دستورالعمل‌های ایمنی

3ـ3ـ حفاظت در برابر اثرات حرارتی

     3ـ3ـ1ـ  حفاظت در برابر اثرات خطاهای ناشی از خرابی عایق

          3ـ3ـ1ـ1ـ نیازمندی‌های مرتبط با آشکارسازی و نشانگرهای خطا

              3ـ3ـ1ـ1ـ1ـ  اندازه‌گیری مقاومت عایقی آرایه

              3ـ3ـ1ـ1ـ2ـ حفاظت با استفاده از سیستم پایش جریان باقیمانده

              3ـ3ـ1ـ1ـ3ـ ادوات قطع خطای زمین آرایه‌های برق خورشیدی با...

              3ـ3ـ1ـ1ـ4ـ نشانگر خطای زمین

     3ـ3ـ2ـ حفاظت در برابر اضافه‌جریان

          3ـ3ـ2ـ1ـ اصول مقدماتی

              3ـ3ـ2ـ1ـ1ـ حفاظت در برابر اضافه‌جریان در سمت DC

                   3ـ3ـ2ـ1ـ1ـ1ـ حفاظت کابل

                   3ـ3ـ2ـ1ـ1ـ2ـ حفاظت رشته‌ها در برابر جریان معکوس

                   3ـ3ـ2ـ1ـ1ـ3ـ رفتار اینورتر

              3ـ3ـ2ـ1ـ2ـ حفاظت در برابر اضافه‌جریان در سمت AC

          3ـ3ـ2ـ2ـ نیازمندی‌های حفاظت اضافه‌جریان

          3ـ3ـ2ـ3ـ نیازمندی‌ حفاظت اضافه‌جریان رشته

          3ـ3ـ2ـ4ـ نیازمندی حفاظت اضافه‌جریان زیرآرایه

          3ـ3ـ2ـ 5 ـ طراحی حفاظت اضافه‌جریان

              3ـ3ـ2ـ 5 ـ1ـ حفاظت اضافه‌جریان رشته برق خورشیدی

              3ـ3ـ2ـ 5 ـ2ـ حفاظت اضافه‌جریان زیرآرایه برق خورشیدی

              3ـ3ـ2ـ 5 ـ3ـ حفاظت اضافه‌جریان آرایه برق خورشیدی

          3ـ3ـ2ـ6 ـ حفاظت اضافه‌جریان در سامانه‌های برق خورشیدی متصل به باتری

          3ـ3ـ2ـ7ـ محل حفاظت اضافه‌جریان

          3ـ3ـ2ـ 8 ـ انتخاب تابلوها و جعبه تقسیم

              3ـ3ـ2ـ 8 ـ1ـ مسائل حرارتی

              3ـ3ـ2ـ 8 ـ2ـ انتخاب درجه آلودگی تابلو و جعبه تقسیم

فصل 4: مثال‌های کاربردی

4ـ1ـ  مثالی از سیستم زمین

     4ـ1ـ1ـ سیستم زمین در یک نیروگاه کیلوواتی

     4ـ1ـ2ـ سیستم زمین در نیروگاه‌های بزرگ (مگاواتی)

          4ـ1ـ2ـ۱ـ تشریح سیستم زمین در یک نیروگاه ۱۰ مگاواتی

4ـ2ـ مثال اول ارزیابی ریسک

4ـ3ـ مثال دوم ارزیابی ریسک

مراجع