با رشد روزافزون نیروگاه‌های خورشیدی، ایمنی و حفاظت تجهیزات به یک ضرورت حیاتی تبدیل شده است. حلقه زمین به عنوان یک راهکار پایه‌ای، نقش کلیدی در پیشگیری از صدمات ناشی از صاعقه و جریان‌های اضافی دارد. طراحی اصولی این سیستم نه تنها امنیت کارکنان را تضمین می‌کند، بلکه از اختلال در عملکرد تجهیزات جلوگیری می‌کند. در ادامه این مطلب، اهمیت طراحی حلقه زمین، انواع سیستم‌های زمین و همچنین مزایای آن برای نیروگاه‌های خورشیدی بررسی می‌شود.
حلقه زمین، شبکه‌ای از هادی‌های مدفون در زمین است که تمام سازه‌های فلزی نیروگاه را به زمین متصل می‌کند و جریان‌های اضافی را به زمین هدایت می‌کند. این سیستم نقش حیاتی در محافظت از تجهیزات و کارکنان دارد و سه هدف اصلی را دنبال می‌کند.
نیروگاه‌های خورشیدی به دلیل وسعت زیاد و قرار گرفتن در محیط‌های باز، در برابر صاعقه و ولتاژهای گذرا آسیب‌پذیر هستند. حلقه زمین، یک مسیر ایمن با مقاومت پایین برای تخلیه جریان‌های بسیار بالای صاعقه به زمین فراهم می‌آورد و از آسیب دیدن پنل‌ها و اینورترها جلوگیری می‌نماید.
در صورت بروز خطای الکتریکی یا افزایش ناگهانی ولتاژ، حلقه زمین، جریان خطا را به سرعت به زمین منتقل کرده و از خرابی اجزای حساس مانند اینورترها و ترانسفورماتورها که قلب نیروگاه محسوب می‌شوند، جلوگیری می‌کند.
یکی از مهم‌ترین وظایف سیستم زمین، محافظت از پرسنل در برابر برق‌گرفتگی است. حلقه زمین با به حداقل رساندن اختلاف پتانسیل در نقاط مختلف سایت، ولتاژهای خطرناک تماس را کنترل می‌کند و ایمنی کارکنان را تضمین می‌نماید.
برای اطلاعات بیشتر، مقاله‌ای در دکتر سولار با عنوان «استاندارد‌هایی که تجهیزات نیروگاه خورشیدی حتماً باید داشته باشند!» به بررسی الزامات فنی و استانداردهای مورد تأیید ساتبا برای نیروگاه‌های خورشیدی شامل سیستم ارتینگ و حفاظت در برابر صاعقه، و مشخصات فنی UPS پرداخته است.
طراحی صحیح حلقه زمین در نیروگاه‌های خورشیدی، فراتر از یک اتصال ساده به زمین است و نیازمند رعایت دقیق اصول مهندسی الکتریک و استانداردهای بین‌المللی مانند IEEE Std 80 و IEC 62305 است. این طراحی باید با تحلیل دقیق مشخصات خاک و محیط انجام شود تا حداکثر کارایی و ایمنی را تضمین کند.
در ارتباط با این موضوع، مقاله‌ای در دکتر سولار با عنوان «طرح کلی ساختمان نیروگاه خورشیدی و محل استقرار تجهیزات» به بررسی اصول طراحی و جانمایی تجهیزات در نیروگاه‌های خورشیدی از جمله تابلو برق، سیستم ارت و تجهیزات حفاظتی می‌پردازد.
انتخاب جنس هادی به طور مستقیم بر مقاومت الکتریکی و عمر مفید سیستم تأثیر می‌گذارد. مس به دلیل هدایت الکتریکی بالا و مقاومت عالی در برابر خوردگی، انتخاب ایده‌آل برای رساناهای اصلی و الکترودهای زمین است. همچنین از فولاد گالوانیزه گرم نیز به عنوان جایگزینی مقرون‌به‌صرفه استفاده می‌شود، اما مقاومت آن بالاتر است.
برای دستیابی به مقاومت زمین پایین، عمق و گستردگی حلقه اهمیت دارد. عمق دفن حلقه باید به لایه‌هایی از خاک برسد که دارای رطوبت و هدایت الکتریکی ثابت هستند. عمق استاندارد معمولاً بین ۵۰ تا ۱۰۰ سانتی‌متر است. گستردگی حلقه نیز باید کل سایت نیروگاه را دربر بگیرد و تمامی سازه‌های فلزی، فونداسیون پنل‌ها، اینورترها و پست‌های برق را به صورت پیوسته به شبکه زمین متصل کند.
اتصالات مستحکم بین هادی‌ها و الکترودها از مهم‌ترین نقاط حساس در سیستم ارتینگ هستند. هرگونه مقاومت اضافی در این نقاط می‌تواند کل کارایی سیستم را مختل کند. استفاده از جوشکاری احتراقی، یک اتصال مولکولی دائمی و با مقاومت بسیار پایین ایجاد می‌کند که در برابر خوردگی و شرایط محیطی مقاومت بالایی دارد.
در این زمینه، مقاله «Earthing Design and Modelling Guide for Solar Farms» در وب‌سایت Elek به بررسی اصول طراحی و مدل‌سازی سیستم‌های ارتینگ در نیروگاه‌های خورشیدی با ظرفیت ۵ مگاوات یا بیشتر می‌پردازد.
انتخاب سیستم زمین در نیروگاه‌های خورشیدی یک تصمیم مهندسی حیاتی است که باید بر اساس ملاحظات فنی و اقتصادی مانند اندازه نیروگاه و مشخصات خاک انجام شود.
۱. حلقه زمین کامل
این سیستم، یک شبکه بسته از هادی‌ها است که به صورت حلقوی در اطراف کل سایت نیروگاه مدفون می‌شود و تمامی تجهیزات فلزی و سازه‌ها را به یکدیگر و در نهایت به زمین متصل می‌کند. این سیستم، به دلیل ایجاد یک مسیر با مقاومت بسیار پایین و توزیع یکنواخت جریان، محافظت کاملی از کل نیروگاه در برابر صاعقه و خطاهای الکتریکی فراهم می‌آورد. به دلیل هزینه‌های بالاتر نصب و حجم کار بیشتر، این سیستم ایده‌آل برای نیروگاه‌های خورشیدی در مقیاس بزرگ است.
۳. زمین نقطه‌ای
در این روش، به جای ایجاد یک حلقه کامل، تجهیزات کلیدی و سازه‌ها به صورت مستقیم و مجزا از طریق میله‌های زمین (Ground Rods) به زمین متصل می‌شوند. این سیستم به دلیل مصرف کمتر هادی و میله زمین، دارای هزینه نصب پایین‌تری است و برای نیروگاه‌های خورشیدی کوچک یا مقیاس متوسط مناسب است. با این حال، از آنجایی که هادی‌ها به یکدیگر متصل نیستند، در صورت بروز خطا، ممکن است اختلاف پتانسیل بین نقاط مختلف سایت افزایش یابد که می‌تواند خطرآفرین باشد.
۳- زمین ترکیبی
این سیستم، یک راهکار بهینه است که با ترکیب مزایای حلقه زمین کامل و زمین نقطه‌ای، عملکرد و هزینه‌ها را بهینه می‌کند. در این روش، یک حلقه زمین اصلی وجود دارد که به نقاط اتصال مجزا نیز متصل می‌شود. این سیستم انعطاف‌پذیری بیشتری در طراحی فراهم می‌کند و برای پروژه‌هایی که دارای چالش‌های زمین‌شناسی یا اقتصادی هستند، گزینه‌ای مناسب است. زمین ترکیبی با ایجاد یک حلقه مرکزی، کنترل جریان صاعقه و ولتاژهای گذرا را در کل سایت به صورت مؤثر مدیریت می‌کند.
برای آشنایی بیشتر، مقاله «Earthing Methods in Photovoltaic (PV) Systems» در وب‌سایت Electrical Technology به بررسی اصول و روش‌های ارتینگ در سیستم‌های خورشیدی می‌پردازد
سرمایه‌گذاری در طراحی و اجرای حلقه زمین، با وجود هزینه اولیه، یک تصمیم هوشمندانه و استراتژیک است که منافع بلندمدت فنی و اقتصادی قابل توجهی را به همراه دارد.
هزینه طراحی و نصب یک سیستم حلقه زمین جامع معمولاً بین ۲ تا ۵ درصد کل سرمایه‌گذاری در احداث نیروگاه خورشیدی است. این رقم در مقایسه با هزینه‌های بالقوه ناشی از حوادث الکتریکی، بسیار ناچیز است.
با جلوگیری از خرابی تجهیزات حیاتی در اثر ولتاژهای گذرا و صاعقه، نیاز به تعمیرات پرهزینه و تعویض قطعات به حداقل می‌رسد. همچنین، شرکت‌های بیمه به دلیل کاهش ریسک حوادث برق‌گرفتگی و خسارات ناشی از صاعقه، هزینه‌های بیمه را برای نیروگاه‌هایی که دارای سیستم زمین استاندارد هستند، کاهش می‌دهند.
بازگشت سرمایه (ROI) از طریق کاهش خسارت‌های ناشی از صاعقه و خرابی‌های تجهیزات، به سرعت اتفاق می‌افتد. یک حادثه صاعقه می‌تواند به تنهایی صدها هزار دلار خسارت به همراه داشته باشد که با یک سیستم ارتینگ اصولی قابل پیشگیری است.
طراحی حلقه زمین در نیروگاه‌های خورشیدی، یک اقدام اساسی و غیرقابل چشم‌پوشی برای تضمین ایمنی، پایداری عملکرد و حفاظت از تجهیزات و پرسنل است. این سیستم با ایجاد مسیر کم‌مقاومت برای جریان‌های اضافی، خطرات ناشی از صاعقه و ولتاژهای گذرا را کاهش می‌دهد و از خرابی اجزای حیاتی مانند اینورترها و پنل‌ها جلوگیری می‌کند. رعایت اصول فنی شامل انتخاب هادی مناسب، تعیین عمق و گستردگی صحیح حلقه و ایجاد اتصالات مستحکم، تضمین‌کننده کارایی و طول عمر بالای سیستم ارتینگ است.
ارسال نظر
آموزش خورشیدی 
خبرهای مرتبط
