Попадание молнии в любое незащищенное от нее электрооборудование неминуемо вызовет кратковременную перегрузку сети, вплоть до выхода оборудования из строя. Промышленные электростанции обеспечены комплексом устройств защиты, разработанным еще на стадии проектирования объекта. Защиту от грозовых разрядов мини электростанций (солнечных, ветряных), которые приобретают частные лица или предприниматели, обеспечивают покупатели.

Солнечные панели

Необходимость молниезащиты электрогенерирующей установки

В сравнении с электростанциями, мощность которых измеряется в мегаваттах, ветряные генераторы или солнечные батареи, предлагаемые на рынке (готовые решения) рассчитаны на генерацию до 15 кВт. Такие установки хоть и относятся к объектам микрогенерации электроэнергии, но требования по молниезащите на них также распространяются. Связано это, прежде всего, с их расположением относительно других строений: либо крыша здания (солнечные панели), либо высокая металлическая мачта (ветряки). И тот, и другой генератор, возвышаясь, в грозовую погоду фактически притягивает к себе разряд в несколько тысяч киловольт. Чтобы избежать неприятностей, необходимо при монтаже микрогенератора обеспечить грамотную защиту для минимизации последствий от попадания молнии.

Внимание! К каждому комплекту оборудования прилагается инструкция по монтажу, в которой обязательно имеется раздел по обеспечению молниезащиты (установка соответствующих элементов). Эта инструкция требует точного исполнения, она имеет приоритет над сведениями, полученными в сети интернет, в том числе, и из предложенного материала. Если возникают сомнения, обращаться за достоверной информацией по поводу молниезащиты следует к поставщику оборудования.

Типы ветрогенераторов и технические требования к молниезащите

Конструктивно ветрогенераторы различают по расположению оси, на которой расположена крыльчатка: с горизонтальной или вертикальной осью. Генераторы с вертикальной осью почти бесшумны, обладают низким уровнем вибрации в процессе работы, поэтому их часто устанавливают непосредственно на крышах домов. К тому же, сама мачта не может иметь большую высоту (ограничение рассчитывается конструктивно).

Когда молниеотвод (устаревшее, но более привычное название – громоотвод) уже установлен на крыше, и верхняя точка ветрогенератора расположена ниже верхушки молниеприемника, дополнительных мер защиты не требуется. Если ветряк выше, чем штырь молниеотвода, то он сам становится молниеприемником. Конечно, конструкция ветряка и его электрооборудование рассчитываются специалистами компаний-производителей с некоторым запасом на подобные аварийные ситуации, встраивается защита, позволяющая сохранить работоспособность ветрогенератора за счет максимально быстрого отведения разряда.

С этой целью все элементы конструкции через токоотвод соединены с заземлением. При монтаже ветряка нужно контролировать надежный контакт между корпусными элементами и стойкой ветряка и между мачтой и токоотводом. Характеристики токоотвода нормируются СО 153-34.21.122-2003, второй уровень защиты. Параметры молниезащиты для ветрогенераторов с вертикальной осью, устанавливаемых на крыше здания, базовый ГОСТ Р 54418.24-2013 (часть 24) не регламентирует, разработчикам приходится следовать общим инструкциям.

Ветрогенераторные установки
Слева — ветряк с вертикальной осью, справа — ветряк с горизонтальной осью.

Когда решают установить ветряк вблизи дома на отдельной мачте, выбирают конструкцию с горизонтальной осью. Как правило, мощность такого генератора больше, металлическая мачта сама может служить молниеотводом (согласно ГОСТ Р 54418.24-2013) при обеспечении надежного контакта с ней корпусных элементов и заземления.

Следует понимать, что установленная на грунт мачта домашнего ветрогенератора не может служить естественным заземлителем, поэтому требуется дополнительное заземление. В профессиональных вариантах ветряков, имеющих большие размеры и устанавливающихся на мощный фундамент, функция заземлителя отведена мачте.

Эффективность работы ветрогенераторов с горизонтальной осью высока, также высока вероятность попадания молнии в мачту, поэтому защита предусматривается заранее.

Молниезащита солнечных панелей

Лидер среди личных электростанций – солнечные батареи, размещенные на крыше дома. Обязательное условие: панели должны находиться в зоне действия системы молниезащиты, требования к которой приведены в Инструкции СО 153-34.21.122-2003.

Оптимальное решение для защиты солнечных батарей на крыше здания – двойной штыревой молниеотвод (невысокая цена и достаточная надежность). Иногда, на плоских крышах, применяют различные тросовые молниеотводы. Расстояние молниеприемников, особенно, токоотводов, от солнечных панелей и подведенных к ним кабелей должно быть не менее 0,5 м.

Когда солнечные панели располагают на отдельно стоящей металлической конструкции, проблему защиты их от прямого попадания молнии решают одним из следующих способов. Первый: установка панелей в зоне молниеотвода основного здания, правда, это может несколько снизить их эффективность. Второй: установка отдельного молниеотвода в виде мачты.

Необходимость установки молниезащиты для солнечных батарей зависит от вероятности возникновения гроз в той или иной местности. Например, в пустынях такая вероятность почти нулевая, поэтому при размещении там солнечных электростанций об установке молниеотводов даже не задумываются: гораздо дешевле заменить, в случае попадания разряда, несколько вышедших из строя панелей. В средней полосе России грозы нередки, и стоимость сооруженного молниеотвода окупится за счет безотказной работы солнечных панелей, к тому же прямое попадание молнии способно вывести из строя все панели одновременно, оставив дом без электричества или, пройдя по сети, вывести из строя большую часть домашних приборов. Чтобы защитить домашнюю сеть, обязательно устанавливают УЗИП (устройство защиты от импульсных перенапряжений).

Как выбрать УЗИП

В стоимостном выражении основная ценность современной домашней электростанции – не металлические конструкции ветряка или солнечные панели, а электроника, узлы, обеспечивающие управление, преобразование и накопление электроэнергии. Прежде всего, для защиты этих устройств применяют УЗИП.

При высокой вероятности прямого попадания молнии в ветряк следует установить УЗИП класса I между ним и контроллером (инвертором). При грамотно спроектированной защите солнечных батарей при попадании молнии в молниеотвод могут возникнуть вторичные электромагнитные явления, поэтому устанавливают УЗИП класса II, выбирая устройство по номинальному значению, которое должно быть на 20% выше напряжения холостого хода, снимаемого с выхода цепочки солнечных панелей. Если есть возможность, лучше приобрести УЗИП, разработанный под солнечную генерацию.

Молниеотвод на коньке крыши здания способен защитить расположенные неподалеку солнечные панели
Молниеотвод на коньке крыши здания способен защитить расположенные неподалеку солнечные панели

Молниеотводы, устанавливаемые для защиты солнечных панелей, могут быть случайно повреждены, и панели испытают прямое попадание молнии, от последствий которого не сможет защитить УЗИП класса II. С ветрогенераторами может произойти другая неприятность: генератор, соединительный кабель его с инвертором могут подвергаться вторичным наводкам, создающим импульсные помехи высокой частоты, способные вызвать отказ электроники. От таких помех УЗИП класса I не защитит. Идеальное решение для систем «зеленой» энергетики – применение УЗИП класса I+II, рассчитанные на подавление, как длительных мощных импульсов, так и коротких, вызываемых вторичным электромагнитным действием.

Устройство заземления

Заземление при использовании солнечных батарей или ветрогенераторов с вертикальной осью организуют на основании общих правил, приведенных в инструкциях СО 153-34.21.122-2003 и РД 34.21.122-87.

При установке ветрогенератора с вертикальной осью практически невозможно обеспечить его защиту внешним молниеотводом. Единственно верное решение – максимально быстро отвести попавший электрический заряд в землю. Контурные штыревые заземлители, применяемые в индивидуальных строениях, имеют большую инерцию (медленный уход заряда в грунт), поэтому ГОСТ Р 54418.24-2013 рекомендует устанавливать быстродействующее кольцевое заземление. Если ветрогенератор устанавливается на территории, где сам дом уже обеспечен заземлением иной конструкции, придется дополнить систему кольцевым, не забыв об уравнивании потенциалов. Проще, если при строительстве планируется установка ветрогенератора: достаточно применить кольцевое заземление, быстродействующее и эффективное.