Несколько точек заземления снижают перенапряжение в солнечных панелях, вызванное молнией, на 55 %

Исследователи из Индонезии обнаружили, что высокое удельное сопротивление почвы значительно увеличивает перенапряжение в фотоэлектрических системах, вызванное ударом молнии. Их моделирование также показало, что наличие нескольких точек заземления и соединений ближе к месту удара молнии может существенно снизить переходные напряжения.

Исследовательская группа из Индонезии предложила новую стратегию заземления для снижения перенапряжения в фотоэлектрических системах, вызванного ударами молнии, путем определения оптимальных мест для заземления и оценки различных конфигураций заземления.

«В предыдущих исследованиях для защиты солнечных панелей обычно использовалась система молниезащиты (СМЗ) с громоотводами, соединенными с токоотводами, например стержнями Франклина», — подчеркивают ученые.«В этом исследовании рассматривается возможность прямого попадания молнии в солнечные панели или их опоры, даже если установлена система молниезащиты. Это явление позволяет току проходить через солнечные панели к точке заземления».

Исследователи разработали эквивалентную электрическую схему для изучения реакции фотоэлектрических систем на кратковременные перенапряжения, возникающие при ударах молнии. Моделируемая система состояла из десяти солнечных панелей мощностью 200 Вт каждая, представляющих собой часть более крупной фотоэлектрической установки. С помощью программного обеспечения ATPDraw 7.2 они смоделировали электрические характеристики фотоэлектрических рам, монтажных конструкций, заземляющих проводников и электродов с помощью параметров эквивалентного сопротивления, индуктивности, емкости и взаимной индуктивности.

Удары молнии моделировались с помощью источника тока Хайдлера с пиковой амплитудой 50 кА и импульсной формой сигнала 1,2/50 мкс. Были изучены две конфигурации: прямое заземление через рамы фотоэлектрических модулей и заземление через монтажные конструкции. В ходе моделирования оценивалось влияние удельного сопротивления почвы, расположения точки заземления и количества заземляющих соединений на распределение переходных напряжений.

Исследователи меняли расположение точек заземления, чтобы определить, как электрический путь между местом удара молнии и заземляющим соединением влияет на уровень перенапряжения. Они также сравнили схемы с одним и двумя заземлениями, чтобы оценить преимущества дополнительных соединений. Модель предполагала наличие электрически связанных между собой металлических фотоэлектрических рам и оценивала разницу напряжений относительно опорного потенциала, исключая механизмы физического повреждения и разность потенциалов, связанную с силовыми проводниками и инверторами фотоэлектрических систем.

Результаты показали, что увеличение удельного сопротивления почвы с 30 Ом·м до 3000 Ом·м значительно повышает уровень переходных напряжений в обеих конфигурациях. При более низком удельном сопротивлении самые высокие напряжения возникали вблизи точки удара молнии, а при удельном сопротивлении 3000 Ом·м они смещались в сторону заземляющего соединения. Заземление через монтажные конструкции, как правило, приводило к снижению максимального напряжения из-за их более низкого электрического сопротивления.

При постоянном удельном сопротивлении грунта 30 Ом·м максимальное напряжение составляло от 1,97 до 2,64 МВ при заземлении каркаса и от 2,14 до 2,43 МВ при заземлении на основе монтажа, в зависимости от места подключения. В обоих случаях расположение точки заземления как можно ближе к точке попадания молнии минимизировало пиковые напряжения за счет сокращения пути прохождения тока и уменьшения его сопротивления.

Введение второй точки заземления позволило снизить переходные напряжения на 47,5–54,8 % при заземлении каркаса и на 43,2–50,7 % при заземлении на основе монтажа. Исследователи объяснили эти улучшения более низким сопротивлением заземления и более эффективным рассеиванием тока молнии. Моделируемый пиковый ток достиг 48,78 кА, что, по мнению исследователей, находится в пределах допустимых значений, указанных в стандарте IEEE Std 80 «Руководство IEEE по безопасности заземления подстанций переменного тока».

Результаты исследования показывают, что расположение точек заземления и количество соединений оказывают большее влияние на снижение переходных напряжений, чем выбор между заземлением на раме и на основании. В частности, более короткие пути разряда, более низкое сопротивление заземления и наличие нескольких заземляющих соединений могут существенно повысить эффективность заземления.

В целом исследование подчеркивает важность стратегически правильного расположения точек заземления, использования грунта с низким удельным сопротивлением и многоточечного заземления для снижения перенапряжения, вызванного ударами молнии, и повышения надежности фотоэлектрических установок.

Новая методология была представлена в статье «Исследование выбора индивидуальной точки заземления для защиты от прямых ударов молнии в системах солнечных батарей», опубликованной в журнале Results in Engineering. В исследовательскую группу вошли ученые из индонезийского Технологического института Сепулух Нопембер и Университета Хасануддина.

Аккумулятор TROJAN T105 https://invertory.ru/product/akkumuljatornaja-batareja-trojan-t105-/