سیستم‌های ارتینگ و نقش آن‌ها در امنیت نیروگاه خورشیدی

مقدمه: چرا ارتینگ در انرژی خورشیدی مهم است؟

تصور کنید یک روز گرم تابستان، تمامی تجهیزات نیروگاه خورشیدی شما مشغول تبدیل انرژی خورشید به برق هستند.

در نگاه اول همه چیز ایده‌آل است؛ اما کافی است یک خطای کوچک در عایق‌کاری یا یک اتصال غیرمنتظره به وجود بیاید تا جان افراد و سلامت تجهیزات به خطر بیفتد.

سیستم ارتینگ دقیقاً برای همین لحظات طراحی شده است تا امنیت، پایداری و قابلیت اطمینان سیستم را تضمین کند.

در این مقاله، از پایه و کاربرد ارتینگ تا جزئیات اجرا و استانداردها در نیروگاه‌های خورشیدی را به زبان ساده بررسی می‌کنیم و نشان می‌دهیم که چطور اجرای صحیح این سیستم می‌تواند از مشکلات جدی برق‌گرفتگی و صدمات مالی فنی جلوگیری کند.

ارتینگ چیست و چرا در نیروگاه خورشیدی اهمیت دارد؟

ارتینگ (Earthing یا Grounding) به معنی اتصال عمدی بخش‌هایی از سیستم الکتریکی به زمین است؛ این کار معمولاً از طریق یک یا چند رسانای مناسب انجام می‌شود.

هدف اصلی ارتینگ، حفاظت افراد و تجهیزات در برابر ولتاژهای ناخواسته و نشتی برق است.

چرا نیروگاه خورشیدی به ارتینگ نیاز دارد؟

حفاظت از جان انسان‌ها: عبور جریان ناخواسته به زمین باعث می‌شود در صورت بروز خطا یا نشتی، جریان خطرناک مسیر امنی به زمین پیدا کند و از عبور آن از بدن انسان جلوگیری شود.

حفاظت تجهیزات: جلوگیری از آسیب دیدگی ماژول‌های خورشیدی، اینورترها و سایر تجهیزات در برابر اضافه ولتاژ، اثر صاعقه یا اتصالات کوتاه داخلی.

پایداری عملکرد سیستم: عملکرد صحیح تجهیزات حفاظتی مانند فیوزها و کلیدهای نشتی جریان به ارتینگ مناسب وابسته است.

کاهش نویز و افزایش ایمنی الکترونیکی: کاهش اثر نویزهای الکتریکی و تداخلات سیگنالی روی تجهیزات کنترل و ارتباط.

بخش‌های مختلف سیستم ارتینگ در نیروگاه خورشیدی

۱. ارت حفاظتی (Protective Earthing)

این نوع ارت برای محافظت افراد و تجهیزات در برابر نشتی برق یا خطاهای داخلی استفاده می‌شود.

کلیه قطعات فلزی که در ولتاژ نرمال برق ندارند اما ممکن است بر اثر خطا برق‌دار شوند، باید به ارت متصل باشند (مثلاً شاسی تابلو برق، بدنه اینورتر، سازه پنل‌ها).

۲. ارت صاعقه (Lightning Earthing)

در مناطق با احتمال وقوع صاعقه، نصب صاعقه‌گیر و سیستم ارتینگ مجزای برخورد صاعقه، برای هدایت جریان مستقیم رعد و برق به زمین ضروری است.

گاهی این ارت با ارت حفاظتی، یکی می‌شود اما در پروژه‌های بزرگتر مجزا اجرا می‌شوند تا عملکرد هریک دچار اختلال نشود.

۳. ارت کاری (Functional Earthing)

ارت کاری معمولاً برای تضمین عملکرد صحیح سیستم‌های اندازه‌گیری و کنترل یا حفظ پایداری نقطه نول در سیستم‌های AC استفاده می‌شود.

در نیروگاه‌های بزرگ، این سیستم می‌تواند مجزا اجرا شود.

۴. پیوند هم‌پتانسیل (Equipotential Bonding)

برای جلوگیری از اختلاف پتانسیل بین بخش‌های مختلف نیروگاه، همه تجهیزات فلزی دور از مدار برق، به هم متصل و به زمین وصل می‌شوند.

این موضوع امنیت را به شدت بالا می‌برد.

نحوه اجرای ارتینگ در نیروگاه خورشیدی

الف) طراحی و محاسبه

ابتدا باید با توجه به مساحت نیروگاه و نوع خاک محل نصب، مقاومت زمین مناسب (معمولاً کمتر از ۵ اهم) و تعداد الکترودهای لازم محاسبه شود.

استفاده از نرم‌افزارهای طراحی و استعلام استانداردهای محلی (مثل مقررات ملی برق ایران) پیشنهاد می‌شود.

ب) جانمایی الکترودها

الکترودهای میله‌ای یا صفحه‌ای با عمق کافی در نقاط مختلف زمین نصب می‌شوند.

اتصالات باید از جنس مقاوم در برابر خوردگی (مثل مس یا فولاد گالوانیزه) انتخاب شود تا عمر مفید سیستم ارت تضمین گردد.

ج) کابل‌کشی و اتصالات

سیم‌های ارت ضخیم (اغلب مسی) برای اتصال الکترودها به تجهیزات و تابلوها استفاده می‌شود.

لایه حفاظتی روی کابل ارت الزامی است مخصوصاً در فضای باز (نیروگاه‌های خورشیدی عمدتاً در محیط باز هستند).

د) تست و اندازه‌گیری مقاومت زمین

بعد از نصب باید مقاومت کل سیستم با دستگاه ارت تستر، اندازه‌گیری شود.

اگر عدد بالاتر از حد مجاز باشد، باید تعداد میله‌ها بیشتر شود یا عمق افزایش یابد.

چالش‌ها و نکات تخصصی در ارتینگ نیروگاه خورشیدی

خاک محل نصب: نوع، رطوبت و مقاومت الکتریکی خاک تأثیر زیادی بر عملکرد ارتینگ دارد؛ گاهی در زمین‌های خشک یا سنگی، افت مقاومت به سختی صورت می‌گیرد و استفاده از مواد بهبوددهنده (مانند بنتونیت) الزامی می‌شود.

هم‌پتانسیل کردن سازه‌ها و فریم ماژول: گاهی سازه‌های فلزی نگهدارنده پنل‌ها نیز باید به ارت متصل شوند تا در صورت اتصال ولتاژ دار به این سازه‌ها، خطر برق‌گرفتگی نباشد.

ارت در سیستم‌های متصل به شبکه و مستقل (On Grid/Off Grid): هر دو نوع سیستم نیاز به ارتینگ دارند، اما در نیروگاه‌های بزرگ متصل به شبکه معمولاً استانداردها سختگیرانه‌تر است.

محافظت در برابر صاعقه: در نقاط مرتفع یا مناطق با احتمال رعد و برق، باید چتر صاعقه‌گیر نصب و به ارت مجزا وصل شود تا هیچ جریانی از طریق تابلوها یا اینورترها وارد مجموعه نشود.

نگهداری دوره‌ای و بررسی اتصالات: به مرور زمان خوردگی اتصالات ارت و دور شدن الکترودها از خاک، می‌تواند مقاومت ارت را افزایش داده و سیستم را ناکارآمد کند. بررسی و تست دوره‌ای اهمیت بالایی دارد.

مثال‌های کاربردی برای درک بهتر

مثال ۱:

فرض کنید اتصال داخلی یک اینورتر بر اثر نقص فنی، بدنه فلزی اینورتر را برق‌دار می‌کند.

اگر ارتینگ به خوبی اجرا نشده باشد، شخصی که با بدنه تماس بگیرد ممکن است دچار برق‌گرفتگی شود.

اما اگر بدنه به ارت متصل باشد، جریان نشتی فوراً از طریق سیستم ارت به زمین منتقل می‌شود و فیوزها عمل می‌کنند.

مثال ۲:

در یک نیروگاه خورشیدی وسط کویر، خاک محل مقاومت بالایی دارد.

بنابراین، تیم فنی برای کاهش مقاومت ارت ناچار به استفاده از چندین میله ارت در نقاط مختلف زمین و مواد کاهنده مقاومت می‌شود تا سطح ایمنی حفظ گردد.

استانداردهای مهم در سیستم ارتینگ نیروگاه خورشیدی

IEC 60364-5-54 و IEC 62548: از مهم‌ترین استانداردهای بین‌المللی ارتینگ و نصب ایمن سیستم‌های خورشیدی هستند.

مقررات ملی برق ایران (نشریه ۱۱۰): الزامات دقیقی برای ارتینگ و حفاظت‌های الکتریکی در نیروگاه‌ها دارد و باید حتماً رعایت شود.

NFPA 70: استاندارد ایمنی برق ملی آمریکا (NEC) نیز بخش‌های ویژه‌ای برای ارتینگ نیروگاه‌های خورشیدی دارد.

• مطالعه بیشتر: ساتبا – سازمان انرژی‌های تجدیدپذیر و بهره‌وری انرژی برق ایران
• استاندارد بین‌المللی: IEC 60364-5-54

نتیجه‌گیری

سیستم‌های ارتینگ نه‌تنها ضامن حفظ جان افراد هستند، بلکه پایداری فنی و اقتصادی نیروگاه خورشیدی را تضمین می‌کنند.

عدم اجرای صحیح ارتینگ، می‌تواند تبدیل به یک ریسک بزرگ اقتصادی و حتی انسانی شود و خسارت جبران‌ناپذیر به بار آورد.

اگر در حوزه طراحی، اجرا یا بهره‌برداری از نیروگاه‌های خورشیدی فعال هستید، حتما ارتینگ را نه به عنوان یک الزام قانونی، بلکه به عنوان یک ضرورت فنی و اخلاقی مدنظر قرار دهید.

بررسی سیستم ارتینگ قدیمی و تست دوره‌ای آن، یکی از بهترین سرمایه‌گذاری‌ها برای افزایش ایمنی و طول عمر تجهیزات خواهد بود.