منشآت الطاقة المتجددة هي أكثر أنواع الاستثمارات عرضة للصواعق: فهي تعمل في أراضٍ مفتوحة، في أعلى نقطة في محيطها، وغالبًا ممتدة على مساحة كيلومترات. علاوة على ذلك، فإن كل توقف يعني خسارة إنتاج مباشرة .
لماذا هذا الأمر بالغ الأهمية؟
تمتد محطة الطاقة الشمسية، بحكم تعريفها، على مساحة واسعة ومكشوفة تمامًا للسماء. أما توربين الرياح فهو أعلى نقطة في الأرض التي يقوم عليها — إذ يكاد يستدعي الصاعقة بارتفاع برج يتجاوز مئة متر. وفي كلتا الحالتين، ليس المنشأ مبنى يُراد حمايته، بل آلة تُدرّ دخلًا.
إن ما يزيد نقاش الحماية في هذه المنشآت صعوبةً حقًا هو الجانب DC. ففي شبكة التيار المتردد (AC) ينطفئ القوس الكهربائي بشكل طبيعي لأن التيار يمر بالصفر في كل نصف دورة. أما في DC فلا وجود لعبور الصفر هذا؛ فالقوس الكهربائي لا ينطفئ من تلقاء نفسه. لهذا فإن مانع صواعق DC يُختار بشكل خاطئ قد يتحول إلى مصدر حريق بدلًا من توفير الحماية. وهذا هو أحد الأسباب المعروفة لحرائق المواقع الميدانية بالضبط.
من التحديات الأخرى غياب الموظفين بشكل دائم عن الموقع. فإذا لم يلاحظ أحد تحول مؤشر مانع صواعق منتهي العمر إلى اللون الأحمر، تستمر المحطة في الإنتاج دون حماية لأشهر.
خسارة دخل مباشرة
كل عاكس (Inverter) متوقف يعني طاقة لم تُنتج ولم تُباع. ومدة التعطل تنعكس مباشرة على الدخل.
خطر الحريق في الجانب DC
بما أن القوس الكهربائي لا ينطفئ في DC، فإن مانع صواعق ذا سلوك فصل غير كافٍ يُعدّ مصدر خطر جسيمًا.
التعرض العالي
الأرض المفتوحة، والبرج المرتفع، والمساحة السطحية الواسعة؛ عوامل ثلاثة تزيد جميعها احتمال الصدم المباشر والحث الكهرومغناطيسي.
موقع بعيد وبلا موظفين
قد يستغرق ملاحظة العطل أيامًا. ونظام حماية بلا مراقبة أشبه بعدم وجود حماية أصلًا.
أين تُركَّب الحماية في الموقع؟
تُبنى الحماية في محطة الطاقة كسلسلة متواصلة تبدأ من اللوح وتنتهي عند نقطة الاتصال بالشبكة. وغياب أي حلقة من هذه السلسلة يُضعفها بالكامل.
هي النقطة الأولى التي تلتقي فيها السلاسل (Strings) القادمة من الألواح، وأكثر مراحل الحماية أهمية في الجانب DC. ويتحدد الاختيار بإجابة سؤالين: هل يوجد في الموقع نظام حماية خارجي من الصواعق (النوع 1 / النوع 2)، وما هو جهد النظام (1100 فولت / 1500 فولت DC).
في الصناديق ذات السلاسل المتعددة، توفر طرازات 5Y التي تحمي سلسلتين إلى ثلاث سلاسل بجهاز واحد بدلًا من مانع صواعق منفصل لكل سلسلة، وفرًا ملحوظًا في مساحة اللوحة والكابلات. غير أن عائلة 5Y مخصصة فقط لجهد 1100 فولت DC؛ أما في المواقع ذات جهد 1500 فولت فتُستخدم السلاسل القياسية.
العاكس (Inverter) هو أغلى وأكثر معدات المحطة حساسية. ويجب حمايته من مدخل DC ومن مخرج AC معًا؛ إذ إن حماية جانب واحد فقط لا تعني شيئًا أمام نبضة قادمة من الجانب الآخر.
الحلول ذات الغلاف الجاهز تُسرّع التركيب الميداني وتُلغي الحاجة إلى تصميم لوحة خاصة.
نقطة اتصال المحطة بالشبكة معرّضة للنبضات القادمة من الموقع ومن الشبكة معًا. وهنا تُفضَّل الحلول التي لا تقطع الاستمرارية وتستمر في توفير الحماية حتى بعد نبضات متتالية — إذ لا يُراد إيقاف المحطة من أجل استبدال وحدة واحدة.
توربينات الرياح بنية خاصة إلى درجة أن لها معيارها الخاص بالحماية من الصواعق (IEC 61400-24). ويبدأ مسار التيار من أطراف الالتقاط في الشفرات، مرورًا بالموصل داخل الشفرة، والمحور، والناسيل (Nacelle)، والبرج، وصولًا إلى الأرض.
أما النقاط التي يجب حمايتها في الجانب الكهربائي فهي أنظمة Pitch وYaw، والمولد، ومحول القدرة، وحساسات مراقبة الحالة، وخطوط الاتصال داخل البرج. وتُعدّ إلكترونيات التحكم داخل الناسيل أصعب معدات الموقع وصولًا — فأي عطل فيها يعني تكلفة رافعة وأيدٍ عاملة.
هي الجهاز العصبي للمحطة. فالكابلات الممتدة على مسافة كيلومترات لنقل البيانات والقياسات قد تكون أكثر عرضة للحث الكهرومغناطيسي من خطوط الطاقة نفسها. ويجب حماية بطاقات مراقبة السلاسل ومحطات الأرصاد وخطوط العدادات كل على حدة.
ولا يقل أهمية عن ذلك مراقبة حالة موانع الصواعق نفسها. فوحدات التلامس والمراقبة عن بُعد تُبلّغ المركز بأي وحدة انتهى عمرها؛ فلا تبقى المحطة دون حماية دون أن تدري.
التأريض في المواقع الواسعة ليس مسألة وتد واحد، بل هو تصميم شبكة كاملة. ويجب ربط هياكل حمل الألواح، وصناديق التجميع، وقواعد العواكس، ومحطة المحولات جميعًا بشبكة معادلة جهد مشتركة. وإلا نشأ فرق جهد بين النقاط ولم تعد أجهزة الحماية قادرة على أداء وظيفتها.
تتفاوت مقاومة التربة النوعية من موقع لآخر، بل ومن نقطة لأخرى داخل الموقع نفسه. لهذا يبدأ التصميم بالقياس؛ كما أن رطوبة التربة تتغير موسميًا، ما يستوجب قياسًا دوريًا.
أبرز الحلول للطاقة المتجددة
عائلة ProTec PV
خيارات النوع 1 والنوع 2 لأنظمة DC بجهد 1100 و1500 فولت، وتوليفات سلسلة واحدة أو متعددة، وحلول صناديق ذات غلاف جاهز. جميعها طُوّرت خصيصًا وفق معياري EN 50539-11 وIEC/EN 61643-31 الخاصين بالأنظمة الفوتوفولتية — وهما معياران لا تخضع لهما موانع الصواعق DC ذات الاستخدام العام.
Strikesorb وRayvoss
بفضل بنيتها الخالية من الصمامات والفواصل الحرارية، تستمر في العمل حتى بعد نبضات متتالية؛ ولا تتطلب إيقاف المحطة لاستبدال الوحدة. وهذا يُخفّض تكلفة الصيانة مباشرة في المواقع البعيدة والخالية من الموظفين.
مراقبة حالة الحماية
إذا لم يُلاحَظ انتهاء العمر الافتراضي لمانع الصواعق، تستمر المحطة في الإنتاج دون حماية. تنقل وحدات المراقبة حالة الحماية إلى SCADA؛ فتُعرف النقطة التي تحتاج إلى تدخل دون الحاجة للذهاب إلى الموقع.
كيف نمضي قدمًا من أجل موقعكم؟
- دراسة بيانات الموقع والمشروع تُقيَّم القدرة المركّبة، وجهد النظام (1100/1500 فولت DC)، وبنية صناديق التجميع، ونوع العاكس، وطوبوغرافيا الموقع.
- تحليل المخاطر ومستوى الحماية تُحسب المخاطر وفق TS EN / IEC 62305-2؛ وتُؤخذ IEC 61400-24 بعين الاعتبار في محطات طاقة الرياح.
- تصميم منسّق للجانبين DC وAC تُخطَّط خطوط السلاسل والعواكس ومحطة المحولات وSCADA كسلسلة حماية واحدة متكاملة.
- تصميم شبكة التأريض وتنفيذها تُقاس مقاومة التربة النوعية، وتُقام شبكة معادلة الجهد، وتُثبَّت الوصلات بشكل دائم باللحام الحراري.
- القياس والتقارير وإعداد المراقبة تُوثَّق قياسات التشغيل الأولي في تقارير؛ وتُربط حالة الحماية بنظام المراقبة لمتابعتها باستمرار.
لنضع معًا خطة حماية لمحطتكم
محطة شمسية أو محطة رياح — لنحدد معًا النقاط التي تنطوي على خطر في موقعكم. تواصلوا معنا لمراجعة المشروع والتقييم الأولي.
