分布式光伏并网系统防雷设计

太阳能光伏电站防雷与接地系统的设计概 述雷电是发生在因强对流天气而形成的雷雨云间和雷雨云与大地之间强烈放电现象。全球任何时候大约有 2000 个地点出现雷暴，平均每天约发生 800万次闪电， 每次闪电在微秒级的瞬间放出约 55KW h的能量。雷电的危害1. 直接雷击 直击雷 ，即我们通常所说的闪电。直击雷具有热效应、电效应和机械效应三大效果， 且雷电能量巨大， 可瞬间造成被击物折损、坍塌等物理损坏和电击损害。2. 感应雷，雷云形成过程中，由于雷云中电荷的聚积，及闪电发生时雷云中电荷的急剧减少，会形成大范围的静电感应和电磁感应现象，从而造成雷电影响范围内 闪电发生处半径 2Km内 的金属导体出现高电位 强电压 和瞬间冲击电流 电涌 。 可能造成的主要危害是由于电位差造成相邻导体产生电火花， 电涌造成电源及信号线路发生击穿现象，造成线路短路，并侵入用电设备造成设备损坏。尤其是对低压电气系统和电子信息系统危害更大。3. 传导雷 雷电击中地面物体尤其是建筑物时， 雷电流泄放过程中经进出建筑物的金属管道、电源和信号线路向外传导 约为全部雷电流的 50，从而对其它建筑物内的线路及设施造成危害。太阳能光伏电站易遭雷击的主要部位太阳能光伏并网电站主要由太阳能电池方阵、 并网逆变器、 交直流配电柜等组成。 电池板是由真空钢化玻璃夹层和四周的铝合金框架组成，铝合金框架与金属支架连接，电池板易遭受直击雷侵袭，也易遭受感应雷侵袭。 逆变器、 配电柜等电气设备易遭受感应雷和雷电波的侵入， 另外在雷电的作用下， 雷电波也可能侵入建筑内危及人身安全或损坏设备，严重的雷电袭击会对整个光伏电站造成极大的破坏。太阳能光伏并网发电系统的防雷光伏电站在进行防雷设计时首先需考虑架设避雷针防止直击雷对光伏电站的伤害， 同时也必须考虑防止雷电感应和雷电波侵入光伏发电系统。太阳能光伏并网电站防雷的主要措施如下图所示当光伏设备放置在已经建成的建筑物顶部时， 应考虑到原有的外部防雷系统。 如果光伏设备处于保护范围内， 可以不用另加外部防雷系统， 反之则要另加外部防雷系统， 避雷针的布置需要既考虑光伏设备在保护范围内， 又要尽量避免阴影投射到光伏组件上。 良好的接地使接地电阻减小，才能把雷电流导入大地，减小地电位，各接地装置都要通过接地排相互连接以实现共地防止地电位反击。 独立避雷针应设独立的集中接地装置， 接地电阻必须小于 10Ω 。 固定的金属支架大约每隔 10m 连接至接地系统。 太阳能光伏发电设备和建筑的接地系统通过镀锌钢相互连接， 在焊接处也要进行防腐防锈处理， 这样既可以减小总接地电阻又可以通过相互网状交织连接的接地系统可形成一个等电位面，显著减小雷电作用在各地线之间所产生的过电压。防雷接地系统的材料选用（ 1）避雷针避雷针一般选用直径 12-16mm的圆钢， 如果采用避雷带， 则使用直径8mm的圆钢或厚度 4mm的扁钢。避雷针高出被保护物的高度应大于等于避雷针到被保护物的水平距离，避雷针越高保护范围越大。（ 2）接地体接地体宜采用热镀锌钢材， 其规格一般为 直径 50mm 的钢管， 壁厚不小于 3.5mm； 50*50*5 角钢或 40*4 的扁钢，长度一般为 1.5-2.5m。接地体的埋设深度不小于 0.5m，连接焊接过的部位要重新做防腐防锈处理。（ 3）引下线引下线优先选用圆钢，直径不小于 8mm；如用扁钢，截面积应不小于 4mm2；要求较高的要使用截面积为 35mm2 的双层绝缘多股铜线。（ 4）可选材料成品型避雷针、石墨接地体模块、专用降阻剂。已经具有外部防雷系统并且保持隔离距离的建筑物在屋顶表面上搭建光伏设备时，应该考虑到现有的外部防雷系统。 为此， 光伏设备必须安装在外部防雷系统的保护分区内防止被直接雷击。举例来说，通过使用适当的接闪装置（如避雷针），可以防止光伏板遭到直接雷击。 避雷针的布置必须使在形成的保护空间内放置的光伏模块可以避免遭到直接雷击， 其次， 必须防止任何阴影投射到光伏板上。务必注意，在光伏组件和金属部件（如防雷装置、雨水槽、天窗、太阳能电池或天线系统）之间必须依据 IEC 62305-3（ EN 62305-3）保持隔离距离。隔离距离按照 IEC 62305-3（ EN 62305-3）进行计算。具有外部防雷系统但未保持隔离距离的建筑物为获得最大经济利润，通常整个屋顶都铺设光伏板。不过，从安装技术角度看， 常常无法保持所要求的隔离距离。 因此在这些位置必须建立外部防雷系统和金属光伏组件之间的直接等电位连接。 在这种情况下， 雷电流侵入建筑物内部的直流母线的风险必须予以考虑， 因此必须进行合理等电位连接。电气设备及金属外壳的等电位连接从外部进入建筑物的所有导电部件需要接入等电位连接系统中所有不带电的金属部件直接连到等电位系统， 带电部件则通过安装电涌保护器间接接入等电位连接系统。浪涌保护通过在带电电缆上安装浪涌保护器实现， 减少电涌和雷电过电压对设备造成损坏。 太阳能光伏并网发电系统的雷电浪涌入侵途径， 除了太阳能电池方阵外， 还有配电线路、接地线等，所以太阳能光伏并网发电系统需要采取以下防护措施1、 在逆变器的每路直流输入端装设浪涌保护装置。2、 在并网接入控制柜中安装浪涌保护器， 以防护沿连接电缆侵入的雷电波。 为防止浪涌保护器失效时引起电路短路， 必须在浪涌保护器前端串联一个断路器或熔断器 , 过电流保护器的额定电流不能大于浪涌保护器产品说明书推荐的过电流保护器的最大额定值。保险丝安装位置和选型保险丝作为浪涌保护器的后备保护应位于浪涌保护器支路的前端， 起过电流保护作用， 其分断能力应等于或大于安装处的预期短路电流。选用和使用 SPD注意事项应在不同使用范围内选用不同性能的 SPD 。 在选用电源 SPD 时要考虑当地的雷暴日、 当地电系统环境、 是否有遭受过雷电过电压损害的历史、是否有外部防雷保护系统以及设备的额定工作电压电压、最大工作电压等因素。 SPD保护必须是多级的，在选用 SPD时，应要求厂家提供相关 SPD技术参数资料 、安装指导意见。正确的安装才能达到预期的效果。 SPD的安装应严格依据厂方提供的安装要求进行。SPD尽可能地引入线与引出线分开走线，并选择最短的路径，以避免导线上的电压降太高而损坏设备。 SPD的接地线与其它线路分开铺设，地线泻放雷电流时产生的磁场强度较大，分开 50 mm以上，避免其它线路感应过电压。光伏发电站防雷解决方案设计的依据GB50057-94 建筑物防雷设计规范GB50343-2004建筑物电子信息系统防雷技术规范GB50794-2012 光伏发电站施工规范