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光伏系统的防雷如何做?

2018-12-26 23:22:06 luckfishtao 0

直流系统是整个屋顶光伏电站的关键和能量来源,因其处在较高的位置,而且与建筑物结合较为紧密,因此做好光伏电站的防雷接地,对保证电站安全运行意义重大。

一、雷电种类及其危害。

雷电发生时,将产生炽热的高温、强大的雷电冲击电流、猛烈的冲击波和瞬变的电磁场等危险现象,根据放电方式的不同,雷电可以分为直击雷、感应雷和雷电波三种类型。

1、直击雷。

雷云通过建筑物或其他设施直接与大地之间进行的强烈放电现象称为直击雷。由于受到直接雷击,被击中的物体上会瞬间产生高达万伏的过电压,电流峰值也会达到几千安培。这种情况下,建筑物和设备很可能发生火灾和爆炸。过电压如果加在架空导线上,则不仅会发生线路闪络放电,造成短路事故,而且还会以波动的形式迅速向逆变室、配电室等建筑物内部传播,导致沿线路安装的电气设备产生绝缘击穿等严重后果。

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2、感应雷。

当雷云出现在架空线路的上空时,线路上会感应出与雷云极性相反的束缚电荷。雷云闪击放电后,线路上的电荷得不到释放,会在线路和大地之间产生高达几十万伏的感应过电压,而且感应过电压也能够沿着线路向两端前进,形成雷电波。此外,雷电流的迅速变化会使其周围的空间里产生强大的电磁场,处于电磁场中的金属导体上即会产生较高的电动势,如果置于电磁场中的电力系统回路接触不良,则容易出现火花放电或局部过热等故障。感应雷虽然没有直击雷猛烈,但发生的频率要高得多。

3、雷电波。

直击雷和感应雷产生的高电位雷电波通过架空线路或金属导管传导侵入建筑物内,危及电力设备和人身安全。统计显示,雷电波入侵导致的事故在雷电灾害事故中所占的比例最大。

分析雷电灾害的破坏因素可知,雷电主要有四大破坏作用,即电效应、热效应、机械效应和电磁效应,但无论哪种效应都应该引起人们的足够重视。根据建筑物防雷技术规定,对不同的建筑物分类后再进行防雷设计,光伏电站一般划为第三类防雷建筑考虑,尽管如此,因为光伏电站的屋顶不仅仅是建筑物,上面还布置有大量的光伏组件、汇流箱和电缆等其他电力设备等,因而不能完全照第三类建筑的防雷设计规范。

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另一方面,由光伏发电系统原理可知,在整个系统的设备组成中直流部分占了很大比例,如果认为光伏电站是个完整的电力系统,那么按照常规的电力系统设计规范,防雷接地关注的重点就是交流设备,缺少对直流系统的规定。如果简单根据电力系统有关规范对光伏电站的交流系统进行防雷设计,显然是不符合光伏电站特征要求的。因而, 在屋顶光伏电站进行防雷接地设计时,应该因地制宜,在参考相关规范要求的基础上,也必须考虑其安装环境的特殊性。

二、防雷接地方案设计。

雷电的能量巨大,但现在还不能加以利用只能采取措施预防其可能造成的危害。光伏发电系统既要防直击雷, 也要防感应雷和雷电波入侵,应将多级防雷措施有机结合起来进行综合设计,才能有效防止雷击事故发生。

1防直击雷。

防直击雷的主要措施是装设避雷针, 引导雷云对避雷装置放电,让雷电流迅速流入大地。避雷针有一定的保护范围,根据国际电工委员会(IEC)推荐的“滚球法”可计算避雷针的保护半径为:

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式中,rx为避雷针的保护半径,m;h为避雷针的高度,m;hr为滚球半径,三类建筑物取为60 m;hx为被保护物的高度,m。实际中应该根据光伏电站所处屋顶面积大小,选择合适的避雷针型号和数量,使受保护设备处于避雷范围之内。

另外,对屋顶易受雷击部位,还应装设接闪杆、接闪带和接闪网等接闪装置进行防直击雷保护。对于屋顶光伏电站来说,光伏阵列的最高点往往是组件的铝合金边框,更容易遭受雷击,同时它也是良好的导电体。因此可以直接利用屋顶的铝合金边框作为接闪器与光伏支架连接,组成屋顶等电位网,进而与屋顶原有的防雷接地网焊接,形成环形避雷网。

光伏方阵接地应连续、可靠,接地电阻应小于4 Ω。据此,光伏电站建设时,应实测建筑物的防雷接地电阻,若防雷接地电阻小于4 Ω,则用40×4 mm镀锌扁钢将屋顶等电位网焊接至防雷接地网。

在材料选择和工程施工时需要注意以下技术要求:

(1)引下线技术要求:

1)引下线宜采用圆钢或扁钢,优先选用圆钢,圆钢直径不应小于8 mm;扁钢截面积不应小于48 mm2,厚度不应小于4 mm,采用热镀锌防腐措施。

2)建筑物周长超过25 m或高度超过40 m时,宜沿着建筑物均匀布置多根引下线,且其间距不得大于25 m。

3)采用多根引下线时,为了便于检测接地电阻和检查引下线的连接情况,宜在各引下线距地面高0.3~1.8 m处设断接卡。

4)防直击雷的专设引下线距建筑物出入口或者人行道边沿不宜小于3 m。

(2)接地装置技术要求:

1)埋于土壤中的垂直接地装置宜采用热镀锌角钢、钢管或圆钢;水平接地装置宜采用热镀锌扁钢或圆钢。角钢截面积不小于290 mm2,厚度不应小于4 mm;圆钢直径不应小于10 mm;扁钢截面积不应小于100 mm2,厚度不应小于4 mm;钢管壁厚不应小于3.5 mm。

2)垂直接地装置的长度宜为2.5 m,垂直接地装置及水平接地装置的间距宜为5 m,当受地方限制时可适当减小。

3)接地装置在土壤中的埋设深度不应小于0.5 m,并宜敷设在冻土层以下,其距墙或建筑物基础不宜小于1 m。

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2、防感应雷。

等电位联结、屏蔽和装设电涌保护器是防感应雷的主要措施。光伏发电系统中包含大量的金属设备,为了减小各设备之间的电位差,应将光伏组件四周边框、屏柜外壳和电缆的金属层等连接于等电位体上,等电位体采用40×4 mm扁钢敷设且与人工环形接地体相连,实现等电位联结和可靠的屏蔽,从而防止感应雷对设备造成损坏。此外, 在汇流箱、直流配电柜、交流配电柜、升压箱变压器和开关柜等设备内分级安装SPD,使设备具有防感应雷保护功能。

为了防止雷电波通过电缆线路侵入用户配电室破坏光伏发电设备,除了将电缆的金属层连接于等电位体上外,金属电缆桥架及其支架引入或引出的金属电缆导管也必须接地可靠,桥架接地间隔不超过30 m,且桥架全长不少于2处与接地干线相连接,使整个桥架成为一个电气通路。