【光伏小知识】分布式光伏系统之防雷接地设计

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。雷电一般分为直击雷和感应雷。

雷电的危害

1.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。

分布式光伏系统主要由太阳能电池方阵、并网逆变器、交流配电箱等部分组成。

常用晶硅电池板的边框是铝合金的，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、配电箱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系统造成极大的破坏。

分布式光伏系统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。

防雷设计主要措施

分布式光伏系统为三级防雷建筑物，防雷和接地设计需要涉及到以下的方面：（可参考GB50057-94《建筑防雷设计规范》）

措施1：架设避雷针防止低空直击雷

措施2：太阳电池方阵支架可靠接地；

措施3：太阳电池方阵接线箱内，输入、输出处加装防雷器，各机壳均可靠接地；

措施4：机房设备需可靠接地；

措施5：控制室进、出线处均增设防雷隔离箱，内装防雷保护器，防止感应雷。

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4Ω。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

避雷针一般选用直径12-16mm的圆钢，如果采用避雷带，则使用直径不低于8mm的圆钢或厚度不小于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。

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；50mm*50mm*5mm角钢，长度不低于2.5米；或者40mm*4mm的扁钢，长度一般为2.5-4m。

扁钢接地体的水平埋设深度不小于0.5m，角钢垂直埋深不低于2.5m，连接焊接过的部位要重新做防腐防锈处理。

引下线宜采用热镀锌圆钢或扁钢，宜优先采用圆钢，直径不小于8mm；如用扁钢，厚度应不小于4mm。

要求较高的要使用截面积为35mm2的双层绝缘多股铜线。

等电位连接

组件铝边框与镀锌支架或铝合金支架都做了镀层处理，仅仅通过压块的压接满足不了接地要求，只有组件的接地孔连接到支架上才算组件有效接地。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。

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，所以光伏系统需要采取以下防护措施：

1、在逆变器的直流输入端装和交流输出端加设浪涌保护装置。

2、在并网接入配电箱（配电柜）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，该断路器（熔断器）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。

总结

在大型地面电站，必须要建一个非常完整的防雷系统，包括避雷针，避雷带，接地器，地线，设备安装防雷器。工商业项目可以利用建筑物原有的防雷器件，做到设备防雷和接地，户用项目如果房屋不高，周边有高的建筑物，对防雷的要求相对低一点。