光伏發(fā)電系統(tǒng)防雷與接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)與部件選配方法

1、光伏發(fā)電系統(tǒng)防雷與接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)與部件選配方法1 .接地及接地裝置接地基本概念：當(dāng)一根帶電的導(dǎo)體與大地接觸時(shí)，電流便從導(dǎo)體流入大地，并向四面八方流散。離帶電導(dǎo)體越近，電流強(qiáng)度越大；離帶電導(dǎo)體越遠(yuǎn)，電流強(qiáng)度越小。一般情況，在帶電體20m以外，電流強(qiáng)度即很微弱，幾乎沒有電壓降，這里就是電位上的“0”點(diǎn)，也就是電氣上的“地”。由此可知，帶電導(dǎo)體雖然與大地接觸，但接觸點(diǎn)附近的電流強(qiáng)度還比較高，與電氣上的“地”之間還有一定的電壓降。如果這個(gè)電壓降數(shù)值比較大，當(dāng)工作人員同時(shí)接觸兩點(diǎn)之間的電壓降數(shù)值在60V以上時(shí)，就會(huì)發(fā)生危險(xiǎn)?？傊?，接地是為了保護(hù)電力設(shè)備正常工作和人身安全鎖采取的一種安全用電措施，其通過金屬

2、導(dǎo)線與基地裝置連接來實(shí)現(xiàn)接地。接地裝置能夠?qū)㈦娏υO(shè)備和其他生產(chǎn)設(shè)備上可能發(fā)生的漏電流、靜電荷以及雷電流等引入地下，從而避免人身觸電和可能發(fā)生的火災(zāi)、爆炸等事故。2 .接地種類(1)防雷接地避雷針或避雷器都要接地，以便將流過的雷電引入大地，這種接地叫防雷接地。(2)保護(hù)接地電力設(shè)備的金屬外殼都要接地，以防止這些設(shè)備絕緣損壞時(shí)人體接觸外殼而觸電。(3)工作接地將電路中的某一點(diǎn)與大地進(jìn)行電氣上的鏈接，以保證電力設(shè)備的安全用電。3.光伏電站防雷接地保護(hù)由于光伏發(fā)電系統(tǒng)的主要部分都安裝在露天狀態(tài)下，且分布的面積較大，因此存在著受直接和間接雷擊的危害。同時(shí)，光伏發(fā)電系統(tǒng)與相關(guān)電器設(shè)備及建筑物有著直接的連接

3、，因此對(duì)光伏系統(tǒng)的雷擊還會(huì)涉及相關(guān)的設(shè)備和建筑物及用電負(fù)載等。為了避免雷擊對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)的損害，就需要設(shè)置防雷與接地系統(tǒng)進(jìn)行防護(hù)。(1)關(guān)于雷電及開關(guān)浪涌的有關(guān)知識(shí)雷電是一種大氣中的放電現(xiàn)象。在云雨形成的過程中，它的某些部分積聚起正電荷，另一部分積聚起負(fù)電荷，當(dāng)這些電荷積聚到一定程度時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生放電現(xiàn)象，形成雷電。雷電分為直擊雷和感應(yīng)雷，直擊雷是指直接落到太陽能方陣、直流配電系統(tǒng)、電氣設(shè)備及其配線等處，以及近旁周圍的雷擊。直擊雷的侵入途徑有兩條，一條是上述所說的直接對(duì)太陽能方陣等放電，使大部分高能雷電流被引入到建筑物或設(shè)備、線路上；另一條途徑是雷電直接通過避雷針等可以直接傳輸雷電流入地的裝置放

4、電，使得地電位瞬時(shí)升高，一大部分雷電流通過保護(hù)接地線反串入到設(shè)備、線路上，感應(yīng)雷是指在相關(guān)建筑物、設(shè)備和線路的附近及更遠(yuǎn)些的地方產(chǎn)生的雷擊，引起相關(guān)建筑物、設(shè)備和線路的過電壓，這個(gè)浪涌過電壓通過靜電感應(yīng)或電磁感應(yīng)的形式串入到相關(guān)電子設(shè)備和線路上，對(duì)設(shè)備線路造成危害。除了雷電能夠產(chǎn)生浪涌電壓和電流外，在大功率電路的閉合與斷開的瞬間、感性負(fù)載和容性負(fù)載的接通或斷開的瞬間、大型用電系統(tǒng)或變壓器等斷開等也都會(huì)產(chǎn)生較大的開關(guān)浪涌電壓和電流，同樣會(huì)對(duì)相關(guān)設(shè)備、線路等造成危害。對(duì)于較大型的或安裝在空曠田野、高山上的光伏發(fā)電系統(tǒng)，特別是雷電多發(fā)地區(qū)，必須配備防雷接地裝置。(2)太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的防雷措施和設(shè)

5、計(jì)要求太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)或發(fā)電站建設(shè)地址選擇，要盡量避免放置在容易遭受雷擊的位置和場合。盡量避免避雷針的投影落在太陽能電池方陣組件上。根據(jù)現(xiàn)場狀況，可采用避雷針、避雷帶和避雷網(wǎng)等不同防護(hù)措施對(duì)直擊雷進(jìn)行防護(hù)，減少雷擊概率。并應(yīng)盡量采用多根均勻布置的引下線將雷擊電流引入地下。多根引下線的分流作用可降低引下線的引線壓降，減少側(cè)擊的危險(xiǎn)，并使引下線泄流產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度減小。為防止雷電感應(yīng)，要將整個(gè)光伏發(fā)電系統(tǒng)的所有金屬物，包括電池組件外框、設(shè)備、8-15是機(jī)箱機(jī)柜外殼、金屬線管等與聯(lián)合接地體等電位連接，并且做到各自獨(dú)立接地，圖光伏發(fā)電系統(tǒng)等電位連接示意圖。圖8-15光伏發(fā)電系統(tǒng)等電位連接示意圖在系統(tǒng)回

6、路上逐級(jí)加裝防雷器件，實(shí)行多級(jí)保護(hù)，使雷擊或開關(guān)浪涌電流經(jīng)過多級(jí)防雷器件泄流。一般在光伏發(fā)電系統(tǒng)直流線路部分采用直流電源防雷器，在逆變后的交流線路部分，使用交流電源防雷器。防雷器在太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用如圖8-15所示。光伏發(fā)電系統(tǒng)的接地類型和要求主要包括以下幾個(gè)方面。防雷接地。包括避雷針（帶）、引下線、接地體等，要求接地電阻小于30歐姆，并最好考慮單獨(dú)設(shè)置接地體。安全保護(hù)接地、工作接地、屏蔽接地。包括光伏電池組件外框、支架，控制器、逆變器、配電柜外殼，蓄電池支架、金屬穿線管外皮及蓄電池、逆變器的中性點(diǎn)等，要求接地電阻W4歐姆。當(dāng)安全保護(hù)接地、工作接地、屏蔽接地和防雷接地等四種接地共用一組

7、接地裝置時(shí)，其接地電阻按其中最小值確定；若防雷已單獨(dú)設(shè)置接地裝置時(shí)，其余三種接地宜共用一組接地裝置，其接地電阻不應(yīng)大于其中最小值。電池1電池2電池3電池41交流防雷器去各交流負(fù)載T圖8-16防雷器在太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用條件許可時(shí)，防雷接地系統(tǒng)應(yīng)盡量單獨(dú)設(shè)置，不與其他接地系統(tǒng)共用。并保證防雷接地系統(tǒng)的接地體與公用接地體在地下的距離保持3m以上。(3)接地系統(tǒng)的材料選用避雷針一般選用直徑12-16mm的圓鋼，如果采用避雷帶，則使用直徑8mm的圓鋼或厚度4mm勺扁鋼。避雷針高出被保護(hù)物的高度，應(yīng)大于等于避雷針到被保護(hù)物的水平距離，避雷針越高保護(hù)范圍越大。接地體宜采用熱鍍鋅鋼材，其規(guī)格一般為：直

8、徑為50mm的鋼管，壁厚不小于3.5mm：50mm<50mm<5mmll鋼或40mm<4mni勺扁鋼，長度一般為1.52.5m。接地體的埋設(shè)深度為上端離地面0.7m以上。引下線一般使用直徑為8mm勺圓鋼。要求較高的要使用截面積為3mm的多股銅線。(4)防雷器的選型,SPD。光伏發(fā)電系統(tǒng)常用防雷器防雷器也叫電涌保護(hù)器(SurgeProtectionDevice外形如圖8-17所示。防雷器內(nèi)部主要有熱感斷路器和金屬氧化物壓敏電阻組成，另外還可以根據(jù)需要同NPE火花放電間隙模塊配合使用。其結(jié)構(gòu)示意圖如圖8-17所示。圖8-17光伏發(fā)電系統(tǒng)常用防雷器外形圖。L112L3陛UL2L3N

9、<)O<)()()()()(>:和I+NFE模次結(jié)構(gòu)三相四線希構(gòu)LLL2L>+PEUM構(gòu)Ft忙流校塊結(jié)構(gòu)即E槎塊火花放電間蝙圖8-18防雷器內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖表8-9OBO防雷器型號(hào)MCD50BMCD125-B/NPE參數(shù)型號(hào)MC125-B/NPE標(biāo)稱電壓UN230V/50-60Hz最大持續(xù)工作電壓UC255V防雷器等級(jí)-按照DINVDE0675PART6(Draft11.89)A1,A2-按照IEC60643-1B類I類雷電保護(hù)區(qū)0-1絕緣電阻>100MD電壓保護(hù)水平<2KV響應(yīng)時(shí)間<100ns脈沖電流測試（10/350）-根據(jù)IEC62305-1規(guī)定的

10、雷電流參數(shù)峰值電流電量單位能量50KA25AS0.63MJ/Q最大串聯(lián)保險(xiǎn)絲（僅在電網(wǎng)中無此保險(xiǎn)絲時(shí)需）500AGL/GG短路耐受能力25KA溫度適用范圍-40C+85C空氣濕度<95%IP等級(jí)IP20連接線截面積單股/多股/多股軟線緊固扭矩至多Nm10-50/10-35/10-25mmAWG8-2輪廓尺寸：100x49.5x35mm安裝卡接在35mm導(dǎo)軌上卜面是光伏發(fā)電系統(tǒng)常用防雷器主要技術(shù)參數(shù)的具體說明O1 .最大持續(xù)工作電壓（U）:該電壓值表示可允許加在防雷器兩端的最大工頻交流電壓有效值。在這個(gè)電壓下，防雷器必須能夠正常工作，不可出現(xiàn)故障。同時(shí)該電壓連續(xù)加載在防雷器上，不會(huì)改變防雷

11、器的工作特性。2 .額定電壓（Un）：是指防雷器正常工作下的電壓。這個(gè)電壓可以用直流電壓表示，也可以用正弦交流電壓的有效值來表示。3 .最大沖擊通流量（Ima：是指防雷器在不發(fā)生實(shí)質(zhì)性破壞的前提下，每線或單模塊對(duì)地，通過規(guī)定次數(shù)、規(guī)定波形的最大限度的電流峰值數(shù)。最大沖擊通流量一般大于額定放電電流的2.5倍。4 .額定放電電流（In）：額定放電電流也叫標(biāo)稱放電電流，是指防雷器所能承受的8/20US雷電流波形的電流峰值。5 .脈沖沖擊電流（limp）：是指在模擬自然界直接雷擊的波形電流（標(biāo)準(zhǔn)的10/350US雷電流模擬波形）下，防雷器能承受的雷電流的多次沖擊而不發(fā)生損壞的電流值。6 .殘壓（Ure

12、s）：是指雷電放電電流通過防雷器時(shí)，其端子間呈現(xiàn)出的電壓值。7 .額定頻率（fn）：是指防雷器的正常工作頻率。在防雷器的具體選型時(shí)，除了各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)要符合設(shè)計(jì)要求外，還要特別考慮下列幾個(gè)參數(shù)和功能的選擇。8 .最大持續(xù)工作電壓（UC）的選擇。氧化鋅壓敏電阻防雷器的最大持續(xù)工作電壓值（Ue）,是關(guān)系到防雷器運(yùn)行穩(wěn)定性的關(guān)鍵參數(shù)。在選擇防雷器的最大持續(xù)工作電壓值時(shí)，除了符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求外，還應(yīng)考慮到安裝電網(wǎng)可能出現(xiàn)的正常波動(dòng)及可能出現(xiàn)的最高持續(xù)故障電壓。例如在三相交流電源系統(tǒng)中，相線對(duì)地線的最高持續(xù)故障電壓，有可能達(dá)到額定工作電壓交流220V的1.5倍，即有可能達(dá)到330V。因此在電流不穩(wěn)定的地方

13、，建議選擇電源防雷器的最大持續(xù)工作電壓值大于330V的模塊。在直流電源系統(tǒng)中，最大持續(xù)工作電壓值與正常工作電壓的比例，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)一般取1.5倍到2倍。9 .殘壓（Ures）的選擇。在確定選擇防雷器的殘壓時(shí)，單純考慮殘壓值越低越好并不全面，并且容易引起誤導(dǎo)。首先不同產(chǎn)品標(biāo)注的殘壓數(shù)值，必須注明測試電流的大小和波形，才能有一個(gè)共同比較的基礎(chǔ)。一般都是以20kA(8/20lus)的測試電流條件下記錄的殘壓值作為防雷器的標(biāo)注值，并進(jìn)行比較。其次，對(duì)于壓敏電阻防雷器選用殘壓越低時(shí)，將意味著最大持續(xù)工作電壓也越低。因此，過分強(qiáng)調(diào)低殘壓，需要付出降低最大持續(xù)工作電壓的代價(jià)，其后果是在電壓不穩(wěn)定地區(qū)，防雷器容易

14、因長時(shí)間持續(xù)過電壓而頻繁損壞。在壓敏電阻犁防雷器中，選擇最合適的最大持續(xù)工作電壓和最合適的殘壓值，就如同天平的兩側(cè)，不可傾向任何一邊。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，殘壓在2kV以下(20kA、8/20ys),就能對(duì)用戶設(shè)備提供足夠的保護(hù)。10 .報(bào)警功能的選擇。為了監(jiān)測防雷器的運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)防雷器出現(xiàn)損壞時(shí)，能夠通知用戶及時(shí)更換損壞的防雷器模塊，防雷器一般都附帶各種方式的損壞指示和報(bào)警功能，以適應(yīng)不同環(huán)境的不同要求。(1)窗口色塊指示功能：該功能適合有人值守且天天巡查的場所。所謂窗口色塊指示功能就是在每組防雷器上都有一個(gè)指示窗口，防雷器正常時(shí)，該窗口是綠色，當(dāng)防雷器損壞時(shí)，該窗口變?yōu)榧t色，提示用戶及時(shí)更換。(2)聲光信號(hào)報(bào)警功能：該功能適合用在有人值守的環(huán)境中使用。聲光信號(hào)報(bào)警裝置是用來檢查防雷模塊工作狀況，并通過聲光信號(hào)顯示狀態(tài)的。裝有聲光報(bào)警裝置的防雷器始終處于自檢測狀態(tài)，防雷器模塊一旦損壞，控制模塊立刻發(fā)出一個(gè)高音高頻報(bào)警聲，監(jiān)控模塊上的狀態(tài)顯示燈由綠色變?yōu)殚W爍的紅燈。當(dāng)將損壞的模塊更換后，狀態(tài)顯示燈顯示為綠色，表示防雷模塊正常工作，同時(shí)報(bào)警聲音關(guān)閉。(3)遙信報(bào)警功能：該遙信報(bào)警裝置主要用于對(duì)安裝在無人值守或難以檢查位置的防雷器進(jìn)行集中監(jiān)控。帶遙信功能的防雷器都裝有一個(gè)監(jiān)控模塊，持續(xù)不斷檢查所有被連接的防