【光伏小知識】分布式光伏系統之防雷接地設計

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雷電是發生在因強對流天氣而形成的雷雨雲間和雷雨雲與大地之間強烈放電現象。雷電一般分為直擊雷和感應雷。

雷電的危害

1.直擊雷，即我們通常所說的閃電。直擊雷具有熱效應、電效應和機械效應三大效果，且雷電能量巨大，可瞬間造成被擊物折損、坍塌等物理損壞和電擊損害。

2.感應雷，雷雲形成過程中，由於雷雲中電荷的聚積，及閃電發生時雷雲中電荷的急劇減少，會形成大範圍的靜電感應和電磁感應現象，從而造成雷電影響範圍內(閃電發生處半徑2Km內)的金屬導體出現高電位(強電壓)和瞬間衝擊電流(電湧)。可能造成的主要危害是由於電位差造成相鄰導體產生電火花，電湧造成電源及信號線路發生擊穿現象，造成線路短路，並侵入用電設備造成設備損壞。尤其是對低壓電氣系統和電子信息系統危害更大。

分布式光伏系統主要由太陽能電池方陣、併網逆變器、交流配電箱等部分組成。

常用晶矽電池板的邊框是鋁合金的，鋁合金框架與金屬支架連接，電池板易遭受直擊雷侵襲，也易遭受感應雷侵襲。逆變器、配電箱等電氣設備易遭受感應雷和雷電波的侵入，另外在雷電的作用下，雷電波也可能侵入建築內危及人身安全或損壞設備，嚴重的雷電襲擊會對整個光伏系統造成極大的破壞。

分布式光伏系統進行防雷設計時首先需考慮架設避雷針防止直擊雷對光伏電站的傷害，同時也必須考慮防止雷電感應和雷電波侵入光伏發電系統。

防雷設計主要措施

分布式光伏系統為三級防雷建築物，防雷和接地設計需要涉及到以下的方面：（可參考GB50057-94《建築防雷設計規範》）

措施1：架設避雷針防止低空直擊雷

措施2：太陽電池方陣支架可靠接地；

措施3：太陽電池方陣接線箱內，輸入、輸出處加裝防雷器，各機殼均可靠接地；

措施4：機房設備需可靠接地；

措施5：控制室進、出線處均增設防雷隔離箱，內裝防雷保護器，防止感應雷。

當光伏設備放置在已經建成的建築物頂部時，應考慮到原有的外部防雷系統。如果光伏設備處於保護範圍內，可以不用另加外部防雷系統，反之則要另加外部防雷系統，避雷針的布置需要既考慮光伏設備在保護範圍內，又要儘量避免陰影投射到光伏組件上。

良好的接地使接地電阻減小，才能把雷電流導入大地，減小地電位，各接地裝置都要通過接地排相互連接以實現共地防止地電位反擊。獨立避雷針應設獨立的集中接地裝置，接地電阻必須小於4Ω。固定的金屬支架大約每隔10m連接至接地系統。太陽能光伏發電設備和建築的接地系統通過鍍鋅鋼相互連接，在焊接處也要進行防腐防鏽處理，這樣既可以減小總接地電阻又可以通過相互網狀交織連接的接地系統可形成一個等電位面，顯著減小雷電作用在各地線之間所產生的過電壓。

防雷接地系統的材料選用

避雷針一般選用直徑12-16mm的圓鋼，如果採用避雷帶，則使用直徑不低於8mm的圓鋼或厚度不小於4mm的扁鋼。

避雷針高出被保護物的高度應大於等於避雷針到被保護物的水平距離，避雷針越高保護範圍越大。

接地體宜採用熱鍍鋅鋼材，其規格一般為：直徑50mm的鋼管，壁厚不小於3.5mm；50mm*50mm*5mm角鋼，長度不低於2.5米；或者40mm*4mm的扁鋼，長度一般為2.5-4m。

扁鋼接地體的水平埋設深度不小於0.5m，角鋼垂直埋深不低於2.5m，連接焊接過的部位要重新做防腐防鏽處理。

引下線宜採用熱鍍鋅圓鋼或扁鋼，宜優先採用圓鋼，直徑不小於8mm；如用扁鋼，厚度應不小於4mm。

要求較高的要使用截面積為35mm2的雙層絕緣多股銅線。

等電位連接

組件鋁邊框與鍍鋅支架或鋁合金支架都做了鍍層處理，僅僅通過壓塊的壓接滿足不了接地要求，只有組件的接地孔連接到支架上才算組件有效接地。因此在這些位置必須建立外部防雷系統和金屬光伏組件之間的直接等電位連接。

浪湧保護

通過在帶電電纜上安裝浪湧保護器實現，減少電湧和雷電過電壓對設備造成損壞，所以光伏系統需要採取以下防護措施：

1、在逆變器的直流輸入端裝和交流輸出端加設浪湧保護裝置。

2、在併網接入配電箱（配電櫃）中安裝浪湧保護器，以防護沿連接電纜侵入的雷電波。為防止浪湧保護器失效時引起電路短路，必須在浪湧保護器前端串聯一個斷路器或熔斷器，該斷路器（熔斷器）的額定電流不能大於浪湧保護器產品說明書推薦的過電流保護器的最大額定值。

總結

在大型地面電站，必須要建一個非常完整的防雷系統，包括避雷針，避雷帶，接地器，地線，設備安裝防雷器。工商業項目可以利用建築物原有的防雷器件，做到設備防雷和接地，戶用項目如果房屋不高，周邊有高的建築物，對防雷的要求相對低一點。