【科普】分布式光伏系统之防雷接地设计

雷电【diàn】是发生在因强【qiáng】对流天气而形成【chéng】的雷雨云间和雷雨【yǔ】云与大地之【zhī】间强烈放电现【xiàn】象【xiàng】。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【guǒ】， 且雷电能量巨大，可【kě】瞬【shùn】间造成被【bèi】击物折损、坍塌等物理损坏和电【diàn】击损【sǔn】害。

（2）感应雷：

雷云形成过程中【zhōng】，由于雷云中电荷的聚【jù】积，及闪电发生时雷【léi】云【yún】中电荷【hé】的【de】急剧减少，会形【xíng】成大范围【wéi】的静电感应【yīng】和电磁感应现象【xiàng】，从而造成雷电影【yǐng】响范【fàn】围内 (闪电发生处【chù】半径 2Km内【nèi】) 的【de】金属导体出【chū】现高电位 (强电压) 和瞬【shùn】间冲击电流 (电涌【yǒng】)。可能造成的【de】主要危害是【shì】由于电位差造成相邻导体产生电火花，电涌造成电源【yuán】及【jí】信号线路发生【shēng】击穿【chuān】现象，造成线【xiàn】路短路【lù】，并侵入用电【diàn】设备造成设备损坏。尤其是对低压【yā】电气【qì】系统和【hé】电【diàn】子信息系【xì】统危害更大。

分布式光【guāng】伏系【xì】统主要【yào】由【yóu】太阳能电池方阵、并网逆变【biàn】器、交【jiāo】流配电箱等部分组【zǔ】成。

常用晶硅【guī】电池【chí】板【bǎn】的【de】边框是铝合金的，铝【lǚ】合金框架与金属支架连【lián】接，电【diàn】池板易遭受直击雷侵袭，也易遭受感应雷【léi】侵袭【xí】。逆变器【qì】、配电箱等电气设备易【yì】遭受感应雷和雷电波的侵入，另外在【zài】雷电的【de】作【zuò】用下，雷【léi】电【diàn】波【bō】也可能【néng】侵入建筑内危及人身安全或损坏设备，严【yán】重的【de】雷电袭击会对整个光伏系统造【zào】成【chéng】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【jiē】地设计需要涉及到以下的方面：（可参【cān】考【kǎo】GB50057 -94 《建筑防雷设计【jì】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【yáng】电【diàn】池方阵接线【xiàn】箱内，输入、输出处【chù】加装防雷器，各机壳【ké】均可靠接地；

措施4：机房设备需可靠接地；

措施5：控【kòng】制室进【jìn】、出线处均增设防雷隔【gé】离箱【xiāng】，内装防雷保【bǎo】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【hù】范围内，可以不【bú】用【yòng】另【lìng】加外部防雷【léi】系统，反【fǎn】之则要【yào】另加【jiā】外【wài】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【zhuāng】置都要通过【guò】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【yīng】设独【dú】立的【de】集中接地装【zhuāng】置， 接【jiē】地电阻【zǔ】必须小【xiǎo】于【yú】 4Ω。固【gù】定的金【jīn】属支架大约【yuē】每隔 10m 连接至接地系统。太阳能光伏发电设备【bèi】和建筑【zhù】的接地【dì】系统通过镀【dù】锌钢【gāng】相互连接，在焊接处也要【yào】进行防腐【fǔ】防【fáng】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/接闪器材料选用 

避雷针一【yī】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【yú】8mm的圆钢或【huò】厚【hòu】度不【bú】小于4mm的扁【biǎn】钢。

避雷针高出被保护【hù】物【wù】的高度应大于等于避【bì】雷针到被保护物的【de】水平【píng】距离【lí】，避雷针越高保护范围越大。 

接地材料选用 

接地体宜采用热镀锌钢材，其规格一般为：直【zhí】径【jìng】 50mm 的钢管，壁厚不小于 3.5mm；50mm*50mm*5mm 角钢，长度【dù】不低于2.5米【mǐ】；或者 40mm*4mm 的【de】扁钢，长度一般为【wéi】 2.5-4m。

扁钢接地体的水平埋【mái】设深度不小于 0.5m，角钢垂直埋深【shēn】不低【dī】于【yú】2.5m，连【lián】接焊接【jiē】过的【de】部位要【yào】重新做防腐防锈处理。

引下线材料选用

引下线宜采用热镀锌圆钢或扁钢，宜【yí】优先采用圆【yuán】钢，直【zhí】径不小于 8mm；如用扁钢，厚度应【yīng】不小于 4mm。

要求较高的要使用截面积为 35mm 2 的双层绝缘多股铜线。

等电位连接

组件铝边框与镀锌支架【jià】或铝合金【jīn】支架都做【zuò】了【le】镀层处理【lǐ】，仅仅通过【guò】压【yā】块的压【yā】接【jiē】满足不【bú】了接地要求，只【zhī】有组件的接地孔连接到支架上才【cái】算组件有效接地【dì】。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【guò】在带【dài】电电【diàn】缆上安装浪涌保护【hù】器实现，减少电涌和雷电过电压对【duì】设备造【zào】成损坏，所【suǒ】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【bìng】网【wǎng】接入配电箱【xiāng】（配电【diàn】柜）中安装浪涌【yǒng】保护器，以【yǐ】防护【hù】沿连接电缆侵入的雷【léi】电波【bō】。为防止浪涌保【bǎo】护器失效时引【yǐn】起电【diàn】路短路，必须在浪涌保护器前端串联一个断路【lù】器【qì】或熔断器，该【gāi】断路器【qì】（熔断器）的额定电流不能【néng】大于浪涌保护器产品【pǐn】说明【míng】书推荐【jiàn】的过电流【liú】保护器的【de】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【bāo】括避雷针【zhēn】、避雷带、接地器、地线【xiàn】、设【shè】备【bèi】安装防雷器。工【gōng】商业项目可以利用建【jiàn】筑【zhù】物原有的防雷器【qì】件【jiàn】，做【zuò】到设备防雷和接【jiē】地，户用项目如果房屋不高，周【zhōu】边有高的建筑物【wù】，对防雷的要【yào】求相对低一点。

来源：古瑞瓦特