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光伏发电防雷方案,光伏发电防雷及防雷接地

工程负责人电话:15517169723发布日期:2017-06-02

一、光伏电厂防雷重要性

在当今人类科学技术的发展已进入了高信息化的发展阶段。基于近些年来太阳能光伏发电系统的数量、规模和应用规模都在不断扩大,为确保太阳能光伏并网发电系统安全可靠运行,太阳能光伏并网发电系统的防雷设计也越来越受重视,对于系统中微电子仪器设备普遍存在着绝缘强度低,过电压耐受能力差等致命弱点,一旦遭受雷击过压的冲击,轻则造成这些电子系统的运行中断,设备永久性损坏;重要的是这些系统所承负的那些须实时运行的后续工作的中断瘫痪所造成的不可估量的直接与间接的巨大经济损失和影响。因此要根据太阳能光伏并网发电系统的特点来合理设计可靠的防雷方案。

二、太阳能光伏发电系统的雷电防护

太阳能光伏并网发电系统的基本组成为:太阳电池方阵、直流配电柜、交流配电柜和逆 变器等。太阳电池方阵的支架采用金属材料并占用较大空间且一般放置在建筑物顶部或开阔地,在雷暴发生时,尤其容易受到雷击而毁坏,并且太阳电池组件和逆变器比较昂贵,为避免因雷击和浪涌而造成经济损失,有效的防雷和电涌保护是必不可少的。太阳能光伏并网电站防雷的主要措施有:

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三、方案设计依据:

(1)《建筑物防雷设计规范》(2010版)         GB50057-2010      

(2)《交流设备接地装置》                           DL/T621              

(3)《雷电电磁脉冲的防护》                       IEC 6I312

(4)《过电压保护器》                             IEC 61643

(5)根据本工程相关《岩土工程勘察报告》

(6)《低压配电设计规范》                       GB 50054-95

(7)《工业与民用电力装置的过电压保护设计规范》   GBJ 64-83

(8)《电子设备雷击保护导则》                    GB 7450-87 

(9)《电气装置安装工程接地装置施工及验收规范》 GB 50169-92

(10)《建筑物防雷》                              IEC 61024

(11)《建筑物电子信息系统防雷技术规范》       GB50343-2012

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 1、外部直击雷防雷

设计内容:

所谓雷击防护:就是由避雷针(或避雷带、避雷网、避雷针塔)、引下线和接地系统构成外部防雷系统,主要是为了保护建筑物免受雷击引起火灾事故及人身安全事故;在0级保护区即外部作无源保护,主要有避雷针(网、线、带)和接地装置(接地线、地极)。

具体实施方法:

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(线)应设独立的集中接地装置,接地电阻必须小于10Ω。低压电力设备接地装置的接地电阻,不宜超过4Ω。光伏设备的接地系统设计为环形接地极(水平接地电极),建议网络大小为20m×20m。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。水平接地极铺设在至少0.5m 深的土壤中(距离冻土层深0.5m),使用十字夹相互连接成网格状。同样,在土壤中的连接头必须用耐腐蚀带包裹起来。

2. 等电位连接:

实现各金属物体之间等电位,防止互相之间发生闪络或击穿。防雷系统的关键部分是太阳能光伏并网发电系统的所有金属结构和设备外壳连通并接地。

具体的做法是:

太阳电池组件和支架及设备的外壳直接接到等电位系统上,直流和交流电缆通过安装电涌保护器间接接到等电位系统上。为防止部分雷电流侵入建筑物,光伏组件边框上的接地孔须用BVR-1x6铜绞线逐个跨接,直至两边边缘与支架的连接螺栓用线鼻可靠固定,站内所有设备(主要为光伏组件及其附件,包括组件支架)均应按DL/T621《交流电气装置接地》要求可靠接地;光伏方阵区内相邻组件间、相邻矩阵间均需通过接地线相连,并最终与主接地网连接。

3. 屏蔽:

实现建筑物、线路和设备对外界的电磁屏蔽隔离,防止电磁脉冲和感应高电压。屏蔽是当雷电在系统附近的大地放电雷云在附近经过时,通过降低电磁场与系统输电线路的相互作用对系统提供保护。具体的实施方法是:采用密封的导电壳层、同轴外套或内通电缆的电缆管,或者在电缆沟中电缆上面敷高裸露保护线等方式。屏蔽装置的外壳应连接到设备地线上。

4. 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。太阳能光伏并网发电系统的雷电浪涌入侵途径, 除了太阳能电池方阵外, 还有配电线路、接地线等。

具体防护措施:

1、每个光伏子阵列直流防雷汇流箱内有直流防浪涌保护装置。

2、控制室内直流防雷配电柜设置直流防浪涌保护装置。

3、在并网接入控制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, 过电流保护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。

4、当太阳能电池方阵架设在接闪器保护范围内时,太阳能电池方阵置于LPZ0B 区内,配电设备和逆变器必须置于LPZ1 区内,为此应在逆变器的直流输入端配置直流电源浪涌保护器,直流电源浪涌保护器可选用专门用于直流配电系统的浪涌保护器,也可选用交流配电系统的浪涌保护器,并按换算公式Vdc= 1.414 Vac 计算。

作为第一级浪涌保护应该选择开关型浪涌保护器以泄放大的雷电流,直流浪涌保护器的主要技术参数应满足如下要求:额定放电冲击电流Iimp ≥ 5kA(10/350μs);在逆变器与并网点之间必须加装第二级电源防雷器,可选限压型浪涌保护器,具体型号应根据工作电压和现场情况确定。综合采用以上措施可以逐级将雷电流降低,最终控制在设备能承受的电压范围之内。大量实践证明这些措施是非常有效的。

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6、防雷接地系统:接地是防雷的重要组成部分是防雷装置的基础,本工程为山地地形,对保护接地、工作接地和过电压保护接地采用一个总的接地网。其接地装置的接地电阻值按不大于0.5Ω考虑,为了使雷电流更好的泻入大地,为保证光伏电厂的接地阻值,我们将水平接地体采用明敷,布置成外缘闭合的环形接地网。此次设计我们接地体的具体位置和引下线的具体路由,在施工时严格按照设计图纸和防雷规范以尽可能的减少引下线的长度。通过增大导线载面和减小引下线长度的措施,来尽量减小接地引线的电阻值。

具体的实施方法:

1、水平接地带采用-60X6mm热镀锌扁钢,山地地形明敷,能暗敷时需要暗敷0.8m。接地带边缘转角处采用弧形布置。垂直接地极采用Φ50,长为2.5m的热镀锌钢管. 接地体与建筑物距离不宜小于1.5米,光伏方阵区内相邻组件间、相邻矩阵间均需通过接地线相连,并不少于两点与主接地网连接,焊接处做防腐处理系统的接地电阻的阻值R≤0.5Ω,如实测电阻不满足要求时,可增加垂直接地体、可扩大接地网面积或采取降阻剂等措施。对经常有人出入的走道处,应铺设砾石、沥青路面或“帽檐式电阻率的路面结构层(即路面铺设砾石、沥青)作为安全措施。”均压带,本工程建议采用高10、水平接地体过路时须穿Φ80镀锌钢管保护,接地体敷设位置应不防碍设备的拆卸与检修。