【科普】分布式光伏系统之防雷接地设计

雷电是发生在【zài】因强对【duì】流天【tiān】气而【ér】形成的雷雨云间和雷雨云与大【dà】地之间强【qiáng】烈【liè】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【xiào】果， 且雷电能量巨大，可【kě】瞬间造成被击【jī】物折损【sǔn】、坍塌等物【wù】理损坏和电击损害。

（2）感应雷：

雷云形【xíng】成过程中，由于【yú】雷云中电荷的聚积【jī】，及闪电发生【shēng】时【shí】雷云中电荷【hé】的急剧减少，会形成大范围的静电【diàn】感应【yīng】和电磁感应现象，从而【ér】造成雷电影响【xiǎng】范围内【nèi】 (闪电发生【shēng】处半径 2Km内【nèi】) 的金【jīn】属【shǔ】导体出现【xiàn】高【gāo】电位 (强电压) 和瞬间冲击电流 (电涌)。可能造成【chéng】的主要危害是由于电位【wèi】差【chà】造成【chéng】相邻导体产生电火花，电涌造成电【diàn】源及信号线路发【fā】生击穿现象【xiàng】，造成线路【lù】短【duǎn】路，并侵入用电设备造【zào】成设备损【sǔn】坏。尤其【qí】是对【duì】低压电气系统和电子信【xìn】息系统危害更大。

分布式光伏系统主要由太【tài】阳【yáng】能电池方阵、并网逆【nì】变【biàn】器、交流配电箱等部【bù】分组【zǔ】成。

常用晶硅电【diàn】池板的边框是铝合金的，铝合金框架与金属支【zhī】架连接，电池板【bǎn】易遭受【shòu】直击雷侵袭，也易【yì】遭【zāo】受感【gǎn】应雷侵袭。逆【nì】变器、配电箱等电【diàn】气【qì】设备易遭受【shòu】感应雷和雷电波的侵入，另外在雷【léi】电的作用【yòng】下【xià】，雷电波也可【kě】能【néng】侵入建【jiàn】筑内危及人身安全或损坏设备，严重的雷电袭击会【huì】对【duì】整【zhěng】个光【guāng】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【fáng】雷和接地设计需要【yào】涉及【jí】到以下的方面：（可参考【kǎo】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【diàn】池方【fāng】阵接【jiē】线【xiàn】箱内，输入、输出处加装防雷器，各【gè】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【zhì】室【shì】进、出线处均增设防雷隔离箱【xiāng】，内装防雷保护【hù】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【bù】防【fáng】雷系统。如果光伏设【shè】备处于保护范围内，可以【yǐ】不用另【lìng】加外【wài】部防【fáng】雷系【xì】统，反之则【zé】要另加外部防雷系统【tǒng】，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【xiǎo】地【dì】电【diàn】位，各接地装置都要通过接地排相互连接以实【shí】现共地防止【zhǐ】地电位反【fǎn】击。独【dú】立避雷针应设独立的集中接地装置， 接地【dì】电阻必须小【xiǎo】于 4Ω。固【gù】定的金属支架【jià】大【dà】约每隔 10m 连接至接地系统。太阳能光伏【fú】发电设备和建筑的接地系统通过镀锌【xīn】钢相互连接【jiē】，在焊【hàn】接处也要进行防【fáng】腐【fǔ】防锈处【chù】理，这样既【jì】可【kě】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 

避雷针一般选【xuǎn】用直径 12-16mm的圆钢，如【rú】果采用避雷带，则使用直【zhí】径不低于8mm的【de】圆【yuán】钢或厚度【dù】不【bú】小于4mm的【de】扁钢。

避雷【léi】针高出被保护物的【de】高度【dù】应大于等于避雷【léi】针到被保护【hù】物的水平距离，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【wéi】：直径 50mm 的钢【gāng】管，壁厚不小于【yú】 3.5mm；50mm*50mm*5mm 角钢，长度不低于2.5米；或者 40mm*4mm 的扁【biǎn】钢，长度一【yī】般【bān】为【wéi】 2.5-4m。

扁钢【gāng】接地体的水平埋【mái】设深度不小【xiǎo】于 0.5m，角钢垂直埋【mái】深【shēn】不低于【yú】2.5m，连接焊接过的部位要重【chóng】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【cǎi】用圆钢，直径不小于【yú】 8mm；如【rú】用扁【biǎn】钢，厚度应不小于 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【jiàn】铝边框【kuàng】与镀锌【xīn】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【bú】了接【jiē】地要求【qiú】，只有【yǒu】组件【jiàn】的【de】接地孔【kǒng】连接到支架上才算【suàn】组【zǔ】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【lǎn】上安装【zhuāng】浪涌保护器实【shí】现，减少电涌和雷电过电压对【duì】设备【bèi】造成损【sǔn】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、在并网接入配电箱（配电柜）中安装浪涌保护器，以防护沿连接电【diàn】缆侵入的雷【léi】电波。为防【fáng】止【zhǐ】浪涌保护【hù】器【qì】失效时引【yǐn】起【qǐ】电路短【duǎn】路，必【bì】须在浪涌保【bǎo】护器前【qián】端串联一个断【duàn】路【lù】器【qì】或熔断器，该【gāi】断路器（熔断器【qì】）的额定电【diàn】流不【bú】能大【dà】于浪涌保护器产品说明书推荐的过电流【liú】保护器的最大【dà】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【kuò】避雷【léi】针、避雷带、接地器、地线、设备安装【zhuāng】防雷【léi】器。工商业项【xiàng】目可以利用建【jiàn】筑物原【yuán】有的防雷器【qì】件，做到设【shè】备防雷和接地，户用项目【mù】如果房屋不高，周边【biān】有高【gāo】的建筑【zhù】物【wù】，对防雷【léi】的要求相对低一点。

来源：古瑞瓦特