厦门大恒科技——分布式光伏发电系统的防雷解决方案

    分布式太阳能光伏发电系统是一种典型的绿色环保型能源，它安全可靠、无噪音、无污染、不受地域限制，无需消耗燃料，故障率低、维护方便、规模大小可随意的与建筑物相结合。它正以其特有的优势逐渐得到了大家的认可，近年来其光伏发电系统的数量、规模和应用范围都在不断扩大。由于分布式太阳能光伏发电系统本身安装位置和环境的特殊性，其设备遭受雷电电磁脉冲损坏的隐患也越来越突出。为确保分布式光伏发电系统安全可靠运行，其分布式光伏发电系统的防雷设计也越来越重要。

   分布式光伏发电系统的结构

    分布式光伏发电系统，又称分散式发电或分布式供能，是指在用户现场或靠近用电现场配置较小的光伏发电供电系统，以满足特定用户的需求，支持现存配电网的经济运行，或者同时满足这两个方面的要求。
    分布式光伏发电系统的基本设备包括光伏电池组件、光伏方阵支架、直流汇流箱、直流配电柜、并网逆变器、交流配电柜等设备，另外还有供电系统监控装置和环境监测装置。其光伏发电系统的太阳能电池组件阵列将太阳能转换输出的电能，经过直流汇流箱集中送入直流配电柜，由并网逆变器逆变成交流电供给建筑自身负载，多余或不足的电力通过联接电网来调节。

    雷电对分布式光伏发电系统的影响

    直击雷：是雷雨云对大地和建筑的放电现象，当直击雷作用在远处或防雷保护区之内的导线或金属管道上时可能通过导线和金属管道传输到电子设备和太阳电池组件上，由于它有强大的冲击电流、炽热的高温、猛烈的冲击波，强烈的电磁辐射，所以能损坏放电通道上的输电线和电子设备，造成财产损失，甚至击伤人畜，造成生命损失。
    雷电感应：雷云表面分布着大量负电荷，可以通过静电感应使支架和电缆等感应出高电压，闪电电流在闪电通道周围的空间产生强大的电磁场，使周围的各类金属导体上产生感应电动势或感生电流，从而损坏设备。并且雷电感应高电压和雷电电磁脉冲的作用范围广，作用方式比较隐蔽，所以其后果往往比直击雷更严重。
    地电位反击：在没有采取等电位连接和钳位措施，并且避雷针引下线与导线、金属管道或电器设备的工作地线间的距离小于安全间距离时，当雷击发生时，导线感应雷电流，或者雷击建筑物导致的地电位抬高，都会使设备的电源线、信号线和接地线之间存在电位差，如果电位差超过设备的耐受能力，则该设备必然被击坏。  

    分布式光伏发电系统的防雷设计依据：

    分布式光伏发电系统的防雷与一般电器的防雷即有区别又有联系，因此要根据分布式光伏发电系统的特点来合理设计可靠的防雷方案。

    分布式光伏发电系统的雷电风险评估：主要遵循 IEC 62305-2 太阳能光伏发电系统雷击风险评估标准
    分布式光伏发电系统的防雷设计依据：国标GB50057-2010《建筑物防雷设计规范》和GB50343-2004《建筑物电子信息系统防雷设计规范》

   分布式光伏发电系统的防雷措施：

    1、直击雷的防护

    对于分布式光伏发电系统来说，由于光伏设备大量暴露在户外并占用大量户外空间，因此在雷暴发生时极易受到雷电的威胁。为了保证裸露在室外的太阳能电池板不被直接雷击损坏，根据国标GB50057-2010《建筑物防雷设计规范》和GB50343-2004《建筑物电子信息系统防雷设计规范》的要求，应进行直击雷防护装置的设置，具体措施如下：

    A、接闪器：通常是由拦截闪击的接闪杆（俗称避雷针）、接闪带、接闪线、接闪网以及金属屋面、金属构件等组成。

    B、引下线：用于将雷电流从接闪器传导至接地装置的导体。

    C、接地地网：接地体和接地线的总合，用于传导雷电流并将其流散入大地。

    在安装和设置避雷针时，应充分考虑避雷针保护范围是否可以覆盖所有光伏设备，其计算方法应根据滚球法来计算避雷针的保护范围和高度，同时对于良好的接地可使接地电阻减小，这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。

     避雷针：可选用大恒TP450型避雷针或TP450C、TP450F、TP01、TP02、TP03型等系列避雷针。

    2、感应雷的防护

    由于雷电放电和上游电源系统的开关操作引起感性或容性的耦合电压。雷电引起的电涌可能会损坏光伏模块和逆变器，而光伏设备中的电子元件通常较为敏感，维护和修理费用较高，因此有效电涌保护是必不可少的。依据GB50057-2010《建筑物防雷设计规范》和GB50343-2004《建筑物电子信息系统防雷设计规范》，通过在带电电缆上安装浪涌保护器，来减少电涌和雷电过电压对设备造成损坏。具体可采取以下防护措施：

    A、电涌保护

    直流侧（汇流箱/直流屏）：在逆变器的每路直流输入端装设浪涌保护装置

    大型分布式光伏发电系统可选：大恒VC20D/1000/3P浪涌保护器、大恒T08/60G/1000/2P SCB(SPD专用后备保护器)

    小型分布式光伏发电系统可选：大恒VD10D/32/2P 24VDC浪涌保护器、VD10D/85/2P 48VDC浪涌保护器

    交流侧（交流屏）：在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。

    单相可选：大恒VB40/385/1PN(单相)浪涌保护器、大恒T08/80/2P(单相)SCB-SPD专用后备保护器

    三相可选：大恒VB40/385/3PN(三相)浪涌保护器、大恒T08/80/4P(三相)SCB-SPD专用后备保护器

    为防止电涌保护器脱扣而使防雷失效可选用：大恒T27自动重合闸、大恒T27-MA智能自动重合闸设备

    SCB保护器（SPD专用后备保护器）：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SCB(SPD专用后备保护器)。可以替代现在常在浪涌保护器前端串联的断路器或熔断器（过电流保护装置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******额定值）。SCB保护器优点：它解决了防雷器因劣化和电网故障引起的火灾。解决了因雷电引起的后备保护装置误动作造成的防雷器失效问题。确保SPD不起火、使设备防雷持续有效、解决目前广泛使用断路器或熔断器做外置脱离器存在的保护盲区问题，是光伏供电系统SPD理想的防火配套器件。

    B、防地电位反击：采用等电位连接，防止互相之间发生闪络或击穿。具体来说就是，在太阳能电池组件和金属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。

    C、电磁屏蔽：在建筑物、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。屏蔽可以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设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。

    组串式逆变器光伏系统雷电防护：组串式逆变器组网结构简单，适用于较小屋面的光伏系统，可分散室外就近安装，根据屋顶容量选择合适的逆变器灵活设置，对于此部分的雷电防护主要以外部防雷和内部防雷为主。

    分布式光伏系统雷电防护：对于屋顶分布式光伏系统，采用专业的雷电防护是必不可少的，但并不仅仅是对于光伏组件和配电系统的雷电防护，应该更注重的是雷电的信息记录及预防，为后续的防雷改造提供充足的依据。