廈門大恒科技——分布式光伏發電系統的防雷解決方案

    分布式太陽能光伏發電系統是一種典型的綠色環保型能源，它安全可靠、無噪音、無污染、不受地域限制，無需消耗燃料，故障率低、維護方便、規模大小可隨意的與建筑物相結合。它正以其特有的優勢逐漸得到了大家的認可，近年來其光伏發電系統的數量、規模和應用范圍都在不斷擴大。由于分布式太陽能光伏發電系統本身安裝位置和環境的特殊性，其設備遭受雷電電磁脈沖損壞的隱患也越來越突出。為確保分布式光伏發電系統安全可靠運行，其分布式光伏發電系統的防雷設計也越來越重要。

   分布式光伏發電系統的結構

    分布式光伏發電系統，又稱分散式發電或分布式供能，是指在用戶現場或靠近用電現場配置較小的光伏發電供電系統，以滿足特定用戶的需求，支持現存配電網的經濟運行，或者同時滿足這兩個方面的要求。
    分布式光伏發電系統的基本設備包括光伏電池組件、光伏方陣支架、直流匯流箱、直流配電柜、并網逆變器、交流配電柜等設備，另外還有供電系統監控裝置和環境監測裝置。其光伏發電系統的太陽能電池組件陣列將太陽能轉換輸出的電能，經過直流匯流箱集中送入直流配電柜，由并網逆變器逆變成交流電供給建筑自身負載，多余或不足的電力通過聯接電網來調節。

    雷電對分布式光伏發電系統的影響

    直擊雷：是雷雨云對大地和建筑的放電現象，當直擊雷作用在遠處或防雷保護區之內的導線或金屬管道上時可能通過導線和金屬管道傳輸到電子設備和太陽電池組件上，由于它有強大的沖擊電流、熾熱的高溫、猛烈的沖擊波，強烈的電磁輻射，所以能損壞放電通道上的輸電線和電子設備，造成財產損失，甚至擊傷人畜，造成生命損失。
    雷電感應：雷云表面分布著大量負電荷，可以通過靜電感應使支架和電纜等感應出高電壓，閃電電流在閃電通道周圍的空間產生強大的電磁場，使周圍的各類金屬導體上產生感應電動勢或感生電流，從而損壞設備。并且雷電感應高電壓和雷電電磁脈沖的作用范圍廣，作用方式比較隱蔽，所以其后果往往比直擊雷更嚴重。
    地電位反擊：在沒有采取等電位連接和鉗位措施，并且避雷針引下線與導線、金屬管道或電器設備的工作地線間的距離小于安全間距離時，當雷擊發生時，導線感應雷電流，或者雷擊建筑物導致的地電位抬高，都會使設備的電源線、信號線和接地線之間存在電位差，如果電位差超過設備的耐受能力，則該設備必然被擊壞。  

    分布式光伏發電系統的防雷設計依據：

    分布式光伏發電系統的防雷與一般電器的防雷即有區別又有聯系，因此要根據分布式光伏發電系統的特點來合理設計可靠的防雷方案。

    分布式光伏發電系統的雷電風險評估：主要遵循 IEC 62305-2 太陽能光伏發電系統雷擊風險評估標準
    分布式光伏發電系統的防雷設計依據：國標GB50057-2010《建筑物防雷設計規范》和GB50343-2004《建筑物電子信息系統防雷設計規范》

   分布式光伏發電系統的防雷措施：

    1、直擊雷的防護

    對于分布式光伏發電系統來說，由于光伏設備大量暴露在戶外并占用大量戶外空間，因此在雷暴發生時極易受到雷電的威脅。為了保證裸露在室外的太陽能電池板不被直接雷擊損壞，根據國標GB50057-2010《建筑物防雷設計規范》和GB50343-2004《建筑物電子信息系統防雷設計規范》的要求，應進行直擊雷防護裝置的設置，具體措施如下：

    A、接閃器：通常是由攔截閃擊的接閃桿（俗稱避雷針）、接閃帶、接閃線、接閃網以及金屬屋面、金屬構件等組成。

    B、引下線：用于將雷電流從接閃器傳導至接地裝置的導體。

    C、接地地網：接地體和接地線的總合，用于傳導雷電流并將其流散入大地。

    在安裝和設置避雷針時，應充分考慮避雷針保護范圍是否可以覆蓋所有光伏設備，其計算方法應根據滾球法來計算避雷針的保護范圍和高度，同時對于良好的接地可使接地電阻減小，這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。

     避雷針：可選用大恒TP450型避雷針或TP450C、TP450F、TP01、TP02、TP03型等系列避雷針。

    2、感應雷的防護

    由于雷電放電和上游電源系統的開關操作引起感性或容性的耦合電壓。雷電引起的電涌可能會損壞光伏模塊和逆變器，而光伏設備中的電子元件通常較為敏感，維護和修理費用較高，因此有效電涌保護是必不可少的。依據GB50057-2010《建筑物防雷設計規范》和GB50343-2004《建筑物電子信息系統防雷設計規范》，通過在帶電電纜上安裝浪涌保護器，來減少電涌和雷電過電壓對設備造成損壞。具體可采取以下防護措施：

    A、電涌保護

    直流側（匯流箱/直流屏）：在逆變器的每路直流輸入端裝設浪涌保護裝置

    大型分布式光伏發電系統可選：大恒VC20D/1000/3P浪涌保護器、大恒T08/60G/1000/2P SCB(SPD專用后備保護器)

    小型分布式光伏發電系統可選：大恒VD10D/32/2P 24VDC浪涌保護器、VD10D/85/2P 48VDC浪涌保護器

    交流側（交流屏）：在接入控制柜中安裝浪涌保護器，以防護沿連接電纜侵入的雷電波。

    單相可選：大恒VB40/385/1PN(單相)浪涌保護器、大恒T08/80/2P(單相)SCB-SPD專用后備保護器

    三相可選：大恒VB40/385/3PN(三相)浪涌保護器、大恒T08/80/4P(三相)SCB-SPD專用后備保護器

    為防止電涌保護器脫扣而使防雷失效可選用：大恒T27自動重合閘、大恒T27-MA智能自動重合閘設備

    SCB保護器（SPD專用后備保護器）：為防止浪涌保護器失效時引起電路短路，必須在浪涌保護器前端串聯一個SCB(SPD專用后備保護器)?？梢蕴娲F在常在浪涌保護器前端串聯的斷路器或熔斷器（過電流保護裝置的額定電流不能大于浪涌保護器產品說明書推薦的過電流保護器的最大額定值）。SCB保護器優點：它解決了防雷器因劣化和電網故障引起的火災。解決了因雷電引起的后備保護裝置誤動作造成的防雷器失效問題。確保SPD不起火、使設備防雷持續有效、解決目前廣泛使用斷路器或熔斷器做外置脫離器存在的保護盲區問題，是光伏供電系統SPD理想的防火配套器件。

    B、防地電位反擊：采用等電位連接，防止互相之間發生閃絡或擊穿。具體來說就是，在太陽能電池組件和金屬支架及設備的外殼直接接到等電位系統上，直流和交流電纜通過安裝電涌保護器間接接到等電位系統上。

    C、電磁屏蔽：在建筑物、線路和設備對外界的電磁屏蔽隔離，防止電磁脈沖和感應高電壓。屏蔽可以采用密封的導電殼層、同軸外套或內通電纜的電纜管，或者在電纜溝中電纜上面敷設高裸露保護線等方式，屏蔽裝置的外殼應連接到設備地線上。

    組串式逆變器光伏系統雷電防護：組串式逆變器組網結構簡單，適用于較小屋面的光伏系統，可分散室外就近安裝，根據屋頂容量選擇合適的逆變器靈活設置，對于此部分的雷電防護主要以外部防雷和內部防雷為主。

    分布式光伏系統雷電防護：對于屋頂分布式光伏系統，采用專業的雷電防護是必不可少的，但并不僅僅是對于光伏組件和配電系統的雷電防護，應該更注重的是雷電的信息記錄及預防，為后續的防雷改造提供充足的依據。