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工商业光伏系统中防雷接地那些事
2019-09-17

在光伏电站中,防雷与接地影响整个系统运行及人身生命安全,因为光伏电站全年都处在不同的户外环境中,难免会遇到雷雨天气。高处或没有遮挡的金属物体被雷击的概率非常高,严重的可能会引起火灾,造成人身或财产损失。

在电站建设过程中,经常遇到施工或相关专业人员对防雷接地重视不够,认为其技术性不强,工艺较简单,往往在施工中出现不规范作业或纰漏,所以造成光伏系统雷击事故。因此,防雷与接地工程在监理及验收工作中至关重要,其质量直接影响整个系统的使用功能、安全及寿命。

图1

根据光伏电站工程的特殊性,所有屋顶电站都可以依附在所属建筑的主体结构的防雷系统上,不用独立去设计独立的防雷系统,这样不仅可以节约工期、资金,更可充分利用现有资源。对于混凝土结构,大部分建筑在建时期都做了专业的防雷系统,混凝土结构在做防雷系统时候一般会做避雷带或者是避雷网。

钢结构厂房光伏电站防雷思路与混凝土大体想差不多,接闪器、引下线、接地体的选择,材料的连接都与混凝土屋面相似。

工商业光伏发电系统防雷接地材料选用

1、接闪器

一般选用直径 12-16mm的圆钢,如果采用避雷带,则使用直径不低于8mm的圆钢或厚度不小于4mm的扁钢。

图2

2、引下线

引下线宜采用热镀锌圆钢或扁钢,宜优先采用圆钢,直径不小于 8mm;如用扁钢,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。 

图3

3、接地体

宜采用热镀锌钢材,其规格一般为:直径 50mm 的钢管,壁厚不小于 3.5mm;50mm*50mm*5mm 角钢,长度不低于2.5米;或者 40mm*4mm 的扁钢,长度一般为 2.5-4m。扁钢接地体的水平埋设深度不小于 0.5m,角钢垂直埋深不低于2.5m,连接焊接过的部位要重新做防腐防锈处理。

 图4

4、组件与支架等电位连接

组件铝边框与镀锌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了接地要求,只有组件的接地孔连接到支架上才算组件有效接地。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,一般可以采用4mm2的黄绿双色线。

图5

5、支架阵列间等电位连接

支架间的连接应是持久的电气贯通,一般采用使用直径不低于8mm的圆钢或厚度不小于4mm的扁钢。可采用铜锌合金焊、熔焊、卷边压接、缝接、螺钉或螺栓连接。考虑到施工难度周围环境影响,采用焊接比较好。做完焊接后最好再做节点处理,做好防腐措施。

图6

逆变器防雷接地

除了常规的组件侧、支架侧和配电箱侧的保护接地外,逆变器作为光伏电站的核心电气设备,更应该做好防雷保护接地,这点非常重要。

1、工作接地

一般工作接地(PE端)接到配电箱的PE排上,再通过配电箱做接地。

光伏逆变器PE端工作接地,具备PV端接地故障检测功能,在出现接地故障时及时进行保护,原因在于光伏系统中,PV端极易受雷击而使系统产生浪涌电压,瞬间的高电压会严重影响直流系统的绝缘性能,造成光伏组件正极或负极侧的系统接地,一旦发生接地故障,不仅会导致电站无法并网影响发电量,严重的话还会导致整个发电系统设备故障或人员伤亡。

图7

2、保护接地

逆变器机身的右下方侧有一个接地孔是做重复接地,保护逆变器和操作人员的安全。

图8

3、逆变器集成交直流防雷模块

图9

工商业屋顶光伏发电系统防雷接地注意事项

图10

1、通常情况均建议安装雷电保护装置(一般指建筑物顶部避雷针或避雷带及引下线),以防止雷电直击光伏阵列。

2、雷电保护装置及引下线与光伏系统中相关设备(包含光伏面板、逆变器、电缆、配电设备)应保持安全间隔距离S。S的建议值:按一般5层楼高(约15m)建筑屋顶,S取2.5m足够,此距离可按楼层高度反比关系简化计算。

A.当满足安全距离S的情况下:图示位置①②③应加装防雷模组;

B.当不满足安全安全距离S的情况下:除位置①②③外还应在图示④加装防雷模组; 

3、雷电引下线与设备接地线最终汇在一个总接地点,但二者不能共用导线。即设备接地线应单独拉线。

在实际施安装过程中,由于防雷接地不当,会造成光伏系统雷击故障。前段时间有客户反馈,有几处项目地出现雷击后,光伏系统不能正常工作。经过我司售后工程师现场检查发现,这几处逆变器的PE端子都是采取如下错误的接地方式:

01、逆变器的PE接地与防雷带直接连接在一起

图11

02、逆变器的PE接地与组件支架直接连接在一起

图12

在没有雷击的情况下,这两种接法都是没有问题的,能够保证逆变器的安全。但是一旦出现了雷击,就有很大概率造成逆变器内部的电子元器件不同程度的损坏,这是为什么呢?

从逆变器电路上来看,直流侧和交流侧的 SPD 的接地都是连到外壳的接地端,然后再通过扁铁连到短避雷针或者是组件支架上,这相当于把逆变器的接地端和建筑物的外部防雷系统或组件支架等电位连接,这样子在有雷电的情况下,会有如下几个危险,如图13所示:

图13

1、如果有雷电流从这个防雷系统流入大地(打在其他的位置),那么在外壳出接地点的地电位会有瞬间的抬高(峰值大概到几万伏),但是直流和交流电路的电压都不会变的(被组件的输出电压固定),就会导致地线上的电压高于电路中的电压,由于安装有 SPD,所以 SPD 会瞬间导通,把几万伏的电压传入电路中,这个电压可能超过了逆变器内部电子元器件的绝缘耐受水平。

2、如果雷直接落在短避雷针或组件支架上,那么由于距离最近,回路阻抗最小,很大部分雷电流会沿着扁钢直接串入逆变器,可能会直接把逆变器打炸了,这是最严重的情况。

综上所述,光伏系统现场防雷地和逆变器保护地PE端应该分开,正确接法应该是图14所示:逆变器PE保护线应该和接地极单独连接,PE引下线和防雷引下线相距越远越好,最好在10m以上。雷电流沿防雷引下线入地后,会快速向周围扩散,就不会从PE的引下线再流入逆变器接地端。

图14


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