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工商業光伏系統中防雷接地那些事
2019-09-17

在光伏電站中,防雷與接地影響整個系統運行及人身生命安全,因為光伏電站全年都處在不同的戶外環境中,難免會遇到雷雨天氣。高處或沒有遮擋的金屬物體被雷擊的概率非常高,嚴重的可能會引起火災,造成人身或財產損失。

在電站建設過程中,經常遇到施工或相關專業人員對防雷接地重視不夠,認為其技術性不強,工藝較簡單,往往在施工中出現不規范作業或紕漏,所以造成光伏系統雷擊事故。因此,防雷與接地工程在監理及驗收工作中至關重要,其質量直接影響整個系統的使用功能、安全及壽命。

圖1

根據光伏電站工程的特殊性,所有屋頂電站都可以依附在所屬建筑的主體結構的防雷系統上,不用獨立去設計獨立的防雷系統,這樣不僅可以節約工期、資金,更可充分利用現有資源。對于混凝土結構,大部分建筑在建時期都做了專業的防雷系統,混凝土結構在做防雷系統時候一般會做避雷帶或者是避雷網。

鋼結構廠房光伏電站防雷思路與混凝土大體想差不多,接閃器、引下線、接地體的選擇,材料的連接都與混凝土屋面相似。

工商業光伏發電系統防雷接地材料選用

1、接閃器

一般選用直徑 12-16mm的圓鋼,如果采用避雷帶,則使用直徑不低于8mm的圓鋼或厚度不小于4mm的扁鋼。

圖2

2、引下線

引下線宜采用熱鍍鋅圓鋼或扁鋼,宜優先采用圓鋼,直徑不小于 8mm;如用扁鋼,厚度應不小于 4mm。要求較高的要使用截面積為 35mm 2 的雙層絕緣多股銅線。 

圖3

3、接地體

宜采用熱鍍鋅鋼材,其規格一般為:直徑 50mm 的鋼管,壁厚不小于 3.5mm;50mm*50mm*5mm 角鋼,長度不低于2.5米;或者 40mm*4mm 的扁鋼,長度一般為 2.5-4m。扁鋼接地體的水平埋設深度不小于 0.5m,角鋼垂直埋深不低于2.5m,連接焊接過的部位要重新做防腐防銹處理。

 圖4

4、組件與支架等電位連接

組件鋁邊框與鍍鋅支架或鋁合金支架都做了鍍層處理,僅僅通過壓塊的壓接滿足不了接地要求,只有組件的接地孔連接到支架上才算組件有效接地。因此在這些位置必須建立外部防雷系統和金屬光伏組件之間的直接等電位連接,一般可以采用4mm2的黃綠雙色線。

圖5

5、支架陣列間等電位連接

支架間的連接應是持久的電氣貫通,一般采用使用直徑不低于8mm的圓鋼或厚度不小于4mm的扁鋼。可采用銅鋅合金焊、熔焊、卷邊壓接、縫接、螺釘或螺栓連接。考慮到施工難度周圍環境影響,采用焊接比較好。做完焊接后最好再做節點處理,做好防腐措施。

圖6

逆變器防雷接地

除了常規的組件側、支架側和配電箱側的保護接地外,逆變器作為光伏電站的核心電氣設備,更應該做好防雷保護接地,這點非常重要。

1、工作接地

一般工作接地(PE端)接到配電箱的PE排上,再通過配電箱做接地。

光伏逆變器PE端工作接地,具備PV端接地故障檢測功能,在出現接地故障時及時進行保護,原因在于光伏系統中,PV端極易受雷擊而使系統產生浪涌電壓,瞬間的高電壓會嚴重影響直流系統的絕緣性能,造成光伏組件正極或負極側的系統接地,一旦發生接地故障,不僅會導致電站無法并網影響發電量,嚴重的話還會導致整個發電系統設備故障或人員傷亡。

圖7

2、保護接地

逆變器機身的右下方側有一個接地孔是做重復接地,保護逆變器和操作人員的安全。

圖8

3、逆變器集成交直流防雷模塊

圖9

工商業屋頂光伏發電系統防雷接地注意事項

圖10

1、通常情況均建議安裝雷電保護裝置(一般指建筑物頂部避雷針或避雷帶及引下線),以防止雷電直擊光伏陣列。

2、雷電保護裝置及引下線與光伏系統中相關設備(包含光伏面板、逆變器、電纜、配電設備)應保持安全間隔距離S。S的建議值:按一般5層樓高(約15m)建筑屋頂,S取2.5m足夠,此距離可按樓層高度反比關系簡化計算。

A.當滿足安全距離S的情況下:圖示位置①②③應加裝防雷模組;

B.當不滿足安全安全距離S的情況下:除位置①②③外還應在圖示④加裝防雷模組; 

3、雷電引下線與設備接地線最終匯在一個總接地點,但二者不能共用導線。即設備接地線應單獨拉線。

在實際施安裝過程中,由于防雷接地不當,會造成光伏系統雷擊故障。前段時間有客戶反饋,有幾處項目地出現雷擊后,光伏系統不能正常工作。經過我司售后工程師現場檢查發現,這幾處逆變器的PE端子都是采取如下錯誤的接地方式:

01、逆變器的PE接地與防雷帶直接連接在一起

圖11

02、逆變器的PE接地與組件支架直接連接在一起

圖12

在沒有雷擊的情況下,這兩種接法都是沒有問題的,能夠保證逆變器的安全。但是一旦出現了雷擊,就有很大概率造成逆變器內部的電子元器件不同程度的損壞,這是為什么呢?

從逆變器電路上來看,直流側和交流側的 SPD 的接地都是連到外殼的接地端,然后再通過扁鐵連到短避雷針或者是組件支架上,這相當于把逆變器的接地端和建筑物的外部防雷系統或組件支架等電位連接,這樣子在有雷電的情況下,會有如下幾個危險,如圖13所示:

圖13

1、如果有雷電流從這個防雷系統流入大地(打在其他的位置),那么在外殼出接地點的地電位會有瞬間的抬高(峰值大概到幾萬伏),但是直流和交流電路的電壓都不會變的(被組件的輸出電壓固定),就會導致地線上的電壓高于電路中的電壓,由于安裝有 SPD,所以 SPD 會瞬間導通,把幾萬伏的電壓傳入電路中,這個電壓可能超過了逆變器內部電子元器件的絕緣耐受水平。

2、如果雷直接落在短避雷針或組件支架上,那么由于距離最近,回路阻抗最小,很大部分雷電流會沿著扁鋼直接串入逆變器,可能會直接把逆變器打炸了,這是最嚴重的情況。

綜上所述,光伏系統現場防雷地和逆變器保護地PE端應該分開,正確接法應該是圖14所示:逆變器PE保護線應該和接地極單獨連接,PE引下線和防雷引下線相距越遠越好,最好在10m以上。雷電流沿防雷引下線入地后,會快速向周圍擴散,就不會從PE的引下線再流入逆變器接地端。

圖14


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