光伏电站的防雷与接地装置技术要求

知识点：光伏发电站防雷技术

光伏发电系统的基本组成为：太阳电池方阵、直流配电柜、交流配电柜和逆变器等。太阳电池方阵的支架采用金属材料并占用较大空间且一般放置在建筑物顶部或开阔地，在雷暴发生时，尤其容易受到雷击而毁坏，并且太阳电池组件和逆变器比较昂贵，为避免因雷击和浪涌而造成经济损失，有效的防雷和电涌保护是必不可少的。

一、雷电的危害

　　直击雷是雷雨云对大地和建筑物的放电现象。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以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，甚至击死击伤人畜，造成生命损失。

　　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。

　　如果没有采取等电位连接和钳位措施而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，雷击发生时，导线感应雷电流，或者雷击建筑物导致地电位抬高，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。

二、防雷接地设计总则

2.1光伏发电站的防雷应统一规划,做到安全可靠、技本先进、经济合理,防止和减少雷电对光伏发电站造成的人身伤亡和设各损害。

2.2光伏发电站的防雷设计应因地制宜,综合考虑光伏发电站的容量、地区年雷暴目强度、土壤地质条件和投资成本等因素,经技术经济分析和安全风险评估,确定相应防雷措施。

2.3与建筑物结合的光伏发电站,其防雷系统应与建筑物的防雷系统相结合 。

三、 技术要求

3.1  一般规定

3.1.1光伏发电站的光伏方阵、光伏发电单元其他设各以及站区升压站、综合楼等建(构)筑物应采取防雷措施,防雷设施不应遮挡光伏组件。

3.1.2光伏组件金属框架或夹件应接地良好 。

3.1.3光伏方阵的接地网应根据不同的发电站类型采取相应的接地网形式,工作接地与保护接地应统一规划 。 共用地网电阻应满足设备对最小工频接地电阻值的要求 。

光伏电站接地系统通常有两大类：一 是强电接地，主要指防雷接地； 二是弱电接地，主要指工作接地、安全接地等 。不同类型接地，其要求也不一样。在接地系统设计时， 要保证各接地系统之间避免在地下电位反击，就必须保证各接地系统在地下要有足够的间距。由于太阳能电站占地面积有限，要做到这一点有一定的困难，为此在接地系统设计时，一般采用了 共用接地系统的设计方案 。

3.1.4光伏发电站交流电气装置的接地要求应满足GB/T50065的要求。

3.2 光伏发电单元

3.2.1光伏方阵

3.2.1.1光伏方阵电气线路应采取防雷击电磁脉冲和内电电涌侵人的措施。

3.2.1.2光伏方阵金属部件应与防雷装置进行等电位连接并接地 。

光伏方阵阵列安装在室外，当雷电发生时光伏方阵会受到直击雷的侵入。其防护措施： 一是太阳能电池板四周铝合金框架与支架导通连接； 二是所有支架均采用等电位连接接地。太阳能电池板是由钢化玻璃两层间夹太阳电池并抽取真空，其本身就是绝缘体 ，四周是铝合金框架。在直击雷发生时，其感应电荷主要集中于铝框架并泄入大地， 从而使太阳能电池板得到保护， 避免直击雷冲击而损坏。

3.2.1.3独立接闪器和泄流引下线应与地面光伏方阵电气装置、线路保持足够的安全距离,应特合GB/T50065的要求。

3.2.1.4光伏方阵外围独立接闪器宜设置独立接地装量,其他防雷接地宜与站内设施共用接地网。

3.2.1.5地面光伏发电站光伏方阵接地装置的工频接地电阻不宜大于10Ω,高电阻地区(电阻率大于2000Ω·m)最大值应不高于30Ω。

3.2.1.6屋面光伏发电站应根据光伏方阵所在建境物的雷电防护等级进行防雷设计 。

3.2.1.7屋面光伏发电站光伏方阵各组件之间的金属支架应相互连接形成网格状,其边缘应就近与屋面接同带连接。

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防雷系统。如果光伏设备处于保护范围内，可以不用另加外部防雷系统，反之则要另加外部防雷系统，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。

3.2.2  其他设备

3.2.2.1  汇流箱、逆变器、就地升压变压器等设备应采取等电位连接和接地措施。

3.2.2.2  光伏发电单元其他设备的金属信号线路宜采取屏蔽措施 。

3.2.2.3  在光伏方阵的汇流箱的正极与保护地间、负极与保护地间、正极与负极间应安装直流电涌保护器;在逆变器直流输入端侧的正极与保护地间、负极与保护地间、正极与负极间应安装电涌保护器。

3.2.2.4  在逆变器的交流输出端应安装电涌保护器。

3.3  站区升压站

站区升压站的防雷及等电位连接、接地网结构、接地要求应满足GB/T50065的要求。

3.4  光伏发电站建(构)筑的

光伏发电站中综合楼、逆变器小室、水泵房、生活设施等建(构)筑物的防雷措施应满足GB50057的要求。

3.5  防雷装置要求

3.5.1  接闪器

3.5. 1 . 1  光伏发电站可增加专设接闪器。专设接闪器可采用下列的一种或多种方式 ,

a)  独立接闪针、接闪线(带)。

b)  直接装设在光伏方阵框架、支架上的接闪针、接闪带 。

c)  直接装设在建筑物上的接闪针、接闪带。

3.5.1.2屋面光伏发电站可利用屋面永久性金属物作为接闪器,但其各部件之同均应电气连接。

2.5.1.3 接闪器应能承受预期雷电流所产生的机械效应和热效应,接闪器的材料、结构和最小截面应符合下表的规定。接闪器材料的使用条件按照 GB50057执行。

3.5.1.4  接闪针可采用热镀锌圆钢或钢管制成的普通接闪针,也可采用其他类型接闪针。 接闪针采用热镀锌圆钢或钢管制成时,应符合下列規定:

a)  针长1 m以下时,圆钢直径不应小于12mm;钢管外径不应小于20mm,厚度不应小于2.5 mm。

b)  针长1 m~2 m时,圆铜直径不应小于16mm;知管外径不应小于25mm,厚度不应小于2.5 mm.

3.5.1.5  架空接闪线宜采用截面不小于50mm2热镀钟钢绞线或铜绞线。

3.5. 1.6  除利用混凝土构件钢筋或在混凝土内专设钢材作接闪器外,钢质接闪器应热镀锌。在腐蚀性较强的场所,应加大其截面或采取其他防腐措施。

3.5. 1.7接闪器保护范围应按照滚球法计算.

3.5. 1.8专设接内针最大抗风强度应满足当地最大风速。

3.5.2   引下线

3.5.2. 1地面光伏发电站光伏方阵金属支架、建筑物屋面光伏发电站所在建筑物的钢梁、钢柱、消防梯等金属构件以及幕墙的金属立柱可作为引下线,但各部件之同均应电气连接。

3.5.2.2利用光伏方阵金属支架、建筑物金属部件作引下线时,其材科及尺寸应能承受泄放预期雷电流时所产生的机械效应和热效应。

3.5.2.3  引下线的材料、结构和最小截面应符合下表的规定。引下线材料的使用条件按照GB50057执行.

3.5.2.4  明敷引下线的固定支架间距不宜大于下表规定,      

3.5.2.5  专设引下线宜采用热镀锌圆钢或扁钢.

3.5.2.6  在易受机械损伤处,地面上1.7 m至地面下 0.3 m的一段接地线宜暗敷或来取保护措施。

3.5.3  接地装置

3.5.3. 1  埋于土壤中的人工垂直接地体可采用热镀锌角钢 、钢管、圆钢、复合材料等接地材料;埋于土壤中的人工水平接地体宜采用热镀锌扁钢或国钢. 光伏方阵的接地网外缘应闭合。光伏方阵每排支架应至少在两端接地 。

3.5.3.2  埋于腐蚀性土壤中的接地体应采用防腐蚀能力强的接地体。

3.5.3.3  在高土壤电阻率地区应采取降低接地电阻的措施 。

3.5.3.4  接地体的材料、结构和最小截面应符合下表的规定。接地体材料的使用条件按照 GB50057 执行。

3.5.3.5  人工垂直接地体的理设间距宜不小于垂直接地体长度的2倍,受场地限制时可适当减小.

3.5.3.6  人工接地体在土壤中的理设深度应不小于 0.5 m,并宜敷设在当地冻土层以下。

3.5.3.7  埋在土壤中的铜质接地体之间以及铜质与铜质接地体之间的连接宜采用放热焊接;钢质接地体的连接宜采用焊接,并应在焊接处做防腐处理,

3.5.4  过电压保护装置

3.5.4.1   升压站选用的避雷器应满足 GB11032的要求。

3.5.4.2  低压电源系统选用的交流电涌保护器应符合 GB18802.1中的规定,光伏系统直流电涌保护器应满足光伏系统的应用特性要求。

3.5.4.3  低压电源系统电涌保护器的选用应符合下列原则:

a)  各级电涌保护器的有效电压保护水平应低于本级保护范围内被保护设备的耐冲击电压额定值。

b)  交流电源电涌保护器的最大持续工作电压应大于系统工作电压的1.15倍。

c)  安装在汇流箱、逆变器处的直流电源电涌保护器的最大持续工作电压应大于或等于光伏组件

的最高开路电压。

d)  各级电涌保护器应能承受安装位置处预期的雷电流.

3.5.4.4  信号系统选用的电涌保护器其性能应符合 GB/T18802.21中的规定。

3.5.4.5  信号系统电涌保护器的选用应符合下列规定：

a)  应根据线路的工作频率、传输速率、传输带宽、工作电压、接口形式和特性阻抗等参数,选择插入损耗小、分布电容小、并与纵向平衡、近端串扰指标适配的电涌保护器 。

b)  电涌保护器的最大持续工作电压应大于线路上最大工作电压的1.2倍。

c)  电涌保护器的有效电压保护水平应低于被保护设备的耐冲击电压额定值。

d)  各级电涌保护器应能承受安装位置处预期的雷电流.

3.5.4.6  电涌保护器连接导体应采用铜导线,最小截面应符合下表的要求。

光伏电站的防雷和接地，除了应严格遵守国家有关规程要求外，还要结合现场的实际情况因地制宜地进行设计，才能确保被保护设备的安全，防止设备被雷击和浪涌损坏。

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1、GBT 32512-2016 光伏发电站防雷技术要求

2、GB／T 32512-2016 光伏发电站防雷技术要求