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国内光伏电站屡遭雷击 防雷亟待解决

来源:河南马尚电子   发布时间:2019-07-20   浏览量:0

        几年,我国光伏发电在国家政策的支持下,在西部边远无电地区得到了快速发展。在2010年之前,我国的光伏发电将继续在解决大约700万边远无电户的项目中起到主要作用。由于西部地区村落光伏电站海拔相对较高,在夏季多雷暴,光伏电站易遭到雷击,导致设备毁坏,系统无法正常运行,因此,村落光伏电站的防雷设计将是影响光伏电站长期稳定、安全、可靠运行的关键因素。

1、雷电的形成雷电发展过程可以分为气流上升、电荷分离和放电三个阶段。据测试,对地放电的雷云大多为负雷云。随着负雷云中负电荷的积累,其电场强度逐渐增加,当达到一定强度时开始向下方梯级式跳跃放电,称为下行先导放电,当下行先导逐渐接近地面物体并达到一定距离时,地面物体在强电场作用下产生尖端放电,形成上行先导,朝着下行先导方向发展,两者会合即形成雷电通道,随之开始主放电,接着是多次余辉放电,天空中出现蜿蜒曲折、枝叉纵横的巨大电弧,形成常见的云对地线状雷电。这种负极性下行先导雷击约占全部对地雷击的85%左右。
 
2、雷电过电压的基本形式2.1直击雷过电压(直击雷)雷电直接击中地面电器设备、线路或建筑物,强大的雷电流通过物体泄入大地,在该物体上产生较高的电位降,称为直击雷过电压,其通过被击物体时,将产生有破坏作用的热效应和机械效应,相伴的还有电磁效应和对附近物体的闪络放电(称为雷电反击或二次雷击)。
 
2.2、感应过电压(感应雷)当雷云在架空线路(或其他物体)上方时,由于雷云的先导作用,使架空线路上感应出先导通道符号相反的电荷。雷云放电时,先导通道中的电荷迅速中和,架空线路上的电荷被释放,形成自由电荷流向线路两端,产生很高的过电压(高压线路可达几十万伏,低压线路可达几万)。
 
2.3、雷电波侵入由于直击雷或感应雷而产生的高电位雷电波,沿架空线路或金属管道侵入变(配)电所或用户而造成危害。据统计,供电系统中由于雷电波侵入而造成的雷害事故,在整个雷害事故中占50%以上。
 
3、村落光伏电站的防雷措施村落光伏电站的防雷分为内部防雷和外部防雷两部分。外部防雷主要指光伏电站中的太阳电池组件、低压配电线路和机房避免遭到直击雷的侵袭;内部防雷是指机房内电气设备、蓄电池架、金属管道、电缆金属外皮免遭雷电波的袭击。村落光伏电站在设计防雷时,从太阳电池方阵的输入端至最终用户,每一级都应有针对性地采取防雷措施,从而保证光伏电站的安全、稳定运行。
 
3.1、直击雷的防护3.1.1装设避雷针避雷针的作用是通过一定规格的金属导线把雷电流引入地下,从而保护光伏电站的电气设备、机房及附近的低压配电线路,使其免遭到直击雷的袭击。避雷针的保护范围按GB50057-94《建筑物防雷设计规范》采用“滚球法”来确定。避雷针在被保护物高度(hx)的平面上的保护半径(x)按下式计算:rx=h(2hr-h)-hx(2hr-hx)(1)式中:h―――避雷针的高度,h―――滚球半径(确定)。
以8kW村落光伏电站为例计算单根避雷针安装高度。厂区面积为25m×30m,村落光伏电站属第三类防雷建筑物,按表1确定其滚球半径(hr)为60m,机房高度(即被保护物高度hx)为3m,避雷针装设在厂区中心位置(即平面上的保护半径rx)为15m,将数据代入(1)式,求得避雷针高度(h)为10.4m。
 
 
3.1.2、太阳电池方阵可靠接地将光伏电站的支架通过与金属围栏、接地线的连接,构成一个环形避雷网,使光伏电站厂区各个部位的电位相等,即实现等电位连接,这样可以防止太阳电池方阵、机房、低压配电线路遭到二次雷击。
 
3.2、感应雷防护在出线杆上装设避雷器,通过与接地装置可靠连接,可防止雷电过电压通过低压配电线路侵入机房直接击中电气设备,同时也可防止雷电过电压侵入负载对用户造成损坏。另一方面,将机房内的金属外壳、蓄电池架、金属管道、电缆金属外皮可靠接地,可以保证机房内不会产生雷电反击和危及人身安全的接触电压或跨步电压,同时也可以防止雷电电磁脉冲干扰电气设备。
 
3.3、雷电波防护一是将光伏电站内所有电缆金属外皮与大地作良好的连接,实现可靠的屏蔽,从而防止雷电电磁脉冲对机房内设备的影响;二是在方阵汇流箱、控制器、逆变器等电气设备的输入端加装避雷器或压敏电阻等浪涌保护器,实现多极防护措施,进而提供供电保障。
 
4、结语雷电是一种常见的自然现象,会对建筑物及电气设备造成严重破坏。在村落光伏电站的防雷设计中,应将外部防雷和内部防雷结合起来,采取有效措施,防止直击雷、感应雷、雷电波对光伏电站的破坏,保证光伏电站长期稳定、安全、可靠的运行。
 
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