山东雷瑞电气设备安装有限公司
  
 
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<[技术交流]太阳能发电站的雷击和电涌保护>
  

对于像太阳能发电站这种复杂的系统,有必要按照IEC 62305-2EN 62305-2)评估因雷击导致损坏的风险,其结果要在设计时加以考虑。对于太阳能发电站的保护目标是,保护发电站的厂房和光伏阵列免遭火灾(直接雷击)损坏,并且保护电气和电子系统(逆变器、远程诊断系统、发电机主干线)免遭雷电电磁脉冲(LEMP)的影响。

 

截闪装置和引下线系统 

为了防止光伏阵列遭到直接雷击,有必要将太阳能模块布置在隔离的接闪装置保护范围内。遵照VdS指导原则2010,大于10kW的光伏设备,应设计为“Ⅲ级”防雷电系统。对相应的保护等级,使用滚球法来确定避雷针的高度和数量。此外,按照IEC62305-3EN 62305-3),还应注意保持光伏支架和避雷针之间的隔离距离。同样,操作室的防雷等级也采用“Ⅲ级”。引下线通过接地母线排连接至接地系统。由于接地母线排端口存在土壤或水泥腐蚀的风险,所以必须使用耐腐蚀材料(不锈钢V4A,料号:1.4571),当使用镀锌钢时,应采取相应的措施(例如:贴密封胶带或套热缩管)进行保护。

接地系统  

光伏设备的接地系统设计为环形接地极(水平接地极),网格大小为20m×20m(图1)。固定光伏模块的金属支架大约每隔10m连接至接地系统。厂房的接地系统按照DIN 18014(德国标准)采用基础接地极。光伏设备和厂房的接地系统通过导体(V4A钢条,30mm×3.5mm,料号:1.4571,或镀锌钢)相互连接。将各个接地系统相互连接起来可以显著地减小总接地电阻。通过相互网状交织连接的接地系统可形成一个等电位面,它能够显著减小雷电作用在光伏阵列和厂房建筑之间的连接电缆上所产生的过电压。水平接地极铺设在至少0.5m深的土壤中,使用十字夹相互连接成网格状。在土壤中的连接头必须用耐腐蚀带包裹起来。这也适用于铺设在土壤中的V4A钢条。


 

 

等电位连接  

原则上说,从外部进入建筑物的所有导电部件一般都必须接入等电位联接系统中。完成这些等电位联接要求的办法是:所有不带电的金属部件直接连接到等电位系统,带电部件(如电缆)则通过安装电涌保护器间接接入等电位联接系统。等电位联接最好在建筑物入口附近执行,以便防止部分雷电流侵入建筑物。在这种情况下(图2),厂房中的低电压供电系统可用多极复合型雷电流和电涌保护器DEHNventil保护(见表1)。



此外,厂房中光伏逆变器的输入直流导线必须由适配的基于火花间隙的雷电流保护器保护,例如:使用复合型雷电流和电涌保护器DEHNlimit PV 1000

光伏阵列的防雷措施 
    在接闪装置遭到雷击时,为了减小在太阳能模块产生的机械应力,在发电机接线盒中尽可能靠近光伏发电机的地方安装具有热监控功能的电涌保护器。对于电压高达1000V直流发电机电压,在正极和负极对地之间安装电涌保护器DEHNguard PV 500 SCP。因为光伏板处于外部防雷装置的保护范围内,该SPD已足以满足保护要求。

为延长保护装置周期性现场检查的时间间隔,实践证明,使用带有浮动触点的电涌保护器来指示热脱扣装置的工作状态是一个行之有效的方法。

发电机接线盒中的电涌保护器基本确保了对光伏设备的区域性保护,并且确保传导及电磁干扰不会在光伏设备中引起闪弧。

(注意:对所谓的“薄膜光伏模块”的防雷不在此考虑范畴之内。)
   

信息系统的防雷措施 

厂房内具有远程诊断系统,用于对光伏设备进行简单而快速的功能检查。对光伏设备的干扰可以及早被操作员发现并排除。远程监控系统可以连续不断地提供光伏设备的运行数据,以便优化光伏设备的输出。


    
   

如图3中所示,通过光伏系统中的的外部传感器,可进行风速、模块温度以及环境温度的测量。这些测量值可以直接从数据采集单元中读取。数据采集单元具有RS 232RS 485接口,可连接至计算机PC/或调制解调器,以便维修工程师可以通过远程诊断确定故障原因并排除故障。图3中的调制解调器连接到ISDN接入端口的网络终端设备(NTBA)。如光伏模块一样,风速和模块温度测量传感器也安装在雷电防护范围中。这样,测量线中便不会出现雷击电流,但有可能出现与连接导线相关的暂态过电压,这是雷击时在隔离的截闪装置中产生的感应作用。为了可靠、无故障且连续地将测量数据传输到测量单元,在引入建筑物内的传感器电缆中,有必要安装电涌保护器(表2)。在选择电涌保护器时,必须确保测量值不会受到影响。经由电信网络转发测量数据的IDSN每一调制解调器同样需要安装电涌保护器,以便持续控制和优化设备的性能。为了这个目的,在网络终端设备的上游,ISDN调制解调器的Uk0接口应安装电涌保护器。此电涌保护器还可对网络终端设备(NTBA)的230V电源提供附加保护。

 
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