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分布式光伏系统如何防止雷击火灾隐患

2020-07-21

日前,微信圈一则“山西户用光伏电站逆变器着火”,令业界一片哗然,更有人指出,是运用了残次的逆变器,引起直流拉弧,终究导致内部器材自燃而引起火灾。后来经过调查,这是一条假消息,是有一些无良媒体哗众取宠为了扩大影响而报导的,实际上引起火灾的直接原因是“球形雷”,和光伏体系没有直接关系。

但是,光伏发电体系的主要部分都安装在露天状况下,且散布的面积较大,组件和支架都是导体,对雷电有相当大的吸引力,因而存在着受直接和直接雷击的损害。一起,光伏发电体系与相关电气设备及建筑物有着直接的衔接,因而对光伏体系的雷击还会触及相关的设备和建筑物及用电负载等。为了避免雷击对光伏发电体系的损害,就需求设置防雷与接地体系进行防护。

1.关于雷电及开关浪涌的有关知识

雷电是一种大气中的放电现象。在云雨构成的过程中,它的某些部分积累起正电荷,另一部分积累起负电荷,当这些电荷积累到必定程度时,就会发生放电现象,构成雷电。

雷电分为直击雷和感应雷。直击雷是指直接落到光伏方阵、直流配电体系、电气设备及其配线等处,以及近旁周围的雷击。直击雷的侵入途径有两条:一条是上述所说的直接对光伏方阵等放电,使大部分高能雷电流被引进到建筑物或设备、线路上;另一条是雷电直接经过避雷针等可以直接传输雷电流入地的装置放电,使得地电位瞬时升高,一大部分雷电流经过维护接地线反串入设备、线路上。

感应雷是指在相关建筑物、设备和线路的附近及更远些的当地发生的雷击,引起相关建筑物、设备和线路的过电压,这个浪涌过电压经过静电感应或电磁感应的方式串入到相关电子设备和线路上,对设备、线路构成损害。

除了雷电可以发生浪涌电压和电流外,在大功率电路的闭合与断开的瞬间、感性负载和容性负载的接通或断开的瞬间、大型用电体系或变压器等断开也都会发生较大的开关浪涌电压和电流,同样会对相关设备、线路等构成损害。

关于较大型的或安装在空阔郊野、高山上的光伏发电体系,特别是雷电多发地区,必须配备防雷接地装置。

2.雷击对光伏发电体系的损害

(1)对太阳电池组件的损害。太阳电池板是太阳能发电体系中的核心部分,也是太阳能发电体系中价值最高的部分。其效果是将太阳的辐射能量转换为电能,或送往蓄电池中存储起来,或推动负载作业。但其所在方位极易遭受具有强大的脉冲电流、火热的高温、猛烈的电动力的直击雷的冲击而导致整个体系瘫痪。

(2)对光伏控制器的损害。光伏控制器的效果是控制整个体系的作业状况,并对蓄电池起到过充电维护、过放电维护的效果。当体系遭受到雷击或是过电压损坏时会呈现以下状况。

①充电体系一向充电,放电体系无放电,导致蓄电池一向处于充电状况,充电过饱轻则缩短蓄电池运用寿命、容量下降,重则导致蓄电池爆炸,构成对整个体系的损坏和人员伤亡。

②充电体系无充电,放电体系一向处于放电状况,蓄电池无法将电能储存起来,导致用户在有太阳光时设备可正常作业,无太阳光或光线不强时设备无法作业。

(3)对蓄电池的损害。太阳能光伏发电体系一般选用铅酸蓄电池,小微型体系中,也可用镍氢电池、镍镉电池或锂电池。其效果是在有光照时将太阳电池板所发出的电能储存起来,到需求的时候再释放出来。当体系遭受到雷击时过电压侵略到蓄电池时轻则损害蓄电池、缩短电池的运用寿命,重则导致电池爆炸,引起严峻的体系故障和人员伤亡。

(4)对逆变器的损害。太阳能的直接输出电压要转变为AC 220V/AC 380V为电器提供电能,需求将太阳能光伏发电体系所发出的直流电能转换成交流电能,因而需求运用DC-AC逆变器。假如逆变器损坏将会呈现以下状况。

①用户负载无电压输入,用电设备无法作业。

②逆变器无法将电压逆变,导致太阳电池板上的直流电压直接供负载运用,假如太阳电池板电压过高将直接焚毁用电设备。

3、雷电侵入光伏发电体系的途径

(1)地电位反击电压经过接地体侵略。雷电击中避雷针时,在避雷针接地体附近将发生放射状的电位散布,对接近它的电子设备接地体地电位反击,侵略电压可高达数万伏。

(2)由太阳电池方阵的直流输入线路侵略。这种侵略分为以下两种状况。

①当太阳电池方阵遭到直击雷冲击时,强雷电电压将附近土壤击穿或直流输入线路电缆外皮击穿,使雷电脉冲侵入光伏体系。

②带电荷的云对地上放电时,整个光伏方阵像一个大型无数环形天线相同感应出上千伏的过电压,经过直流输入线路引进,击坏与线路相连的光伏体系设备。

(3)由光伏体系的输出供电线路侵略。供电设备及供电线路遭受雷击时,在电源线上呈现的雷电过电压平均可达上万伏,并且输出线仍是引进远处感应雷电的主要因素。雷电脉冲沿电源线侵入光伏微电子设备及体系,可对体系设备构成毁灭性的冲击。

4、光伏发电体系的防雷办法和设计要求

(1)太阳能光伏发电体系或发电站建造地址的挑选,要尽量避免放置在简单遭受雷击的方位和场合。

(2)尽量避免避雷针的投影落在太阳电池方阵组件上。

(3)依据现场状况,可选用避雷针、避雷带和避雷网等不同防护办法对直击雷进行防护,减小雷击概率,并应尽量选用多根均匀安置的引下线将雷击电流引进地下。多根引下线的分流效果可下降引下线的引线压降,削减侧击的危险,并使引下线泄流发生的磁场强度减小。

(4)为避免雷电感应,要将整个光伏发电体系的所有金属物,包含电池组件外框、设备、机箱/机柜外壳、金属线管等与联合接地体等电位衔接,并且做到各自独立接地。光伏发电体系等电位衔接。

(5)在体系回路上逐级加装防雷器材,实行多级维护,使雷击或开关浪涌电流经过多级防雷器材泄流。一般在光伏发电体系直流线路部分选用直流电源避雷器,在逆变后的交流线路部分运用交流电源避雷器。避雷器在太阳能光伏发电体系中的应用。

(6)光伏发电体系的接地类型和要求主要包含以下几个方面。

①防雷接地。包含避雷针(带)、引下线、接地体等,要求接地电阻小于10欧姆,并最好考虑独自设置接地体。

②安全维护接地、作业接地、屏蔽接地。包含光伏电池组件外框、支架,控制器、逆变器、配电柜外壳,蓄电池支架、金属穿线管外皮及蓄电池、逆变器的中性点等,要求接地电阻小于等于4欧姆。

③当安全维护接地、作业接地、屏蔽接地和防雷接地4种接地共用一组接地装置时,其接地电阻按其间最小值确认;若防雷已独自设置接地装置时,其他3种接地宜共用一组接地装置,其接地电阻不应大于其间最小值。

④条件答应时,防雷接地体系应尽量独自设置,不与其他接地体系共用,并确保防雷接地体系的接地体与公用接地体在地下的间隔保持在3m以上。

5、接地体系的资料选用

(1)避雷针。

避雷针一般选用直径12~16mm的圆钢,假如选用避雷带,则运用直径8mm的圆钢或厚度4mm的扁钢。避雷针高出被维护物的高度应大于等于避雷针到被维护物的水平间隔,避雷针越高维护范围越大。

(2)接地体。

接地体宜选用热镀锌钢材,其规格一般为:直径50mm的钢管,壁厚不小于3.5mm;50mm×50mm×5mm角钢或40mmx4mm的扁钢,长度一般为1.5~2.5m。接地体的埋设深度为上端离地上0.7m以上,因衔接焊接过的部位要重新做防腐防锈处理。

为提高接地效果,也可以运用专用非金属石墨接地体模块,这种模块是一种以非金属资料为主的接地体,它由导电性、稳定性较好的非金属矿物和电解物质组成,这种接地体克服了金属接地体在酸性和碱性土壤里亲和力差且易发生金属体外表锈蚀而使接地电阻改变,当土壤中有机物质过多时,简单构成金属体外表被油墨包裹的现象,导致导电性和泄流才能削弱的状况。这种接地体增大了本身的散流面积,削减了接地体与土壤之间的接触电阻,具有强吸湿保湿才能,使其周围附近的土壤电阻率下降,介电常数增大,层直接触电阻减小,耐腐蚀性增强,因而能获得较小的接地电阻和较长的运用寿命。接地体模块外形为方形,规格尺度一般为500mm×400mm×60mm,引线电极选用90mm×40mm×4mm的镀锌扁钢,重量为20kg左右。接地体可依据地质土壤状况和接地电阻需求埋入1~5块。

(3)引下线。

引下线一般运用圆钢或扁钢,要优先选用圆钢,直径不小于8mm;如用扁钢,截面积应不小于4mm2;要求较高的要运用截面积为35mm2的双层绝缘多股铜线。

(4)专用降阻剂。

接地体系专用降阻剂归于物理性长效防腐环保降阻剂,是由高分子吸水资料、电子导电资料、碳基复合资料结合而成的树脂类共生物,具有无毒、无异味、无腐蚀、无污染等优点,契合国家优质土壤环境标准的要求。其导电才能不受酸、碱、盐、温度等改变的影响,具有杰出的吸湿、保湿、防冻才能,不会因地下水的存在而发生丢失,对土壤电阻率有长时间改良效果。在接地体系中运用专用降阻剂可节约工程成本,下降土壤电阻率,使接地电阻稳定,接地体系寿命长久。

(5)接地模块与降阻剂的用量核算。

依据地网土层的土壤电阻率,选用下列公式核算接地模块用量,接地模块水平埋置,单个模块接地电阻R=0.068ρ/ ,并联后的总接地电阻Rn=r/(nη)。

其间,ρ为土壤电阻率,单位是ω·m;以a、b为接地模块的长、宽,单位是m;r为单个模块的接地电阻,单位是ω;rn为总接地电阻,单位是ω;n为接地模块个数;η为模块调整系数,一般取0.6~0.9。

降阻剂的用量依据土壤的不同,在接地体上的敷设厚度应在5~15cm之间,接地体水平放置,按每0.5m约6kg的用量运用。

6、避雷器的选型

避雷器也叫电涌维护器(surgeprotection device,spd)。光伏发电体系常用避雷器的外形。避雷器内部主要由热感断路器和金属氧化物压敏电阻组成,另外还可以依据需求同火花放电间隙模块配合运用。

下面是光伏发电体系常用避雷器主要技术参数的具体说明。

(1)最大继续作业电压(uc):该电压值表明可答应加在避雷器两头的最大工频交流电压有效值。在这个电压下,避雷器必须可以正常作业,不行呈现故障。一起,该电压接连加载在避雷器上,不会改变避雷器的作业特性。

(2)额外电压(un):避雷器正常作业下的电压。这个电压可以用直流电压表明,也可以用正弦交流电压的有效值来表明。

(3)最大冲击通流量(umax):避雷器在不发生实质性损坏的前提下,每线或单模块对地经过规则次数、规则波形的最大限度的电流峰值数。最大冲击通流量一般大于额外放电电流的2.5倍。

(4)额外放电电流(in):也叫标称放电电流,是指避雷器所能承受的8/20μs雷电流波形的电流峰值。

(5)脉冲冲击电流(iimp):在模仿自然界直接雷击的波形电流(标准的10/350μs雷电流模仿波形)下,避雷器能承受的雷电流的多次冲击而不发生损坏的数值。

(6)残压(ures):雷电放电电流经过避雷器时,其端子间呈现出的电压值。


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