太陽能雷電防護技術

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1、光伏發(fā)電系統(tǒng)介紹,系統(tǒng)防雷和防雷系統(tǒng),系統(tǒng)防雷： 從全局和整體上把握。每個環(huán)節(jié)都不可少，只是有相對更重要的地方（妥協(xié)）。,有機會或可以從系統(tǒng)上操作：總承包商、設計院、系統(tǒng)集成商,木桶原理與乘法關系： 1.1x1.1x1.11.1 =3 0.9x0.9x0.90.9=0.3,,防雷系統(tǒng),防雷設計和施工的基本原則: 投資與回報,1、電站/防雷是一種投資、要考慮投資回報。 2、可靠的投資回報來源于：在進行防雷設計時，應將外部防雷措施和內部防雷措施協(xié)調統(tǒng)一，按工程整體要求，進行全面規(guī)劃，做到安全可靠、技術先進、經濟合理（三類防雷建筑物）。 3、防雷設計應該在認真調查地理、地質、土壤、氣象、環(huán)境等

2、條件和雷電活動規(guī)律以及被保護物的特點等基礎上，詳細研究防雷裝置的形式極其布置。 4、不帶電部分直接接地，帶電部分通過非線性原件(SPD)接地。從而建立電壓均衡系統(tǒng)和電流泄放系統(tǒng),講座交流內容,雷電風險評估（5-10分鐘） 防雷設計必須掌握的三個概念和輔助概念（20-25分鐘） 1、防雷分區(qū) 2、波形 3、雷電流大小和設備的耐壓水平 4、其他幾個概念 防雷設計和施工（15-20分鐘） 1、泄放雷電流大小的選擇 2、根據耐壓水平選擇保護電壓大小的選擇 3、防雷設計原則：分級保護，能量配合 4、直接雷和接地系統(tǒng) 防雷系統(tǒng)的維護與管理（3-5分鐘） 相關產品（自己看書）,1、雷電的概念 a、定義：雷電

3、是雷雨云之間或云地之間產生的放電現象。 b、閃電空間位置分類： 云內放電、云際放電和云地放電 云地閃電大約占閃電總數的20% c、閃電形狀分類： 線狀、帶狀、片狀、球狀。,1 雷電風險評估光伏設備的雷電環(huán)境,2、雷電活動和規(guī)律 （1）、雷暴日：在一天內只要測站聽到雷聲則為一個雷暴日，而不論雷暴次數和持續(xù)時間。雷暴日反映局部地區(qū)的雷電活動情況。 （2）、地區(qū)雷暴日等級劃分（年平均雷暴日Td) 少雷區(qū)：Td 20天；多雷區(qū)：20 Td 40天； 高雷區(qū)：40Td 60天； 強雷區(qū)：60天； 我國西北地區(qū)一般在15天以下；長江以北大部分地區(qū)在1540天；長江以南地區(qū)在40天以上；北緯23以南地

4、區(qū)超過80天。,1 雷電風險評估光伏設備的雷電環(huán)境,3、雷擊選擇性（新能源防雷的直接必要性） A、與土壤的電阻率有關 a、土壤電阻率小的地方。河床、鹽場等 b、土壤電阻率有突變的地點。 c、地下埋有金屬礦和金屬管線密集處。 B、與地面上的設施有關 有利于雷云與大地建立良好的放電通道者易受雷擊。,1 雷電風險評估光伏設備的雷電環(huán)境,C、地形和地物條件 a、山中的平地較峽谷易受雷擊。 b、高聳建筑物、空曠地區(qū)孤立建筑物、樹木。 c、低洼潮濕地點、山口。 d、鐵路樞紐、高壓架空線。 D、建筑物結構及其所附屬構件條件 a、結構材料所能積蓄電荷的多少影響接閃的頻率。 b、建筑物內

5、金屬設備多少。,1 雷電風險評估光伏設備的雷電環(huán)境,4、雷電風險評估（雷電對人類的影響）： 最嚴重的自然災害之一:雷電災害是“聯合國國際減災十年”公布的最嚴重的自然災害之一。 （1）、直接雷擊（直擊雷）：雷電流的高溫熱效應；雷電流的沖擊波效應；“激波”產生沖擊作用；次聲波 （幾Hz ) 雷電流的電動力效應。 （2）、雷電感應：靜電感應；電磁感應。 （3）、雷電波侵入,1 雷電風險評估光伏設備的雷電環(huán)境,（4）、其他形式：電磁脈沖輻射、反擊、跨步電壓、接觸電壓、旁側閃絡 （5）雷電破壞作用表現在：強大的電流、極高的電壓、熾熱的高溫、猛烈的沖擊波、劇變的電磁場和強烈的電磁輻射等物理效應。 （6）雷

6、電造成危害的類型有：雷擊火災、雷擊傷亡、雷擊建（構）筑物、雷擊供電系統(tǒng)、雷擊弱電電子設備等。 （7）雷電發(fā)生的特點： 隨機性、局域性、分散性、突發(fā)性、瞬時性、三維性,1 雷電風險評估光伏設備的雷電環(huán)境,,Photovoltaik 2007,判定人: R. Schngel, Munich,07.08.07 /S4562e_d,被損壞的逆變器,1 雷電風險評估光伏設備的雷電環(huán)境,Photovoltaik 2007,07.08.07 / S4562e_f,1 雷電風險評估光伏設備的雷電環(huán)境,,設備燒毀 ：部分或全部 設備性能不穩(wěn)定 設備加速老化（投資回報）,1 雷電風險評估光伏設備的雷電環(huán)境,,,,

7、1 雷電風險評估統(tǒng)計顯示各種災害造成的損害比例,,,,,,,,,,0,5,10,15,20,25,30,35,過電壓/間接雷擊,摔損,破門盜竊,過失，失職,短路,水害,火災,偷竊機動車,其它,11.1 %,9.3 %,8.7 %,4.3 %,3.6 %,3.4 %,2.2 %,23.6 %,33.8 %,,1 雷電風險評估參與者存在的風險因素,1、知識缺乏： 缺乏專業(yè)的雷電和雷電防護知識，不了解雷電的活動規(guī)律和雷電的危害性，在防雷方法上比較單一 2、認識缺乏： 雖然了解防雷，但思想上沒有引起重視，沒有系統(tǒng)的防雷概念 3、管理缺乏： 相關的領導或者責任人沒有落實國家的相關法律法規(guī),,1 雷電風險

8、評估法律法規(guī)和設計規(guī)范的要求,1、建筑物防雷設計規(guī)范GB50057-94（2000年版） 2、建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術規(guī)范GB50343-94（2004年） 3、低壓配電設計規(guī)范 GB50054-95 4、低壓配電系統(tǒng)的電涌保護器（SPD）第一部分：性能要求和試驗方法GB18802.1-2002 5、雷電電磁脈沖的防護第二部分 建筑物的屏蔽、內部等電位連接及接地 IEC61312-2 6、 安全防范工程技術規(guī)范GB50348-2004 7、 建筑物防雷 IEC61024 8、 中華人民共和國氣象法 9、中國氣象局第8號令防雷減災管理辦法,雷電保護區(qū)域 (LPZ) LPZ0A：本區(qū)內的各物體都

9、可能遭到直接雷擊和導走全部雷電流；電磁場強度沒有衰減。 LPZ0B：本區(qū)內的各物體不可能遭到大于所選滾球半徑對應的雷電流直接雷擊，電磁場強度沒有衰減。 LPZ1：本區(qū)內的各物體不可能遭到直接雷擊，流經各導體的電流比LPZ0A和LPZ0B要??；電磁場強度可能衰減。 Type I (Class B) SPDs 應該安裝在LPZ OA 和 LPZ1 之間的界面處，阻止或泄放雷電沖擊電流通過線路進入。 LPZ2：本區(qū)內流經各導體的電流比LPZ1更小，電磁場強度會進一步衰減。 Type 2 (Class C) SPDs安裝在LPZ1和LPZ2之間的界面處，用于泄放剩余電涌電流和限制過電壓。 LPZ3：與

10、LPZ2相比，裝有靈敏設備的區(qū)域由振蕩效應產生的過電壓、電磁場強度和操作過電壓被減少。,2 防雷設計必須掌握的概念雷電分區(qū),,,,,,,,,,,,,,,feeder,Building,LPZ 0A,LPZ 0B,LPZ 01,,,,,DC/AC converter,2 防雷設計必須掌握的概念雷電分區(qū),,2 防雷設計必須掌握的概念雷電分區(qū),,,2 防雷設計必須掌握的概念波形和波形對應的能量,1,2,3,4,5,6,5,6,10/350波形對應的相關元器件角形放電器,火花隙的特點 1、通流能力強單片一般可以通流Iimp50KA，最大可以100KA 2、使用壽命長,與二級配合可以循環(huán)使用火花隙一般可

11、以使用10萬次以上。 3、反應時間相對較長一般在100nS內 4、Up(保護電平)比較高,1、單片一般可以通流20KA，最大可以達到40KA2、一般可以在25nS內反應。3、 Up(保護電平)比較低4、在大部分情況下會因過載而引起短路，氧化鋅閥片會產生熱崩潰衰變，表現為熱脫扣顯示。如不能及時脫開容易發(fā)生以下情況： 、SPD短路：引起電源起火或跳閘 、SPD爆炸：引起停電或起火 、SPD自燃：造成火災事故5、高通流能力和低保護電平的矛盾(片面強調低保護電平) 6、并聯使用時匹配很困難。,8/20波形對應的相關元器件壓敏電阻,,,Tinned copper wire,sintered zinc o

12、xide together with other metal oxide additives 氧化鋅燒結物和其他雜質,Zinc oxids,Electrodes(電極）,EpoxyresIN 環(huán)氧樹脂,,Type 1 (Class B) SPD用于處理雷電沖擊電流的波形10/350s。用于I級分類試驗產品的測試波形。主要功能為泄放大的能量，國標GB50057規(guī)定安裝在建筑物的進線端。其非線性元件為放電間隙。,Type 2 (Class C) SPD測試波形8/20s時間比10/350s短，用于II級分類試驗產品的測試波形，釋放開關操作產生的低電能和限制過電壓。一般建議安裝在就近的設備前端。,

13、2 防雷設計必須掌握的概念波形和波形對應的能量,,,,,,100,200,300,400,8,20,10,350,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,40,20,10 /350 ms,8 /20 ms,2 防雷設計必須掌握的概念波形和波形對應的能量,Q (10/350) = 20Q (8/20) E (10/350) = 200E (8/20),雷電流的組成和首次雷電參量,1095e,1095e.ppt / 16.11.99 / ESC,首次雷擊電流 200 kA 10/350 s,后續(xù)雷擊電流 50 kA 0.25/100 s,長時間雷擊電

14、流 400 A 0.5 s,t,,,, i,,t,,,,- i,,,, i,,t,,2 防雷設計必須掌握的概念雷電流,雷電發(fā)生概率及其電流數據,50 %,10 %,5 %, 1 %,,30,80,100,200,kA,20,90,100,100,kA/ms,10,80,100,400,As,105,106,5.106,107,A2s,概率,雷電電流峰值,最大雷電流變化率,閃電電荷量,閃電電流平方脈沖,,,,2 防雷設計必須掌握的概念雷電流大小的確定,IEC 61312-1和GB 50057-94(2000)的附表6.1,首次雷擊 防雷建筑物的類別 III III 幅值I (kA)2001

15、50 100 波頭 T1 (ms)101010 半值時間T2 (ms)350350 350 電荷QS (As)10075 50 單位能量W/R (MJ/W)105,6 2,5,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,90 %,50 %,10 %,I,i,T1,T2,t,I: 幅值 T1:波頭 T2:半值時間,2 防雷設計必須掌握的概念雷電流大小的確定,2 防雷設計必須掌握的其他幾個概念-雷電入侵途徑,直擊雷 雷直擊于外部雷電保護系統(tǒng)或建筑物接地的外部傳導部件 雷直擊架空線,直接對地耦合（地之間的電阻耦合）：當雷電電流在設備附近放電時，流過地面的雷電電流將導致接地電壓增加和PE

16、的電壓能高達幾千伏。,雷擊在外部保護設備上會在由電線形成的閉環(huán)上產生過電壓,電感耦合 雷擊產生的磁場將在任何環(huán)形配線中導致過電壓，在高空電線周圍的雷擊將在這些線上產生過電壓,附近雷擊,2 防雷設計必須掌握的其他幾個概念-雷電入侵途徑,操作過電壓,斷路器的開/關 變壓器、電機或電感、電阻突變皆可產生很快的電流變化(di/dt)和產生瞬時過電壓。,2 防雷設計必須掌握的其他幾個概念-浪涌入侵途徑,,1、瞬態(tài)概念 常態(tài) 過電壓/過電流：工頻（50HZ)或直流 暫態(tài) 過電壓（TOV)：高壓系統(tǒng)接地故障出現的過電壓。持續(xù)時間 ms -s數量級。 瞬態(tài) 過電壓：斜三角波 持續(xù)時間 s、ns 數量級 。,

17、,,2 防雷設計必須掌握的其他幾個概念-基礎概念,2、高頻概念 過壓與電感的關系:過壓或浪涌涉及瞬變過程，因而放電電流頻率很高（ 90%以上雷電能量分布在頻率為10kHz以下），這就意味著起決定作用的不是電阻而是電感的感抗，在把沖擊電流排放至地電位點的過程中： U=Ldi/dt U=沿著導線的電壓（伏特） L=電感（亨利） di/dt =電流變化速率,SPD的2個功能: 釋放電涌電流 限制過電壓,SPD （Surge Protective Device）至少包含一個非線性元件 正常情況下，SPD對應用系統(tǒng)沒有任何影響。它在線路中起開路

18、作用和保持相與地之間的絕緣。 當電涌發(fā)生時，SPD將瞬間（納秒級）降低其阻抗，同時傳導電涌電流。 當電涌發(fā)生后，SPD恢復高阻抗和起開路作用。,2 防雷設計必須掌握的其他幾個概念-浪涌保護器,最大持續(xù)工作電壓 Uc 最大r.m.s(均方根值) 或直流電壓可持續(xù)供電SPD，它相當于SPD的額定電壓。,暫態(tài)過電壓 UT 在一個指定時間tT內，SPD可耐受的最大r.m.s.（均方根值）或暫時直流過電壓（TOV）。 當暫時過電壓后，SPDs發(fā)生故障時，應該對人身、設備或設施沒有危害。例如：對于230V的相-中性線TN電網，根據IEC 60 364-4-442標準，在5s 內，它應該比相與地之間的電壓3

19、34V高。,2 防雷設計必須掌握的其他幾個概念,電壓保護水平Up 是當釋放沖擊電流到地面時，由接線端子之間的電涌保護器給定的電壓。它直接由變阻器和火花間隙產生，不可超過連接在下級設備的耐受電壓值。,續(xù)流 If. If是指SPD電涌電流流過（過電壓消失）之后，在電力系統(tǒng)供電電壓作用下流過SPD的電流?；鸹ㄩg隙或氣體放電管會產生續(xù)流（電?。蔷€性電阻不會產生續(xù)流。 如果電弧不被切斷，此電流將達到電力系統(tǒng)預期的短路電流Icc。 續(xù)流切斷能力Ifi (或額定斷開續(xù)流值) 在Uc下SPD切斷的續(xù)流If值。SPD的Ifi 應該等于或大于安裝點的預期短路電流(Icc),2 防雷設計必須掌握的其他幾個概念

20、,隔離間距,接閃器,滾球半徑,保護角,陰影線,,s,3 防雷設計太陽能應用案例全景圖,Part-1_ Bangkok_2001 / ESC,應用案例 屋頂防雷防浪涌保護器安裝圖,Part-1_ Bangkok_2001 / ESC,應用案例 屋頂防雷防浪涌保護器安裝圖,應用案例設計圖,應用案例設計圖,應用案例設計圖,全部雷電流I的50%流入雷電保護系統(tǒng)的接地裝置。 剩余的50%雷電流Is分配于引入建筑物的各種外來導電物、電力線、通信線。,3 防雷設計雷電流大小的確定,3 防雷設計保護電平的選擇（低于設備耐壓水平）,3 防雷設計-接線要求數據,（3）消除連接引線電壓降的接線方式,3 防雷設計-接

21、線要求數據,直流側防雷措施： 電池支架應保證良好的接地，太陽能電池陣列連接電纜接入光伏陣列防雷匯流箱，匯流箱內含高壓防雷器保護裝置，電池陣列匯流后再接入直流防雷配電柜，經過多級防雷裝置可有效地避免雷擊導致設備的損壞。,交流側防雷措施： 每臺逆變器的交流輸出經交流防雷柜（內含防雷保護裝置）接入電網，可有效地避免雷擊和電網浪涌導致設備的損壞，所有的機柜要有良好的接地。,3 防雷設計-接地系統(tǒng),4、無人管理的雷電防御系統(tǒng)（交流產品詳見樣本）,1、B+C級防雷器，具有防雷和防浪涌功能 2、工作狀態(tài)遠程監(jiān)控功能 3、故障指示和報警功能 4、雷擊計數功能 5、支持Modbus通訊協(xié)議,5、防雷系統(tǒng)的維護與

22、管理,1、防雷裝置的維護分為周期性維護和日常性維護兩類。 2、周期性維護的周期為一年，每年在雷雨季節(jié)到來之前，應進行一次全面檢測。 3、日常性維護，應在每次雷擊之后進行。在雷電活動強烈的地區(qū)，對防雷裝置應隨時進行目測檢查。 4、檢測外部防雷裝置的電氣連續(xù)性，若發(fā)現有脫焊、松動和銹蝕等，應進行相應的處理，特別是在斷接卡或接地測試點處，應進行電氣連續(xù)性測量。 5、檢查避雷針、避雷帶（網、線）、桿塔和引下線的腐蝕情況及機械損傷，包括由雷擊放電所造成的損傷情況。若有損傷，應及時修復；當銹蝕部位超過截面的三分之一時，應更換。 6、測試接地裝置的接地電阻值，若測試值大于規(guī)定值，應檢查接地裝置和土壤條件，找

23、出變化原因，采取有效的整改措施。,5、防雷系統(tǒng)的維護與管理,7、檢測內部防雷裝置和設備（金屬外殼、機架）等電位連接的電氣連續(xù)性，若發(fā)現連接處松動或斷路，應及時修復。 8、檢查各類浪涌保護器的運行情況：有無接觸不良、漏電流是否過大、發(fā)熱、絕緣是否良好、積塵是否過多等，出現故障，應及時排除。 9、防雷裝置，應由熟悉雷電防護技術的專職或兼職人員負責管理。 10、防雷裝置投入使用后，應建立管理制度。對防雷裝置的設計、安裝、隱蔽工程圖紙資料、年檢測試記錄等，均應及時歸檔，妥善保管。 11、當發(fā)生雷擊事故后，應及時調查分析原因和雷害損失，提出改進防護措施。,HC_0048,新 能 源, 安 全 穩(wěn) 定 的 能 源,