光伏电站防雷与等电位连接

光伏电站防雷与等电位连接

一、引言

云南光伏电站一般建在山坡或山顶，那里海拔高、土层浅，很容易遭到雷击。光伏电站遭到雷击，轻则开关、电表烧毁，重则设备电路板烧焦、电子元器件击穿损坏，致使光伏电站无法正常运行，造成重大经济损失。因此，为了有效地防范雷击，使光伏电站达到长期稳定、安全、可靠运行的目标，在机房外部和太阳电池方阵附近安装接闪器、引下线和接地装置组成的防雷装置，并在机房内部安装防雷器件组成等电位连接的防雷装置。本文重点分析光伏电站防雷装置中等电位连接的概念以及由防雷器件进行等电位连接时应注意的问题。

二、等电位连接的基本概念

等电位连接是防雷技术中的一个重要概念。等电位连接是指用连接导线或过压保护器将处在需要防雷空间内的防雷装置(由接闪器、引下线和接地装置组成)、建筑物的金属构架、金属装置、外来的导体物、电气和电讯装置等连接起来，在所有需要防雷的空间内，当遭到雷击时所有各相关部分不存在电位差，避免雷电流产生的高电位差对设备的破坏作用。

1、各电气设备独立接地系统与共同接地系统接地是防雷技术中最重要的环节。在光伏电站内，根据电气设备功能不同存在不同性质的接地要求，如避雷接地、安全(保护)接地、工作接地、交流接地和直流接地。光伏电站的防雷工程接地系统应该采用独立接地系统还是共同接地系统?光伏电站内所有需接地的电气设备分别单独接地，即为独立接地系统(图1)，假设各个独立接地电阻值均为标准接地电阻：R ，=尺 =4 Q。将光伏电站内所有需接地的电气设备都统一先接到一个节点后再接地，即为共同接地系统(图2)，假设也是标准接地电阻R=4 Q，连接导线1～4的电阻值和接触电阻值均设为0 Q。

如图1所示，独立接地系统若遭遇雷电流，从避雷接地支路经尺流入地时，假设雷电流I=30kA，则在尺两端产生的电压降为 =，X R =120kV，而邻近的R：、尺，和尺两端的压降为 =v~=v4=ov，因此，尺上端产生的电位与其他接地点回路间的电位差为Vl—V2=V1一 = 一V4=120kV，即避雷接地支路与安全接地支路、交流接地支路和直流接地支路的回路间有120l 电位差。上述的接地电阻值假设为

标准接地电阻，实际上许多光伏电站所在地的土壤电阻率都较高，安装接地网时要达到有关规范规定的低阻值接地电阻难度很大，费用也会较高，甚至有些地方无法做到。如果接地电阻值>10 Q，各回路间的电位差更高，击穿电气设备内部绝缘的能力更强。因此，光伏电站中需要接地的电气设备如果分别单独接地，当发生雷击时各电气设备接地点回路间电位差很大，容易造成电气设备内的电子元器件击穿烧毁。

如图2所示，如果共同接地系统的任意电气设备遭遇雷击，则雷电流流过电阻斜产生的电位与其他电气设备回路间的电位差均为0V，而且不论斜电阻值的大小如何，均使各接地点电位相等，成为共同接地的等电位连接体，则各设备相互间和内部电子元器件不会产生击穿的问题，减少雷电带来的损害。但共同接地系统也存在一个防雷的关键问题，即等电位连接问题。如果连接导线1～4电阻值和接触

电阻值都相对很大，则成为共同接地的不等电位连接体，使各电气设备回路间产生较高的电位差，达不到上述共同接地的等电位连接防雷效果。

为了使各设备相互间和内部电子元器件不产生击穿的问题，必须清除各接地系统间的回路电阻，包括减小连接导线电阻值和接触电阻值，防止其间电位差的产生，使之成为等电位连接，因此，光伏电站防雷接地应采用共同接地的等电位连接系统。

2等电位连接的基本方法

为彻底防止光伏电站各电气设备接地电位之间。的反击，除了采用共同接地系统外，进行等电位连接是防雷技术的关键。将太阳电池组件边框、金属支架和机房混凝土内部的钢筋进行等电位连接，外部引入机房的直流输入线和机房引出的交流输出线都应通过电流型或电压型过压保护器进行等电位连接。机房内部电气设备的外壳、金属构架和导线的屏蔽层等进行等电位连接，并将全部等电位连接与光伏电站的接地网用电气连接方法进行可靠的互连，从而使整个光伏电站成为一个等电位体。这种方法实际上是将整个光伏电站置于一个法拉第笼中，雷击发生时，虽然会存在很高的电位，但由于等电位连接内部不存在电位差，因此不存在绝缘被破坏、电气内部电子元器件击穿的故障问题。机房外部引入的直流输入线和内部引出的交流输出线与地线间装设过压保护器。过压保护器对雷电流的泄放作用及对暂态过电压的抑制作用，使其残留电压值降至设备可以接受的水平。因此，从防雷的角度来看，过压保护器的装设也是光伏电站实施等电位连接的重要措施。

三、等电位连接应注意的问题

通过上述情况可知，光伏电站采用共同接地系统，不一定就是等电位连接，要达到共同接地的等电位连接防雷效果，应注意以下几个方面的问题。1接地电阻、导线电阻和接触电阻

接地电阻包括4个部分：(1)接地体与接闪器之间的连线电阻，(2)接地体本身的电阻，(3)接地体与土壤的接触电阻，(4)电流由接地体流入土壤后土壤呈现的电阻。(3)、(4)项说明接地电阻的不确定性，这是做好接地电阻的难点。单个接地体的接地电阻值是有限的，只有采用多个接地体组成接地网，才能降低接地电阻值，达到防雷接地的设计要求。光伏电站做接地电阻时，应注意导线本身的电阻和导线与接闪器之间、接地体之间的接触电阻，从经济和实用角度考虑选择接地体、连接体和降阻材料，并注意各接地体与连接体之间的接触电阻。接地电阻值越小，接地系统对雷电流的泄放能力越强，产生雷击电压越低。因此，在强调

接地网结构、实施共同接地的同时，经济有效地降低接地电阻值是有效泄放雷电流、防止雷电破坏电气设备的重要措施。

除上述导线与接闪器、接地体连接外，共同接地系统总会存在连接导线电阻和相互间连接的接触电阻等问题。如果设备与接地电阻的连接导线电阻值或接触电阻值很大，都将使共同接地系统中的等电位连接变成不等电位连接，从而在回路间产生高电位差，这样就算接地电阻值很小，也不能很好地起到防雷保护作用。因此，导线电阻值和接触电阻值的大小应引起足够的重视，尽量选择电阻值小的导线，降低相互间的接触电阻值，使有关回路间的电位差趋近于OV，真正起到共同接地的等电位作用。

2避雷器与空气断路器

光伏电站建好接地网、减小接地电阻值后，如何将雷电流顺利泄放入地是防雷工作的一个重要问题。氧化锌压敏电阻避雷器是一种电阻值随外加电压变化而显著改变的非线性器件。在正常情况下，避雷器处于高阻状态，当雷击产生瞬间脉冲电压时，避雷器将在纳秒时间内导通，使脉冲电压与地短路，泄放雷电流后又恢复为高阻值状态。由此可见，选择反应时间短、性能稳定和电流通量大的避雷器是有效防雷的重要条件。

光伏电站可以利用多个避雷器采取多极避雷保护措施，并在相线与防雷接地网之间分别并联两个避雷器，防止其中一个避雷器因雷击断路后的二次重击。

空气断路器兼有开关和熔断器的作用，是一种常用的低压保护电器，可以实现短路和过载保护。空气断路器与避雷器合理搭配，可起到防止雷电进入设备的作用。

四、结束语

光伏电站防雷是一个系统工程，建好接地网和选择好避雷器后，实施等电位连接就成为能否有效防雷的关键问题。将光伏电站的所有电气设备包括机房混凝土内钢筋该接地的都统一接在一点，然后再接到接地网上，使各个电气设备之间的回路电阻值尽量小，电位差趋于OV，就不易发生闪击放电损坏设备的事故。