太阳能光伏发电系统防雷工程设计

太阳能光伏发电系统防雷工程设计
摘要：太阳能光伏发电系统属于一种新型的发电系统，因为其自身以及布局的
特殊性，所以其极容易引发雷电灾害。

因此，必须要积极做好太阳能的雷电防护
工作。

本文首先阐述了雷电对太阳能光伏发电系统所造成的危害，接着简单概况
了防雷设计原则，最后着重对太阳能光伏发电系统的防雷工程设计方式展开分析
探讨。

关键词：太阳能；光伏发电系统；防雷工程；设计
引言
近些年来，随着社会的不断发展，我国的太阳能发电产业也得到迅猛发展，特别是光伏
发电系统应用极为普遍。

太阳能光伏发电的主要原理是借助于太阳能电池半导体材料的光伏
效应，将太阳光辐射能直接转换为电能，该系统大体上为独立系统与并网系统。

因为大多数
太阳光伏发电系统在距离电网较远的区域建设布局或者是用作野外移动式便携电源，特别容
易受到雷电袭击，轻则造成仪器设备受损或者是出现停电故障，严重时甚至对人身安全构成
严重威胁。

所以对太阳能光伏发电系统防雷工程进行合理设计就显得至关重要。

1.雷电对太阳能光伏发电系统的危害
1.1直击雷的危害
所谓直击雷是指雷电积云和大地设备或者是线路之间产生十分强烈的放电现象。

雷电流
穿过被击物体的过程中，将会形成破坏力度较大的热效应以及机械力效应。

太阳能光伏发电
系统或者是机房建筑物一旦受到雷电的直接袭击势必会出现设备损坏以及人员伤亡等严重的
危害。

1.2感应雷的危害
雷电放电主通道没有经过被保护物，但放电时会产生较大的瞬变电磁场在周边的导体中
感应到电磁脉冲，即感应雷。

感应雷会凭借两类方式入侵到导体之内。

①静电感应：当雷电发生在架空线路周边区域时,在静电感应的影响下架空线积聚许多相反电荷,产生暂态过电压波。

过电压波快速经架空线入侵到网络设备并对其造成一定的破坏；②电磁感应：雷电击中避雷装置时,因为雷电流幅值增大，在雷电流通道周围产生强感应电磁场。

此种磁场往往会于
电源线上直接加以感应,且借助于感应过电压的方式进入网络系统中,对网络设备进行不同程
度的破坏。

高强度雷电放电能够对与雷电袭击位置相距1公里以内的网络系统发生电磁感应,
致使系统受损。

太阳能光伏发电系统中涉及到的线路较长、电缆相对较多，给感应雷的发生、耦合以及传播给予了有利的环境。

而太阳能光伏发电系统伴着科学技术的不断进步，愈来愈
呈现智能化发展态势，一些集成电路以及低压电路应用变得尤为广泛，自身抗击过电压的能
力变得愈来愈低，特别容易遭受感应雷的袭击，并且对系统的重要元器件造成严重破坏。

1.3雷电波入侵
雷电波入侵主要表示的是因为架空线路被雷电袭击产生感应过电压，所形成脉冲浪涌，
借助于架空线路对雷电的传导作用，雷电波会伴随着诸多线路入侵至室内，对机房以及设备
造成不同程度的损坏。

2.防雷工程设计原则
对于太阳能光伏发电系统的防雷设计，需要综合应用现代防雷技术，把雷电能量凭借合
理的途径向地面泄流，并充分采取防雷措施抑制雷电能量，限制到信息系统所允许的安全范
围之中。

防雷工程总体设计原则是：整体规划，综合治理，优化设计，层层设防，多重保护。

3.雷电防护
3.1直击雷防护措施
为了尽最大可能的降低雷击对太阳能光伏发电系统在防雷工程中，防直击雷装置通常包
括引下线、接闪器、接地装置等。

应将接闪器分别安装在机房容易遭受雷击的部位。

接闪器
一般为避雷带（网）、避雷针等装置及其的联合体，在设计时最好采取屏蔽性或者是抑制性
的防雷措施。

可以采取多根引下线，并对其进行均匀布设，由于多根引下线的分流作用会时
引下线的沿线压降大幅度下降，降低侧击雷的危害性，同时不断减少引下线泄流所形成的磁
场强度。

引下线的均匀布设会促使引下线泄流所造成的电磁场在建筑物空间内逐渐消失，从而对雷电的强度进行抑制。

接地体的设计一般采取环型地网。

引下线最好在环型地网的周边连接，如此对于雷电流的散流以及内部电压的均衡十分有效。

3.2防感应雷和雷电波入侵措施
感应雷以及雷电波通常是凭借通电力电缆以及通信电缆的金属外皮与天馈线等线缆入侵系统。

因此对于进出电缆雷电防护包括下述三个方面。

第一，进出电缆需要有金属屏蔽层，同时需要埋地进入机房，并且在进出户外电缆的金属外屏蔽层和联合接地体进行等电位连接；
第二，在电源方面应该逐级装设SPD,并且采取多级防护的措施，让雷电流在通过多级泄流之后的残留电压不超过电站设备的耐压值。

第三，在建筑物内相匹配的设备综合布线保护管最好采取金属管。

SPD的防雷能力和装设手段之间具有紧密的联系，通常是由于引线阻抗会形成另外的残留电压。

需要尽量减小电力线和SPD之间的连线的长度。

多级布设SPD能够大幅度降低引线阻抗所形成的额外残压。

所以前级SPD会把大多数的雷电流想地面泄入，在后级SPD内所泄放的雷电流相对小。

通常情况下，后级所泄放的雷电流是前级的20%上下，因此一定会致使引线上的附加残压有所降低，进而对系统设备进行保护。

4.太阳能光伏发电系统的接地设计要求
4.1接地体
对于太阳能光伏发电系统防雷装置的要求需要具备足够小的接地电阻以及合理的布设。

接地体最好采取扁钢、圆钢等热镀锌钢材，其冲击接地电阻通常不超过10欧姆。

直接地体长度最好为1.5～2.5m，垂直接地体之间的距离应保证是其自身长度的1.5～2倍。

如果碰到土壤电阻率不够匀称的点，下层的土壤电阻率低，可稍微加长。

若垂直接地体布设较难。

那么可以布设若干根环形水平接地体，其之间的间隔属于l～1.5m，同时需要每间隔3～5m互相焊接连通1次。

在沿海盐碱腐蚀性较强或者是大地电阻率较高难以达到接地电阻要求的区域，接地体最好采取具备耐腐以及保湿性能好的非金属接地体。

接地体之间的全部焊接点，除了在混凝土中进行浇筑之外，都需要采取防腐措施进行处理。

接地装置的焊接长度。

接地体的上端距地面不应小于0.7m，在寒冷地区接地体应埋设在冻土层以下。

4.2接地线以及接地引入线
接地线材料属于多股铜线,应该保持短直，截面积为35~95mm之间。

接地引入线长度最好不要大于30m，其材料为镀锌扁钢，截面积不应该少于40mm×4mm或超过95mm。

接地引入线应作绝缘处理，同时不可以在暖气地沟内装设，埋设时需要绕开水沟与污水管．裸露部分采取相应的方式避免其出现机械损伤。

5.结语
伴着太阳能光伏发电产业的高速发展，各种光伏系统的使用也变得越来越广泛。

雷电是对太阳能光伏发电系统威胁最大的自然灾害，所以积极做好雷电防护工作，采取科学的防雷措施构建系统防雷工程，对于降低雷电对太阳能光伏发电系统的危害，确保光伏发电系统的安全、高效运行十分重要。

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第一作者简介：顾菊平(1983-)，女，汉族，浙江省诸暨市人，本科，助理工程师，从事防雷科技服务工作。