國(guó)內(nèi)光伏電站屢遭雷擊 防雷亟待解決

近幾年，我國(guó)光伏發(fā)電在國(guó)家政策的支持下，在西部邊遠(yuǎn)無(wú)電地區(qū)得到了快速發(fā)展。在2010年之前，我國(guó)的光伏發(fā)電將繼續(xù)在解決大約700萬(wàn)邊遠(yuǎn)無(wú)電戶的項(xiàng)目中起到主要作用。由于西部地區(qū)村落光伏電站海拔相對(duì)較高，在夏季多雷暴，光伏電站易遭到雷擊，導(dǎo)致設(shè)備毀壞，系統(tǒng)無(wú)法正常運(yùn)行，因此，村落光伏電站的防雷設(shè)計(jì)將是影響光伏電站長(zhǎng)期穩(wěn)定、安全、可靠運(yùn)行的關(guān)鍵因素。

1、雷電的形成雷電發(fā)展過程可以分為氣流上升、電荷分離和放電三個(gè)階段。據(jù)測(cè)試，對(duì)地放電的雷云大多為負(fù)雷云。隨著負(fù)雷云中負(fù)電荷的積累，其電場(chǎng)強(qiáng)度逐漸增加，當(dāng)達(dá)到一定強(qiáng)度時(shí)開始向下方梯級(jí)式跳躍放電，稱為下行先導(dǎo)放電，當(dāng)下行先導(dǎo)逐漸接近地面物體并達(dá)到一定距離時(shí)，地面物體在強(qiáng)電場(chǎng)作用下產(chǎn)生尖端放電，形成上行先導(dǎo)，朝著下行先導(dǎo)方向發(fā)展，兩者會(huì)合即形成雷電通道，隨之開始主放電，接著是多次余輝放電，天空中出現(xiàn)蜿蜒曲折、枝叉縱橫的巨大電弧，形成常見的云對(duì)地線狀雷電。這種負(fù)極性下行先導(dǎo)雷擊約占全部對(duì)地雷擊的85%左右。

2、雷電過電壓的基本形式2.1直擊雷過電壓(直擊雷)雷電直接擊中地面電器設(shè)備、線路或建筑物，強(qiáng)大的雷電流通過物體泄入大地，在該物體上產(chǎn)生較高的電位降，稱為直擊雷過電壓，其通過被擊物體時(shí)，將產(chǎn)生有破壞作用的熱效應(yīng)和機(jī)械效應(yīng)，相伴的還有電磁效應(yīng)和對(duì)附近物體的閃絡(luò)放電(稱為雷電反擊或二次雷擊)。

2.2、感應(yīng)過電壓(感應(yīng)雷)當(dāng)雷云在架空線路(或其他物體)上方時(shí)，由于雷云的先導(dǎo)作用，使架空線路上感應(yīng)出先導(dǎo)通道符號(hào)相反的電荷。雷云放電時(shí)，先導(dǎo)通道中的電荷迅速中和，架空線路上的電荷被釋放，形成自由電荷流向線路兩端，產(chǎn)生很高的過電壓(高壓線路可達(dá)幾十萬(wàn)伏，低壓線路可達(dá)幾萬(wàn))。

2.3、雷電波侵入由于直擊雷或感應(yīng)雷而產(chǎn)生的高電位雷電波，沿架空線路或金屬管道侵入變(配)電所或用戶而造成危害。據(jù)統(tǒng)計(jì)，供電系統(tǒng)中由于雷電波侵入而造成的雷害事故，在整個(gè)雷害事故中占50%以上。

3、村落光伏電站的防雷措施村落光伏電站的防雷分為內(nèi)部防雷和外部防雷兩部分。外部防雷主要指光伏電站中的太陽(yáng)電池組件、低壓配電線路和機(jī)房避免遭到直擊雷的侵襲;內(nèi)部防雷是指機(jī)房?jī)?nèi)電氣設(shè)備、蓄電池架、金屬管道、電纜金屬外皮免遭雷電波的襲擊。村落光伏電站在設(shè)計(jì)防雷時(shí)，從太陽(yáng)電池方陣的輸入端至最終用戶，每一級(jí)都應(yīng)有針對(duì)性地采取防雷措施，從而保證光伏電站的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

3.1、直擊雷的防護(hù)3.1.1裝設(shè)避雷針避雷針的作用是通過一定規(guī)格的金屬導(dǎo)線把雷電流引入地下，從而保護(hù)光伏電站的電氣設(shè)備、機(jī)房及附近的低壓配電線路，使其免遭到直擊雷的襲擊。避雷針的保護(hù)范圍按GB50057-94《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》采用“滾球法”來確定。避雷針在被保護(hù)物高度(hx)的平面上的保護(hù)半徑(x)按下式計(jì)算：rx=h(2hr-h)-hx(2hr-hx)(1)式中：h―――避雷針的高度，h―――滾球半徑(確定)。

以8kW村落光伏電站為例計(jì)算單根避雷針安裝高度。廠區(qū)面積為25m×30m，村落光伏電站屬第三類防雷建筑物，按表1確定其滾球半徑(hr)為60m，機(jī)房高度(即被保護(hù)物高度hx)為3m，避雷針裝設(shè)在廠區(qū)中心位置(即平面上的保護(hù)半徑rx)為15m，將數(shù)據(jù)代入(1)式，求得避雷針高度(h)為10.4m。

3.1.2、太陽(yáng)電池方陣可靠接地將光伏電站的支架通過與金屬圍欄、接地線的連接，構(gòu)成一個(gè)環(huán)形避雷網(wǎng)，使光伏電站廠區(qū)各個(gè)部位的電位相等，即實(shí)現(xiàn)等電位連接，這樣可以防止太陽(yáng)電池方陣、機(jī)房、低壓配電線路遭到二次雷擊。

3.2、感應(yīng)雷防護(hù)在出線桿上裝設(shè)避雷器，通過與接地裝置可靠連接，可防止雷電過電壓通過低壓配電線路侵入機(jī)房直接擊中電氣設(shè)備，同時(shí)也可防止雷電過電壓侵入負(fù)載對(duì)用戶造成損壞。另一方面，將機(jī)房?jī)?nèi)的金屬外殼、蓄電池架、金屬管道、電纜金屬外皮可靠接地，可以保證機(jī)房?jī)?nèi)不會(huì)產(chǎn)生雷電反擊和危及人身安全的接觸電壓或跨步電壓，同時(shí)也可以防止雷電電磁脈沖干擾電氣設(shè)備。

3.3、雷電波防護(hù)一是將光伏電站內(nèi)所有電纜金屬外皮與大地作良好的連接，實(shí)現(xiàn)可靠的屏蔽，從而防止雷電電磁脈沖對(duì)機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)備的影響;二是在方陣匯流箱、控制器、逆變器等電氣設(shè)備的輸入端加裝避雷器或壓敏電阻等浪涌保護(hù)器，實(shí)現(xiàn)多極防護(hù)措施，進(jìn)而提供供電保障。

4、結(jié)語(yǔ)雷電是一種常見的自然現(xiàn)象，會(huì)對(duì)建筑物及電氣設(shè)備造成嚴(yán)重破壞。在村落光伏電站的防雷設(shè)計(jì)中，應(yīng)將外部防雷和內(nèi)部防雷結(jié)合起來，采取有效措施，防止直擊雷、感應(yīng)雷、雷電波對(duì)光伏電站的破壞，保證光伏電站長(zhǎng)期穩(wěn)定、安全、可靠的運(yùn)行。