光伏发电场的防雷与接地(未正式出版).docVIP

光伏发电场的防雷与接地 雷电现象的本质、危害性及其防雷措施 雷电是大自然里的复杂现象，雷电的本质应作为宇宙的系统来理解。由于大气的流动形成了雷云，在雷云与雷云间、雷云和地面感应有异号的电荷。当雷云中的电荷积累到一定程度，雷云与大地间的电场强度超过25～30千伏/厘米时，周围空气电的绝缘性能被破坏，异性电荷雷云间或雷云对大地就会产生强烈的放电1。雷云对大地放电俗称落雷或雷击，出现闪电和雷声。 雷击主放电的最大电流可在几微秒之内达到几十至几百千安培，具有极大的破坏力和危害性。不仅高物体和孤立的高处会受到雷击，就是平原、湖泊甚至是两山之间的平地、峡谷也会受到雷击。遭雷击的频率不仅与所处的环境、地理纬度、地域及季节、土壤电阻率、地质条件（地下有无导电矿床、泉水）等有关，而且与物体的高度的平方成正比。 雷电的危害性，突现在三个方面；一是雷电直接击在物体上，因强大的雷电流产生高温而燃烧或使物体过热膨胀而破坏。二是雷电产生强大的电磁场，使其周围的金属构件产生感应电流而升温过热，对微电子、通信等弱电设备感应过电压而使之损坏。三是雷电击中户外架空线、架空金属管道上，雷电的高压电磁波沿架空线或金属管道入侵室内，造成室内设备破坏和人员伤亡。为保护人类生命和设备的安全，就必须进行防雷。 随着社会的发展和科学技术的进步，人类在防雷电的危害方面的技术和措施不断完善。迄今为止，国际和国内流行的防雷技术、规范和方法，主要都是依据富兰克林的引雷入地的防雷思想，是以“路”的概念为基础，都强调接地，将之当作最重要的防雷措施。我国目前在全国范围内实施的 《建筑物防雷设计规范》GB50057所依据的基础也就是富兰克林防雷体系。由于人类对防雷电危害的技术研究的进一步深入，本世纪初，国内、外新出现了一种“等离子避雷球”的新的防雷方法。它是基于使雷电在目标上感应电荷消失或失效，从而雷电与保护目标间不可能产生电击穿，使目标不遭直接雷击而得到保护，其基本原理就是绝缘避雷。 光伏发电场的特点 目前全世界范围内出现的利用太阳能的光伏发电，就是一种取之不尽、用之不竭、符合可持续发展的洁净的绿色能源。 光伏发电场不同于传统的火力发电厂，它没有高大的锅炉和厂房，它都是敞开地布置于户外，分为地面布置型和建筑物屋面布置型。既可并网运行，亦可孤网运行。地面光伏发电场是安装在荒山坡、沙漠等野外开阔地方，屋面光伏电发电场是安装布置于建筑物的屋顶或朝阳的墙面上。由于安装在户外，易遭雷击。为确保光伏发电设备和人的生命安全，则必须对光伏发电场采取防雷措施进行防雷。 三、光伏发电场的防雷 1、屋面光伏发电场防直击雷 屋面光伏发电场的光伏组件是安装在建筑物的屋顶和朝阳无阴影遮挡的墙面，它的防直击雷除应充分利用建筑物的自身原有的防雷系统外，尚应结合新增屋面光伏组件的特点，采取和地面光伏发电场防直击雷一样措施，将固定倾角安装的和跟踪式安装的光伏组件金属边框作防直击雷接闪器，以光伏组件金属支架作防雷引下线，与加固屋面的安装光伏组件的槽钢或工字钢基础支架焊接，每一基础钢梁不少于两点，并与所在的建筑物屋面的避雷带（网）等防雷设施相连，利用原有防雷引下线接地，并按其建筑物所属防雷类别，依据规范要求，增设其加固基础钢梁上的均压带，实现对直击雷的防范。 光伏幕墙的防雷只要依据建筑物防侧击雷措施防雷，即可满足要求。具体作法是，利用建筑物框架柱内主钢筋作引下线，与各层圈梁内主筋相焊接，并与光伏玻璃幕墙的安装金属框架焊接，形成法拉第笼。光伏玻璃幕墙则“嵌入”在法拉第笼上而达到防直击的保护。其建筑物高度超过45m时，采取防侧击雷的措施和根据楼层的高度，每隔6m或12m作均压环等电位的保护联接。并将45m及以上的外墙上的栏杆、门窗等金属物与防雷装置引下线连接。 2、 地面光伏发电场的防雷 地面光伏发电场的光伏组件，有固定倾角支架安装式型，跟踪式安装型和聚光组件安装型。均为落地式安装在户外地面上，除高倍聚光组件外，一般设备高度在5米以下。但占地面积大，长、宽均在几百米以上。 1）使用“等离子避雷球”方法防直击雷； 本方法防雷是基于绝缘避雷原理，不是引雷入地。优点是不需要装设接闪器、引下线和接地装置。仅在光伏发电场地面适当位置，安装一套“等离子避雷球”装置，装置内附有自动检测雷暴的功能。平时处于休闲状态，当雷雨来临，检测到雷暴时，才自动投入。缺点是等离子避雷球必须有两套高电压产生等离子的装置。要达到消除电击所需的等离子气层内离子的浓度要求值，则需耗功达几千千瓦，需要运行管理，维护费用高和一次性投资大，同时装置高电压也存在使用安全问题。一般光伏发电场为无人值守式或少人值班式，故不适宜在光伏地面发电场防直击雷中使用。 2）使用富兰克林引雷入地的方法防直击