太阳能光伏发电系统设备选型设计方案.doc

太阳能光伏发电系统设备选型设计方案太阳能电池方阵的基本计算一、 基本数据1、 负载基本数据：3.5米庭院灯，光源配备2*5wLED灯，每晚全功率持续照明8小时后，转为半功率照明，工作至天亮后（环境照度10lux），自动停止供电。2、 单晶硅太阳能电池板特性数据：设计拟采用KLY200-72型单晶硅太阳电池组件。技术参数组件由72片125125的单晶硅太阳电池串联组成。阳极氧化铝合金边框构成实用的方形结构，允许单个使用或阵列使用， 配有标准支架系统，安装孔保证25年使用寿命。防尘接线盒，保证接线的安全可靠。银白色铝合金边框、高透光率绒面钢化玻璃、白色TPT衬底。典型参数：标准测试条件： （AM1.5）辐照度=1000W/m2 ，电池温度=25电池正常工作温度50峰值功率（Wp）200W短路电流温度系数0.4mA/开路电压(Voc)32.8V开路电压温度系数60mV/最大功率电压(Vmp)26.6V填充因子70短路电流(Isc)8.1A边框接地电阻1ohm最大功率电流(Imp)7.63A迎风压强2400Pa重量16.5Kg绝缘电压1000V外型尺寸(mm)1482*992安装孔径8安装孔尺寸(mm)3、使用地区基本条件：北京地区处于亚洲大陆东岸，地处暖温带半温润地区，气候受蒙古高压的影响，属大陆性季风气候。 最冷月平均气温：3.7 最热月平均气温：26.2 极端最低气温 ：-18.3 极端最高气温：39.5 最大日较差：16.8 降水量：年平均降水量650750毫米 湿度：最大月平均湿度77（八月），最低月平均湿度44（一月） 冻土深度：850毫米 100年重现期的基本风压值为： 0.50 kN/m2 地面粗糙度为： C类 100年重现期的基本雪压值为：0.45 kN/m2 连续工作时间：全年每天夜晚连续工作；二、 负荷确定灯具类型负载功率（W）平均工作时间（H）数量（盏）总功率（W）负载日消耗电量(WH)一区庭院灯101098011760二区庭院灯1010175957140三区庭院灯101080280033600四区庭院灯101080280033600八区庭院灯101025375045000三、 蓄电池容量的设计蓄电池在光伏发电系统中处于浮充状态，充电电流远小于蓄电池所需的正常充电电流。尤其是冬天，日照少，蓄电池常处在欠充状态，长期深放电后影响蓄电池的寿命，故必须留有一定余量，通常以放电深度表示：d=(C-CR)/C=70%d放电深度C蓄电池额定容量CR蓄电池储备容量据我公司经验数据，放电深度最大为70%，这样确定了蓄电池储备容量CR和放电深度d后，可选定蓄电池额定容量 C=（1020）Q/d=1145.51200Ah Q负载每天总耗电量四、 确定方阵倾角为使方阵全年接受太阳辐射量均匀，通常可将方阵倾斜放置，方阵表面与地平面的夹角为方阵倾角。固定式平板方阵的表面总是朝向赤道。北方地区倾角应比当地纬度增加510，北京地区纬度:北纬395427,因此北京地区太阳能电池方阵倾角设定为45。五、 太阳能电池方阵电流的计算方阵应输出的最小电流为：Imin=Q/（Tm*1*2）13AQ负载每天总耗电量1-蓄电池充电效率，一般取90%2-方阵表面灰尘遮蔽损失一般取90%Tm-北京地区每天峰值日照数北京地区的太阳能资源情况如下：基本要求：最长连续阴雨天3天，两个阴雨天之间的间隔最短30天；使用地点：以北京为例，平均每日有效光照：5.06小时；气象数据：纬度116.410，经度75.90 ，每日有效光辐射时间为5.06小时。平均各月光辐射资源: 单位：KWh/m2/day月份123456789101112平均平面 2.683.454.365.576.146.195.315.014.513.612.742.344.32斜面3.825.075.245.735.625.414.754.865.034.834.583.425.06 平均各月份充放电Ah数，见下表。六、 太阳能电池方阵容量计算太阳能电池方阵容量P=VpI365*24-(1-b)T(VoNb+V1)Fc/bTVp+a(t2-t1)NmVp-太阳能电池组件在标准测试条件下取得的工作点电压（v）I-负荷电流（A）b-蓄电池充电效率，铅酸电池为0.84T-当地年日照时数（h）Vo-每只蓄电池浮充电压（v）Nb-每组蓄电池只数V1-串入太阳电池至蓄电池供电回路中的元器件和导线在浮充供电时引起的压降（v）Fc-影响太阳能电池发电量的综合修正系数，1.2-1.5-根据当地平均每天日照时数折合成标准测试条件下光照时数所取得的光强校正系数，一般取0.6-2.3a-一个太阳能电池组件中单体太阳能电池的电压温度系数，其值为-0.002-0.0022v/t2-太阳能电池组件工作温度t1-太阳能电池标准测试温度Nm-太阳能电池组件中单体太阳能电池串联只数按上式，太阳能电池方阵的总容量P=5645w6000w七、 系统部件设计选型1 系统电压确定为保证安全的系统电压和高性价比设备选型，选择适当的系统电压，尽量减少系统损耗，降低系统运行故障率，确保系统操作安全稳定，按独立光伏系统-设计验证（IEC62124-2004，IDT）中相关规定，我公司充分考虑相关产品的性能和运行状况，本项目6000w系统系统电压设定为DC48v，采用KLY200-72型太阳能集电板30块，每2块串联后分成15组并联接出，形成系统标准电压48v的充电模式。2 蓄电池充电控制器设计选型我公司采用的自动充电控制器SD4055型设备，参数如下：系统电压48V最大充电电流55A最大负载电流55A最大自消耗电流14mA最终充电电压（浮充）可编程围 54.8V快速充电电压57.6V均衡充电电压58.8V重新接通（ SOC/LVR ） 50%/50.4V操作环境温度-10 + 60 导线直径（细 / 单股线）50 mm 2 / 70 mm 2保护等级IP65重量10Kg尺寸 mm （ LWH ）（ L330157 ） 充电系统采用2块24v组件串联成48v系统，每5组接入1台SD4055型控制器，整套系统接入3台，三套充电系统并联接入储能部分。分组充电的设计形式既能保证单台控制器分担较小充电电流，降低充电设备故障率，又能可靠保障充电能量，即使充电系统中有某一路系统出现故障时，也能保证储能系统每天2/3的电能补充，在系统发出故障警报后，维修人员不能及时赶到的情况下，当天的照明工作可以得到保障。3 蓄电池放电控制器选型蓄电池组放电时通过放电控制器，放电控制器主要功能是防止蓄电池深度放电造成循环寿命减少，我公司采用的放电控制器具备电压检测功能，当放电电压低于设计电压时，自动切断直流输出系统，并发送控制信号，由市电系统对蓄电池组进行补充充电，当蓄电池组端电压高于50.4v时重新接通放电系统。系统电压48V最大负载电流55A最大自消耗电流14mA重新接通（ SOC/LVR ） 50%/50.4V过放保护（ SOC/LVD ） 30%/44.4V监测反应时间5s控制信号输出工频12v2v操作环境温度-10 + 60 导线直径（细 / 单股线）50 mm 2 / 70 mm 2保护等级IP65重量10Kg尺寸 mm （ LWH ）（ L330157 ） 4 蓄电池选型蓄电池组储能容量按设计要求保证3个连续阴雨天正常工作，按以上计算数据，选定单只容量200Ah的铅酸免维护蓄电池，每4块串联组成系统电压48v，6组并联后接出，共计采用24只6FM-200型阀控式密封免维护铅酸蓄电池。HUANYU阀控式密封免维护铅酸蓄电池是环宇公司历尽四十余年不断创新的结晶。优良的品质、卓越的性能受到用户的广泛赞誉。其高能密度、全密封结构、使用寿命长、高可靠性及良好的服务为客户提供了更大的便利。产品特点：应用领域：免维护无须补液警报系统适应环境温度广-30到45应急照明系统使用寿命长，NP为3-5年，GM可达15年电子仪器、电子系统安全防爆铁路、船舶无游离电解液，侧倒90度仍可使用邮电通信内阻小，在电流放电特性好太阳能、风能发电系统自放电小大型UPS及计算机备用电源荷电出厂，使用方便消防备用电源独特配方，深放电恢复性能好 峰值负载补偿储能装置 电池结构 电池端子：为高硬度铅基合金或铜镀银端子，耐腐蚀性能好、导电性能优良、强度高。 外壳：采用ABS外壳，分粘接和热封两种，后者尤其适合于振动大，环境温度变化大。要求电池使用寿命特别长的场合。 密封胶：采用三次密封技术，第一层为铅套焊接密封，试压后用堵微孔密封胶密封，最后采用红黑胶密封，确保电池使用期间不会出现渗酸缺陷。 安全阀：采用耐酸耐热性能优异的三元乙丙橡胶制成，确保电池使用期间的安全性、可靠性。 极板：其板栅采用耐腐性优良的铅钙锡基多元合金。 隔板：采用耐酸耐热性能良好的超细玻璃纤维制成，防止正负极短路，保持电解液，紧压迫极板表面，防止活性物质脱落。 电池性能 大电流放电性能：GM系列电池采用薄型极板，正极板厚度在2.4-2.9mm之间，同时采用高孔率活性物质配方，极板比表面积大，其适合于大电流放电。寿命：因GM系列电池采用薄型极板，正极栅耐腐蚀性能相对较差，电池使用寿命相对较短，在环境温度为255时，为5-8年。密封反应效率：GM系列电池极板薄、片数多，比表面积大，便于密封反应。同时该类电池气室较小，一般密封反应效率98%。 技术参数型 号额定电压额定容量 25（AH）尺寸（mm）重量(V)20Hour1.75V/cell10Hour1.75V/cell长1宽1高1总高1(KG)AhAhmmmmmmmm6FM-100121009333017021524331.506FM-1201212011040517521024037.006FM-1501216015048017024024048.006FM-1801220018652424021624460.506FM-2001221820052424021624465.005 逆变器选型本系统中负载采用单相交流35w节能灯光源，发电系统电压DC48V，采用SN482KS正弦波逆变器，逆变器详细参数如下：技术指标SN482KS直流输入输入额定电压(VDC) 48输入额定电流(A)48输入直流电压允许范围(VDC)4264交流输出额定容量(KVA)2.0输出额定功率(KW)1.6输出额定电压及频率220VAC, 50HZ输出额定电流(A)4.5输出电压精度(V)220VAC3%输出频率精度(HZ)500.05波形失真率(THD)（线性负载）5%动态响应(负载0100%）5%功率因数(PF)0.8过载能力150%，10秒峰值系数(CF)3:1逆变效率(80%阻性负载)86%工作环境绝缘强度(输入和输出)1500VAC，1分钟噪音(1米)45dB使用环境温度-25+55湿度090%，不结露使用海拔(m)6000尺寸立式深、宽、高（mm）395205365机架式深、宽、高(mm)440482177（4U）重量（Kg）30保护功能输入接反保护、输入欠压保护、输入过压保护、输出过载保护、输出短路保护、过热保护。逆变器的输出波形精确程度将决定光源的工作状态，按照我公司以往工程经验，LED、节能灯等电感触发类光源，必须采用纯正正弦波逆变器，如采用精度稍差的逆变器将导致负载工作频闪或触发失效，进而使逆变器直流触发系统受到较大冲击，影响逆变器的使用寿命。6 市电转换控制器选型市电转换控制器主要由待机触发器、继电器，平时处于市电待机状态，待机功率不大于2w，当触发器接收到放电控制器传来信号时，即时触发接通继电器，接通市电电路进行充电，市电通过专用充电器设备变压整流后，对蓄电池组进行充电过程。型 号 电 压电 流 外 型 尺 寸 型 号电 压电 流 外 型 尺 寸CD06Q036V0.6A 38 62 95CD12Q06F12V1.2A 72 82 168CD06Q03F6V0.6A 38 62 95CD30Q0612V3.0A 72 82 168CD08Q036V0.8A 58 62 110CD30Q06F12V3.0A 72 82 168CD2106Q6V0.8A 58 62 110CD6112QD12V/6V3.0A 72 82 168CD20Q036V2.0A 72 82 168CD02Q1224V0.2A 38 62 95CD20Q03F6V2.0A 72 82 168CD02Q12F24V0.2A 38 62 95CD04Q0612V0.4A 38 62 95CD05Q1224V0.5A 58 62 110CD04Q06F12V0.4A 38 62 95CD2124QD24V/12V0.6A 72 82 168CD08Q0612V0.8A 58 62 110CD20Q1224V2.0A 72 82 168CD2112Q12V0.8A 58 62 110CD20Q12F24V2.0A 72 82 168CD2112QD12V/6V0.8A 72 82 168CD6124QD24V/12V2.0A 72 82 168CD12Q0612V1.2A 72 82 168CD15Q18F36V1.5A 72 82 1687 空开及漏电保护器选型空开及漏电保护器的采用主要用来保护输出电路，当负载端或负载输电线路出现短路、断接、误接、偷电等状况发生时，能确保电路即时断开，确保供电系统无危险事故发生。pcb6c110 10a 6ka c类 单极小型断路器prcbe30/210 10a 4.5ka30ma 双极电子式漏电断路器8 接线端子配件的选型我公司所有电子元器件，均采用DeLixi专用电子器件，确保产品品质和系统稳定。 八、 太阳能电池方阵设计上述四中已确定方阵倾角45，这个角度既保证了电池方阵良好的降雨自清洗效果，清洗后在太阳能电池组件玻璃面下部和铝合金边框周围不会残存污渍，又能保证冬季降雪厚度20-30cm使积雪靠自重滑落，不会因为不设挡雪板积雪直落时对行人造成危害。方位角的确定，按北京日照规律和太阳能辐射能量的测定，以正午起延时2小时为每日最强能量时刻，方位角为正东方向南偏转95为最佳。支架材质按强度设计要求选用刚质结构，支架强度应最低限度能承受太阳能电池方阵自重和风压相加的最大荷重，因工作环境较恶劣，支架表面处理应采取热浸镀锌后喷塑烤制的处理工艺，支架在屋顶安装应考虑防水层的情况，根据实地情况尽量采取混凝土埋入L型地脚螺栓或化工铆接件固定支架，1 假想荷重太阳能电池方阵的假想荷重包括持久作用的固定荷重和自然界外力的风压荷重、积雪荷重及地震荷重等，本设计也充分考虑了因温度变化产生的温度荷重，但因北京地区环境温度和最大温差数值较小，温度荷重与其它荷重相比可忽略不计。2 固定荷重固定荷重是指太阳能电池方阵组件质量和支撑物等质量的总和。3 风压荷重风压荷重是假想荷重中最大的荷重，太阳能电池方阵因风引起的损坏多数在强风时发生，因此本设计中的风压荷重只适用于防止因强风导致的破坏为目的。风压荷重W=CwxqxAw 式中Cw风力系数 方阵逆风时系数取1.43，支架采用槽钢时系数取2.1 q速度压（N/m2） Aw受风面积（m2）速度压q=q0xaxIxJ q0基准速度压a 高度补偿系数a=（h/h0）1/n方阵的地面以上高度，h0=10，n=5I 用途系数 普通太阳能发电系统取1J环境系数 中层建筑物分布区域取0.7对于设计速度压，在我国建筑地基基础工程施工质量验收规范（GB 50202）、钢结构工程施工质量验收规范（GB 50205）中相关规定，建筑物高度16m以下的部分用q=60xh 计算，超过16m的部分用q=120x4h 计算，充分考虑太阳能电池方阵的结构更近于钢结构，因此基准速度压由下式算出：q0=1/2xxV02空气密度风速（NS2/m4）从安全角度考虑，取冬天较大的值：1.274 NS2/m4V0设计用基准（m/s）取北京地区近50年内出现的最大实时风速，50m/s由上所述，风压荷重取值W=4 积雪荷重积雪荷重是考虑冬季较大降雪时，积雪不能及时滑落对支架受力负荷，S=CsxPxZsxAsCs坡度系数，45面上坡度系数取0.5P雪的平均单位质量（相当于积雪厚度1cm面积为1m2的质量，N/m2）一般为19.6Zs地上垂直最深积雪量（cm），北京地区可尽量取小值As积雪面积（方阵面积）m2 由上所述，积雪荷重取值S=5 地震荷重地震荷重主要与系统固定荷重有关，计算式如下：K=C1xGC1地震层抗剪系数C1=ZxRtxAixC0Z地震地域系数，查北京地区地震地域系数为0.3Rt震动特性系数，查北京地区震动特性系数为0.5Ai层抗剪分布系数，查北京地区层抗剪分布系数为0.5C0标准抗剪系数(0.2以上)由上所述，地震荷重取值K=1.056 支架材料及其允许应力按照地面用晶体硅光伏组件(PV)设计鉴定和定型（GB/T 9535-1998等同IEC61215）、家用太阳能光伏电源系统技术条件和试验方法（GB/T 19064-2003）、地面用光伏（PV）发电系统概述和导则（GB/T 18479）中相关规定，太阳能电池方阵支架主筋采用5#热轧轻型槽钢10Q，主筋指方阵主要框架结构，接地四边、方阵所有立杆、方阵上面边框等主要部位均采用槽钢结构，其余非主要部位如斜拉筋、框间、杆间架加强筋采用GB/T9787-1988热轧等边角钢，所有连接部位均采用GB/T5780-2000六角头螺栓，每处连接副间均采用平垫片和弹簧垫片相结合的结构，在接地等主要部位还应设置双螺母的保险措施。结构主筋钢材允许应力指标如下：（1）、允许拉伸张力：r/1.5（2）、允许压缩应力：r/1.5（3）、允许弯曲应力：r/1.5（4）、允许剪切应力：r/1.53（5）、允许支撑应力：1.1xrr为钢材的屈服点应力（N/cm2）螺栓的允许应力同上；焊接部位焊缝的截面允许应力应满足如下标准：（1）、对焊接头的允许应力，应符合与被结合母材的允许拉伸张力；（2）、角焊接头的允许应力，应符合与被结合母材的允许剪切应力；（3）、焊接不同钢材的场合，允许应力取被结合母材的允许应力中最小值；（4）、铝合金焊接时应考虑焊弧引起的高温将导致退火强度降低。相关应力数值参照下表：条件压缩拉伸弯曲剪切支撑钢材长期161701617016170931026950SS400短期2450024500245001372040180螺栓长期-11760-882029400SS400短期-17640-1323044100铝合金长期715471547154411698006063-t5短期1078010780107806272147007 太阳能电池方阵支架强度计算本项目中电站共计采用200w电池板30块，结合我公司以往施工经验，在10m以下楼顶采用2-3层方阵布置，在10m以上楼顶采用1-2层方阵布置。电站相关部件详列如下：序号部件名称数量材质处理工艺备注1太阳能电池组件30热浸镀锌1600x1065x552方阵框架GB/T9787-1988热轧等边角钢热浸镀锌50x50x53斜拉臂GB/T9787-1988热轧等边角钢热浸镀锌4立柱5#热轧轻型槽钢10Q热浸镀锌5框架安装螺栓GB/T5780-2000热浸镀锌六角头螺栓6斜拉臂安装螺栓GB/T5780-2000热浸镀锌六角头螺栓7基础安装螺栓GB/T5780-2000热浸镀锌六角头螺栓本系统中采用太阳能电池板长边横放，每列设计2块，每横排设计15块，在整个方阵的中间加装加强横撑，连接部位均采用满焊后镀锌处理，方阵上平面与斜拉臂采用螺栓铰接方式，所有主要部位交接螺栓均采用M16GB级六角头螺栓，电池板与上平面间连接采用M8级六角头螺栓，斜拉臂与底边框也采用螺栓铰接方式，以便于在一定范围内角度调整。底边框与楼顶间采用膨胀螺栓直接连接，膨胀螺栓涨紧后螺栓周围用防水材料处理完好。按照前述方阵角度45，本方案总高度约在2米左右，按前述计算方式，采用固定荷重G和因暴风雨产生的风压荷重W，为短期复合荷重。强度计算如下：（1）、固定荷重G太阳能电池重量GM=25x30=750kg=760N上平面框架重量Gk1=4.43kg/mx24mx2=213kg=2088N框架自重Gk2=4.43x20mx2=177kg=1737N其他结构材料、防水接线箱、驱鸟装置等Gk3=10kg=98N固定荷重G=760+2088+1737+98=4683N（2）、风压荷重W从方阵前面吹来的风（顺风）的风压荷重为W=1/2x（CwxxV02xS）axIxJ=119037N从方阵后面吹来的风（逆风）的风压荷重为W=1/2x（CwxxV02xS）axIxJ=160588N总荷重顺风时总荷重G+W=4683+119037=123720N逆风时总荷重G-W=4683-160558=-155875N(3)、斜拉臂的弯曲强度顺风时，作用于方阵上的弯曲力矩，M=WL2/8=61860N/m应力计算1=M/Z=17425N/cm2每个斜拉框架由2根斜拉臂组成，则每只斜拉臂应力值8713 N/cm2所选角钢允许应力值24500 N/cm2可见角钢斜拉臂是安全的。（4）、斜拉臂的拉伸强度逆风时，作用于方阵上的上吹张力，1=P/A=10320N/cm2所选角钢允许应力值24500 N/cm2可见角钢斜拉臂是安全的。（5）、铰接螺栓的强度所有主要铰接部位均采用M14热镀锌螺栓，其允许剪切应力为13230 N/cm2由以上知，方阵在逆风时产生最大的剪切应力=1/2xP/A=2670 N/cm213230所以，M14铰接螺栓强度足够。8 基础稳定性计算风压荷重的计算，设计风速是太阳能电池方阵在10m高度50年内最大风速值，顺风时，W1=CwxqxA=40241.2N逆风时，W2= CwxqxA=53260.4N基础的反作用力1=W1/I=6.8KN/m2=W2/I=9.2KN/m基础稳定性计算当方阵受到强风作用时，基础可能滑动或跌倒，地基下沉，基础被破坏，逆风作用时使方阵浮起，吹进电池板下侧的风产生漩涡，因此要对基础进行滑动、跌倒、垂直支撑力的稳定等进行综合校核。水平荷重校核只考虑基础底面的剪切地基的反作用力，不考虑根部的抵抗力。Hu=CbxA+Vtanb本方案中基础采用楼顶直接打入膨胀螺栓方式，胀栓拧紧后周边用防水材料修复原防水层，通常情况下，为防止滑动，增加基础部分的剪切阻力，一般采取基础底面设计突起部件的措施。对跌倒的防止措施也是增大地基的接触面积；对垂直支撑力的稳定性一般采用复合底座代替独立底座的措施。按常规数据，本方案中在楼顶采用膨胀螺栓皆可满足各种强度校核。九、防雷设计雷击的分类:直击雷是指雷电直接击在建筑物、构架、树木、动植物上，由于电效应、热效应和机械效应等混合力作用，直接摧毁建筑物，构筑物以及引起人员伤亡等，由于直击雷的电效应，有可能使机房微电子设备遭受浪涌过电压的危害。感应雷LEMP（又称二次雷击）是指雷云之间或雷云对地之间的放电而在附近的架空线路、埋地线路、金属管线或类似的传导上产生感应电压，该电压通过传导体传送至设备，间接摧毁微电子设备。LEMP对微电子设备，特别是通讯设备和电子计算机网络系统的危害最大，据资料显示，微电子设备遭雷击损坏，80%以上是由感应雷引起的。球形雷是一种特殊的雷电现象，简称球雷。一般是以橙或红色，或似红色火焰地发光球体，（也有带黄色、绿色、蓝色或紫色的），直径一般约为10-20厘米，最大的直径可达一米，存在的时间大约为百分之几秒至几分钟，一般是3至5秒，其下降时有的无声，有的发出嘶嘶声，一旦遇到物体或电气设备时会产生燃烧或爆炸，其主要是沿建筑物的孔洞或开着的门窗进入室内，有的由烟囱或通气管道滚进楼房，多数沿带电体消失。电磁脉冲由于雷电电流有极大峰值和陡度，在它周围出现瞬变电磁场，处在这瞬变电磁场中的导体会感应出较大的电动势，而此瞬变电磁场，都会在空间一定的范围内产生电磁作用，也可以是脉冲电磁波辐射，而这种空间雷电电磁脉冲波（LEMP）是在三维空间范围里对一切电子设备发生作用。因瞬变时间极短或感应的电压很高，以致产生电火花，其电磁脉冲往往超过2.4高斯（约20KA/m）。依据GB/T 2887-2000电子计算机场地通用规范现代银行、邮电、证券机房或营业柜台普通应用微机进行货币存取、信息传递与交换，其对磁脉冲承受限度应小于800A/m，故在新机房建设或旧机房改造时应对防雷与磁屏蔽措施必须充分注意。地电位反击建筑物的外部防雷系统（如避雷针、避雷网等）遭受直接雷击，在接地电阻的两端就会产生危险的过电压，由设备的接地线、建筑物或附近的其他建筑物的外部防雷系统或其他自然接闪物（各种管道、电缆屏蔽管等）引入设备，造成设备的损坏。二、雷电过电压对大搂内部电子设备的损害主要有以下途径：网络数据线路在远端遭受直接或LEMP，沿网络线路进入设备 有线通讯线路在远端遭受直接或LEMP，沿通讯线路进入设备 建筑物内部的各种线路，雷击电磁脉冲辐射，进入设备 电源供电线路在远端遭受直接或LEMP，沿供电线路进入设备 地电压过高，反击进入设备 天线遭受直接雷击 或 接收LEMP 避雷针引下线，在避雷针接闪泄放雷电流时，产生的雷击电磁脉冲辐射 临近建筑物或附近地面、树木等遭受雷击，同时带来LEMP 和 附近地面的跨步电压（地电压反击） 95%的闪电发生在云对云之间，可以产生几百千安培的电流和极强的LEMP 三、对以上途径入侵的雷电压及过电流进行防护手段:（1）大楼通过建筑物主钢筋，上端与接闪器，下端与地网连接，中间与各层均压网或环形均压带连接，对进入建筑物的各种金属管线实施均压等电位连接，具有特殊要求的各种不同地线进行等电位处理。应符合下列要求： 安装的避雷针或避雷线（网）应使被保护的建筑物及风帽、放散管等突出屋面的物体均处于接闪器保护范围内。 所有避雷针应采用避雷带互相连接。 建筑物应装设均压环。 防直击雷的接地装置应围绕建筑物敷设成环型接地体，每根引下线的冲击接地电阻不应大于10欧姆。（2）对计算机通信网络系统在建筑物楼内的布线和接地方式有如下要求： 通信电缆以及地线的布放应尽量集中在建筑物的中部。 通信电缆线槽以及地线线槽的布放应尽量避免紧靠建筑物立柱或横粱并沿建筑物立柱或横梁布线较长的距离，通信电缆线槽以及地线线槽的设计应尽可能位于距离建筑物立柱或横梁较远的位置。（3）根据雷电保护区的划分要求，建筑物大楼外部是直击雷的区域，在这个区域内的设备最容易遭受损害，危险性量高，为暴露区，为0区；建筑物内部及计算机房所处的位置为非暴露区，可将其分为1区、2区，越往内部，危险程度越低，雷电过电压对内部电子设备的损害主要是沿线路引入。保护区的界面通过外部的防雷系统、建筑物的钢筋混凝土及金属外壳等构成的屏蔽层而形成。电气通道以及金属管则通过这些界面，穿过各级雷电保护区的金属构件必须在每一穿过点做等电位连接。进入建筑物大搂的电源线和通讯线应在LPZ0与LP1、 LPZ1与LPZ2区交界处，以及终端设备的前端根据IEC1312雷电电磁脉冲防护标准，安装上电源类SPD，以及通讯网络类SPD（如图）。（SPD瞬态过电压保护器），SPD是用以防护电子设备遭受雷电闪击及其它干扰造成的传导电涌过电压的有效手段。1) 有外部防雷措施更需要内部防雷措施 我们知道外部防雷措施中避雷设施的引下线在避雷设施接闪以后，会有很大的瞬变电流通过，也就是说在周围会产生很大的瞬变电磁场（LEMP）。因此，安装了外部避雷措施不能代替内部防雷措施。再者，我们都知道，避雷针的工作原理是引雷，所以在概率上来说，安装了避雷针以后，建筑物的避雷系统遭受雷击的可能性会增大，也就是说LEMP发生的几率会变大和产生点的距离会缩短（引下线处），所以安装了外部避雷措施的含有电脑网络等系统的大厦更加需要内部防雷措施2) 电源系统保护为尽量降低侵入电源的过电压，可如图一样在电力线上分区加装电涌保护器，通过多级避雷措施后可将侵入设备的残压限制到一个合理的水平。进行三级防雷是因为能量需要逐级泄放和传输线路会感应LEMP（雷击电磁脉冲辐射） 第一级防雷的目的： 防止直接的传导雷进入 LPZ 1区，将上万至数十万付的浪涌电压限制到2500-3000伏 第二级防雷的目的： 进一步将通过第一级电涌保护器的残余浪涌电压或限制到1500-2000伏，对LPZ1 - LPZ 2 实施等电位连接。 第三级防雷的目的： 最终保护设备的手段，将残余浪涌电压的值降低到1000伏以内，使浪涌的能量不致损坏设备。3) 网络通讯系统的保护信息传输线的雷电防护原理与电源线是基本相同的，只不过通过信息传输线的雷电流和工作电流均较小，这样放电器、耦合阻抗的体积都较小，可以在一个电涌保护器内实现多级防雷措施。另外无线传输网络的天线工作在LPZ0A区，电磁环境恶劣，应加装天线电涌保护器。为方便安装和保证网络信息传送通畅，应根据网络的工作参数和连接方式选用合适的网络电涌保护器。4) 总的来说，采用电涌保护器还应注意： 防雷保护器必须经过接地端以尽可能短的路径接地 各种接地尽可能统一，构成等电位，防止地电流反击 信号电涌保护器连接必须与数据进线方向一致 不同类型的数据传输线应选用不同类型的保护器 电源、信号多级保护（在进线处、户内线距较长、线与线间的反串）5) 等电位连接在IEC标准中指出等电位连接是内部防雷措施的一部分，其目的在于减少雷电流所引起的电位差。等电位，是用连接导线或过电压（电涌）保护器，将处在需要防雷空间内的防雷装置和建筑物的金属构架、金属装置、外来导线、电气装置、电信装置等连接起来，形成一个等电位连接网络，以实现均压等电位。所有从室外进入的金属导体（包括水管、气管，电缆屏蔽层或电缆屏蔽管）应在进入防雷区的交界处就近直接接地，不能直接接地的导体（如电力线、传输线等）应通过电涌保护器接地，电力、通信电缆应穿金属管并埋地进入机房，穿管埋地的距离应大于25米。室内设备的金属部分应可靠接地，所有的接地必须实在同一个接地基准点上，这个基准点在工程上称为汇流排或均压环，这样就能保证室内设备不会因为地电位升高而产生电位差。6) 实行等电位连接的主体应为： 设备所在建筑物的主要金属构件和进入建筑物的金属管道； 供电线路含外露可导电部分； 防雷装置； 由电子设备构成的信息系统。 信息系统的等电位连接：当采用S型等电位连接网络时，该信息系统的所有金属组件，除等电位连接点外，应与共用接地系统的各组件有足够的绝缘（10kV 1.2/50s）。本网络应仅通过唯一的一点(即接地基准点 ERP)组合到共用接地系统中去。在此情况下，在各设备之间的所有线路和电缆应按照星形结构与各等电位连接线平行敷设，以避免产生感应环路。由于采用唯一的一点进行等电位连接，故不会有与雷电有关联的低频电流进入信息系统，而信息系统内的低频干扰源也不会产生大地电流。做等电位连接的这唯一的点也是接电涌保护器以限制传导来的过电压的理想连接点。如果采用M型等电位连接网络，则该信息系统的各金属组件不应与共用接地系统各组件绝缘。M型等电位连接网络应通过多点组合到共用接地系统中去。通常，本网络用于延伸较大和开环的系统，而且在设备之间敷设许多线路和电缆，服务性设施和电缆在几个点进入该信息系统。本网络用于各种高频也能得到一个低阻抗网络。这种网络所具有的多重短路环路对磁场将起到衰减环路的作用，从而在信息系统的邻近区使初始磁场减弱。在复杂系统中，两种型式(M型和 S型)的优点可组合在一起。四、设计依据防雷保护要求如下：A、直击雷防护原则：用导体将雷云中的电荷导入大地。简单地说是人为地给雷云创造一条放电通路，不让雷云中的电荷流过需要保护的物体。直接雷击的防护系统包括接闪器、引下线、地网三大部分。其中接闪器主要使用避雷针、避雷带、避雷网等。依据建筑物防雷设计规范(GB5005794)，直接雷击防护系统的设计和施工必须遵从如下原则：（1）、应安装避雷带、避雷针或避雷线（网），使被保护的建筑物及设备、设施等突出的物体均处于接闪器保护范围内。（2）、独立避雷针的杆塔、架空避雷线的端部和架空避雷网的各支柱处应至少设一根引下线。（3）、独立避雷针和架空避雷线（网）的支柱及其接地装置至被保护建筑物及与其有联系的管道等金属物之间的距离不得小于3米。（4）、架空避雷线至屋面和各种突出物体之间的距离不应小于3M。（5）、独立避雷针，架空避雷线或架空避雷网应有独立的接地装置，每一引下线的冲击接地电阻不得大于2。B、感应雷防护原则：用导体将产生的静电感应和电磁感应所产生的电流在最短的时间内泄放入大地，及在导线上加装防电涌保护器截堵静电感应和电磁感应所产生的高电压。感应雷防护系统的设计和施工必须遵从如下原则：（1）、建筑物内的设备、管道、构架、电缆金属外皮等较大的金属物和突出屋面的金属物，均应接到防雷电感的接地装置上。金属屋面周边每隔18-24M采用引下线接地一次。现场浇制的或由预制构件组成的钢筋混凝土屋面，其钢筋宜绑扎或焊接成闭合回路，并应每隔18-24M采用引下线接地一次。（2）、平行敷设的管道、构架和电缆金属外皮等长金属物，其净距小于100mm时应采用金属跨接，跨接点的间距不应大于30M，交叉净距小于100M时，其交叉处变应跨接。当长金属的弯头、阀门、法兰盘等连接处的过渡电阻大于0.03时，连接处应用金属线跨接。对有不少于5根螺栓连接的法兰盘，在非腐蚀环境下，可不跨接。（3）、防雷电感应的接地装置应和电气设备接地装置共用，其工频接地电阻不得大于2。屋内接地干线与防雷电感应接地装置的连接，不应少于两处。（4）、低压线路宜全线采用金属铠装电缆或一般塑料外皮电缆穿金属管直接埋地敷设，在入户端应将电缆的金属外皮、钢管接到防雷电感应的接地装置上。当全线采用电缆有困难时，可采用钢筋混凝土杆和铁横担的架空线，并应使用一段金属铠装电缆或护套电缆穿钢管直接埋地引入，其埋地长度不应小于15M。在电缆与架空线连接处及电缆入井处须装设3-4级避雷器。避雷器、电缆金属外皮，钢管和绝缘子铁脚、金属等应连在一起接地，其冲击接地电阻不应大于2。（5）、直接进入建筑的钢缆、轨道及露天架空引入（出）的架空金属管道在入户端将金属体进行不少于2处的良好的集中接地，并应与防雷电感应的接地装置相连。距离建筑物100M内的管道，应每隔25M左右接地一次，其冲击接地电阻不应大于2，并宜利用金属支架或钢筋混凝土支架的焊接、绑扎钢筋作为引下线，其钢筋混凝土基础宜作为接地装置。埋地或地沟内的金属管道，在进出建筑物处亦应与防雷电感应的接地装置相连。（6）、信号线入户处加装电涌保护器。依据国际电工委员会IEC标准、法国NFC标准、德国VDE标准和中国GB标准与部委颁发的设计规范的要求，该建筑物和大楼内之计算机房等设备都必须有完整完善之防护措施，保证该系统能正常运作。这包括电源供电系统、不间断供电系统，空调设备、电脑网络、微波通信设备等装置，均应有防护装置保护。根据如上保护要求采取的标准规范如下：GB 50057-94 建筑物防雷设计规范（2000版）GB 50343-2004 建筑物电子信息系统防雷技术规范GB50059-92 35-110KV变电所设计规范DL/T621-97 交流电气装置的接地GB 50169-92 电气装置安装工程接地装置施工及验收规范IEC 61312 雷电电磁脉冲的防护GB 50054-95 低压配电设计规范GBJ 64-83 工业与民用电力装置的过电压保护设计规范99（03）D501-1 建筑物防雷设施安装五、具体设计u 直击雷防护：接闪器设计依据依据GB 50057-94建筑物防雷设计规范（2000版）第四章：防雷装置，第一节：接闪器；第五章：接闪器的选择与布置中关于避雷针的要求，参考IEC 61024建筑物防雷标准第一部分：通则，第二节：外部防雷装置（LPS）；第二部分：防雷装置的设计、安装、维护及检查，第二节：防雷装置（LPS）的设计；第三节：外部防雷装置（LPS）的施工；在满足客户所提技术需求的情况下，按照99（03）D501-1 建筑物防雷设施安装标准图集进行施工。实施方案所有建筑物楼顶均需要安装避雷带，楼顶的所有太阳能光伏发电系统要做等电位连接，并且最后与避雷带做至少两处连接，这样才能够达防雷接闪器安全要求。接地系统设计依据根据GB 50057-94建筑物防雷设计规范第4.2.1条的要求：引下线应采用圆钢或扁钢制成，优先选用圆钢，其材料应符合以下要求：圆钢直径不小于8mm扁钢截面不小于48 mm2厚度不小于4mm。引下线设置不应小于2根，并应沿建筑物四周均匀或对称布置，其间距不应大于18m。当仅利用建筑物四周的钢柱或柱子钢筋作为引下线时，可按跨度设引下线，但引下线的平均间距不应大于18m。每根引下线的冲击接地电阻不应大于10。当采用多根引下线时，应在个引下线上距地面0.3m至1.8m之间装设断接卡。依据GB 50343-2004建筑物电子信息系统防雷技术规范；GB 50057-94建筑物防雷设计规范（2000版）第三章：建筑物防雷设施；第四章：防雷装置，第三节：接地装置中关于接地的要求，参考IEC 61024建筑物防雷标准第一部分：通则，第二节：外部防雷装置（LPS）；第二部分：防雷装置的设计、安装、维护及检查，第二节：防雷装置（LPS）的设计；第三节：外部防雷装置（LPS）的施工；在满足客户所提技术需求的情况下，按照99（03）D501-4 接地装置安装标准图集进行施工。各建筑物接地电阻均在10以下，已经达到防雷接地安全要求，所以建筑物的直击雷接地措施是较为完善的，不需要另外敷设接地装置。感应雷防护：l 电源系统：电源一级防护设计依据： 依据GB 50057-94建筑物防雷设计规范