光伏发电防雷避雷设计方案

太阳能光伏电厂综合防雷

设计方案

山西捷力通防雷科技有限企业

-6-25

一、光伏电厂防雷重要性

在当今人类科学技术的发展已进入了高信息化的发展阶段。基于近

些年来太阳能光伏发电系统H勺数量、规模和应用规模都在不停扩大,

为保证太阳能光伏并网发电系统安全可靠运行，太阳能光伏并网发

电系统口勺防雷设计也越来越受重视，对于系统中微电子仪器设备普

遍存在着绝缘强度低，过电压耐受能力差等致命弱点，一旦遭受雷

击过压H勺冲击，轻则导致这些电子系统的运行中断，设备永久性损

坏；重要R勺是这些系统所承负H勺那些须实时运行R勺后续工作的中断

瘫痪所导致的不可估计的直接与间接日勺巨大经济损失和影响。因此

要根据太阳能光伏并网发电系统的特点来合理设计可靠的防雷方

案。

二、太阳能光伏发电系统的雷电防护

太阳能光伏并网发电系统的基本构成为：太阳电池方阵、直流

配电柜、交流配电柜和逆变器等。太阳电池方阵的支架采用金属材

料并占用较大空间且一般放置在建筑物顶部或开阔地，在雷爆发生

时，尤其轻易受到雷击而毁坏，并且太阳电池组件和逆变器比较昂

贵，为防止因雷击和浪涌而导致经济损失，有效的防雷和电涌保护

是必不可少的。太阳能光伏并网电站防雷的重耍措施有:

三、方案设计根据:

(1)《建筑物防雷设计规范》OGB50057-

(2)《交流设备接地装置》DL/T621

(3)《雷电电磁脉冲的防护》IEC61312

(4)《过电压保护器》IEC61643

(5)根据本工程有关《岩土工程勘察汇报》

(6)《低压配电设计规范》GB50054-95

(7)《工业与民用电力装置的过电压保护设计规范》GBJ64-83

(8)《电子设备雷击保护导则》GB7450-87

(9)《电气装置安装工程接地装置施工及验收规范》GB50169-92

(10)《建筑物防雷》IEC61024

(11)《建筑物电子信息系统防雷技术规范》GB50343-

四、方案设计

1.外部直击雷防雷

设计内容:

所谓雷击防护：就是由避雷针（或避雷带、避雷网、避雷针塔）、

引下线和接地系统构成外部防雷系统，重要是为了保护建筑物免受

雷击引起火灾事故及人身安全事故；在0级保护区即外部作无源保

护，重要有避雷针（网、线、带）和接地装置（接地线、地极）。

详细实行措施：

当光伏设备放置在己经建成的建筑物顶部时，应考虑到原有的外部

防宙系统。假如光伏设备处在保护范围内，可以不用另加外部防宙

系统，反之则耍另加外部防雷系统，避雷针的布置需要既考虑光伏

设备在保护范围内，又要尽量防止阴影投射到光伏组件上。良好的

接地使接地电阻减小，才能把雷电流导入大地，减小地电位，各接

地装置都要通过接地排互相连接以实现共地防止地电位反击。独立

避雷针（线）应设独立口勺集中接地装置，接地电阻必须不不小于10

Q。低压电力设备接地装置的接地电阻，不适宜超过4Q。光伏设

备U勺接地系统设计为环形接地极（水平接地电极），提议网络大小

为20mX20m。固定口勺金属支架大概每隔10m连接至接地系统。太阳

能光伏发电设备和建筑的J接地系统通过镀锌钢互相连接，在焊接处

也要进行防腐防锈处理，这样既可以减小总接地电阻又可以通过互

相网状交错连接的接地系统可形成一种等电位面，明显减小雷电作

用在各地线之间所产生日勺过电压。水平接地极铺设在至少0.5m深

的土壤中（距离冻土层深0.5m），使用十字夹互相连接成网格状。

同样，在土壤中日勺连接头必须用耐腐蚀带包裹起来。

2.等电位连接：实现各金属物体之间等电位，防止互相之间发生闪

络或击穿。防雷系统的关键部分是太阳能光伏并网发电系统的所有

金属构造和设备外壳连通并接地。

详细的做法是：

太阳电池组件和支架及设备的外壳直接接到等电位系统上，直流和

交流电缆通过安装电涌保护器间接接到等电位系统上。为防止部分

雷电流侵入建筑物，光伏组件边框上的接地孔须用BVR-1X6铜绞线

逐一跨接，直至两边边缘与支架的连接螺栓用线鼻可靠固定，站内

所有设备（重要为光伏组件及其附件，包括组件支架）均应按

DL/T621《交流电气装置接地》规定可靠接地：光伏方阵区内相邻组

件间、相邻矩阵间均需通过接地线相连，并最终与主接地网连接。

3.屏蔽：实现建筑物、线路和设备对外界的电磁屏蔽隔离，防止电

磁脉冲和感应高电压。屏蔽是当雷电在系统附近的大地放电雷云在

附近通过时，通过减少电磁场与系统输电线路的互相作用对系统提

供保护。

详细的实行措施是：

采用密封口勺导电壳层、同轴外套或内通电缆日勺电缆管，或者在电缆

沟中电缆上面敷高裸露保护线等方式。屏蔽装置日勺外壳应连接到设

备地线上。

4.浪涌保护：通过在带电电缆上安装浪涌保护器实现，减少电涌和

雷电过电压对设备导致损坏。太阳能光伏并网发电系统的雷电浪涌

入侵途径.除了太阳能电池方阵外,尚有配电线路、接地线等，

详细防护措施:

1.每个光伏子阵列直流防雷汇流箱内有直流防浪涌保护装置。

2.控制室内直流防雷配电柜设置直流防浪涌保护装置。

3、在并网接入控制柜中安装浪涌保护器，以防护沿连接电缆侵入

的雷电波。为防止浪涌保护器失效时引起电路短路，必须在浪涌保

护器前端串联一种断路器或熔断器，过电流保护器H勺额定电流不能

不小于浪涌保护器产品阐明书推荐的过电流保护器日勺最大额定值。

4、当太阳能电池方阵架设在接闪器保护范围内时，太阳能电池方阵

置于LPZOB区内，配电设备和逆变器必须置于LPZ1区内，为此应

在逆变器H勺直流输入端配置直流电源浪涌保护器（如图5所示），

直流电源浪涌保护器可选用专门用于直流配电系统的浪涌保护器，

也可选用交流配电系统的浪涌保护器，并按换算公式Vdc=1.414

Vac计算。

作为第一级浪涌保护应当选择开关型浪涌保护器以泄放大的雷电流,

直流浪涌保护器的重要技术参数应满足如下规定：额定放电冲击电

流limp25kA(10/350ns)；在逆变器与并网点之间必须加装第

二级电源防雷器，可选限压型浪涌保护器，详细型号应根据工作电

压和现场状况确定。综合采用以上措施可以逐层将雷电流减少，最

终控制在设备能承受的电压范围之内。大量实践证明这些措施是非

常有效的。

5.光伏电站项目防雷环境预警监控系统构造

产品上位机界面演示I

EARI

r*上海臻和防南远程预警监控系统

6.防雷接地系统：接地是防雷的重要构成部分是防雷装置的基础,

本工程为山地地形，对保护接地、工作接地和过电压保护接地采用

一种总的接地网。其接地装置的接地电阻值按不不小于0.5Q考虑,

为了使雷电流更好的泻入大地，为保证光伏电厂的接地阻值，我们

将水平接地体采用明敷，布置成外缘闭合的环形接地网。本次设计

我们接地体的详细位置和引下线的详细路由，在施工时严格按照设

计图纸和防雷规范以尽量的减少引下线的长度。通过增大导线载面

和减小引下线长度的措施，来尽量减小接地引线的电阻值。

详细的实行措施：

1.水平接地带采用-60X6mm热镀锌扁钢，山地地形明敷，能暗敷

时需要暗敷0.8m。接地带边缘转角处采用弧形布置。垂直接地极采

用中50,长为2.5mH勺热镀锌钢管.接地体与建筑物距离不适宜不不小

于1.5米，光伏方阵区内相邻组件间、相邻矩阵间均需通过接地线

相连，并不少于两点与主接地网连接,焊接处做防腐处理系统日勺接地

电阻日勺阻值RWO.5Q,如实测电阻不满足规定期，可增长垂直接地

体、可扩大接地网面积或采用降阻剂等措施。对常常有人出入的走

道处，应铺设砾石、沥青路面或“帽檐式电阻率日勺路面构造层（即

路面铺设砾石、沥青）作为安全措施。”均压带，本工程提议采用

高10、水平接地体过路时须穿①80镀锌钢管保护，接地体敷设位置

应不防碍设备的拆卸与检修。

2.防雷接地系统施工图纸：

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五、产品阐明

1.光伏电涌保护器

本系列光伏专用电涌保护器合用于光伏汇流箱、直流配电柜、光伏电站的配电

和控制系统中，重要安装于电气系统『'J各级配电柜中，对直击雷、感应雷和操作

过电压等能克制其瞬态过电压幅值，泄放电涌能量，从而保护用电设备。

产品功能

插拔设计，"J以带电更换，易于维护；

内置热脱扣设计，安全性能高，无续流；

指示窗口绿色表达正常，任一变黑色表达故障，提醒更换，清晰易辨；

可选配遥信监测接口，能实现远程监控；

电压保护水平低、通流容量大、性能稳定；

产品符合:GB18802.1-《低压配电系统的电涌保护器(SPD)第•部分：性能规

定和试验措施》、YD/T1235.2《通信局(站)低压配电系统电涌保护器测试措

施》。

技术参数

产品型号GPU1-ZS48GPU1-ZS500GPU1-ZS1000

额定工作电压Un(V)DC48500iooo

最大持续工作电压Uc(V)

857501450

DC

标称放电电流In(8/20)KA102020

最大放电电流Imax(8/20)

204040

KA

电压保护水平Up(KV)0.53.53.9

防护等级IP20IP20IP20

温度范围-40℃...+85℃-40C..+85C-40℃...+85℃

阻燃等级V0V0VO

接线能力6-35mm26-35mm26-35mm2

相对湿度<95%<95%<95%

海拔高度4000m4000m4000m

远程遥信接点可选可选可选

35mmTH导

安装方式35mmTH导轨35mmTH导轨

轨

2.太阳能防雷箱

本系列太阳能防雷箱满足高效能、高可靠性二尤其设计规定，以便维护，可与光

伏逆变器配套构成完整口勺光伏发电系统处理方案。合用于太阳能直流配电和控

制系统中，对光伏系统发电量记录、防雷保护，安装在太阳能发电系统的汇流

侧。

产品功能

满足室外安装H勺使用规定，防护等级达IP65；

可接入1-16路太阳能电池串列，每路电流可达6-63A；

接入最大光伏串列H勺开路电压值可达IOOOV；

每路光伏串列具有二极管防反接保护功能；

具有注伏专用交百流防雷保护。

技术参数

GPU1-

产品型号GPU1-AS48GPU1-AS300GPU1-AS500GPU1-AS690

ASIOOO

直流输入电压48VDCVDC500VDC690VDC1(X)()VDC

220V/380V220V/380V220V/380V220V/380V220V/380V

交流输出电压

ACACACACAC

直流输入电流6-63A6-63A6-63A6-63A6-63A

交流输出电流6-63A6-63A6-63A6-63A6-63A

直流输入回路1-161-161-161-161-16

交流输出回路1-161-161-161-161-16

交直流防雷保

有有有有有

护

防雷失效指示有有有有有

防护等级IP65IP65IP65IP65IP65

电能计量可选可选可选可选可选

温度范围-40G..+85c-40C..+85c4TC...+85C-40X?...+85*C40七...+85匕

最大接线能力25mm225mm225mm?25mm225mm2

相对湿度<95%<95%<95%<95%<95%

海拔高度3000m3000m3000m3000m3000m

3.光伏防雷智能汇流箱

木系列光伏防雷汇流箱用于连接光伏阵列及逆变器，实现汇流功能，同步提供防

雷、防反及过流保护，监测光伏阵列的I单串电流、汇流电压及箱体温度、防雷

器状态，断路器状态等数据。合用于太阳能发电系统中光伏电池阵列的汇流配

电，高性能H勺电子器件组配方式保障设备H勺安全运行，减少J'的使用过程中对发

电功率的损耗，提供产值。

产品功能

箱体采用优质冷轧钢板，整体成型，焊接点少，构造安全、可靠，具有足够的机

械强度，防护等级到达IP65。可根据需求选配挂式、卧式等安装方式，满足室

外安装的规定；

采用国际著名品牌直流断路器、熔断器、电涌保护器，对过电流、过电压、雷

电浪涌均有保护；

4路、8路、12路、14路、16路多种规格可供选择，其他规格可定制。每路

正、负极各配置一套光伏专用熔断器。

采用光伏专用高压电涌保护器，实现正极对地、负极对地，正负极间全保护，工

作电压到达直流1000V；

汇流箱智能监测单元模块采用霍尔传感器穿孔式测量，测量设备与电气设备完

全隔离，有效提高发电效率，保证设备安全；

汇流箱测控模块可以监测每串组件的电流、汇流母线电压、箱体温度、电涌保

护器状态、熔断器状态等；

汇流箱测控模块具有数据显示功能，能就地显示电流、电压、温度、设备地址

等信息；

具有原则的RS-485串口通信，通过原则Modbus通信办议将状态、数据上传至

监控平台，配置的外部接口部分均采用光耦隔离，通信接口采用防雷保护措施；

采用汇流箱自身供电，现场无需要针对供电单独布线，自供电源具有防反接、过

流、过压保护、防腐蚀、防尘等功能；

可选配防反功能模块，模块采用国际著名品牌，以保障光伏汇流箱在其他设备,

如光伏列阵电池板异常、逆变器故障逆向过电压发生时，防止故障，保证设备安

全运行;

箱体上具有铝制铭牌，标木箱体技术参数等信息。

技术参数

型号GPC1-ASZ-GPC1-ASZ-GPC1-ASZ-GPC1-ASZ-1000-

直流输入最高电压1000VDC

输入回路481216

汇流最大输出能力60A120A160A200A

汇流输出回路1

单路直流输入电流1-15A

供电方式自供电源

防反二极管模块55A

输日回路接线端口l-PG29/25-70mm2

内部保险熔丝等级1000VDC专用熔丝，电流等级根据需要选用

通讯模式RS-485-串口通信

通讯协议工'也原则Modbus通信协议

通讯端口配线PG7/1.5mm2低阻四芯屏蔽双绞线

光伏专用电涌保护有，正极对地、负极对地、正负极间全保护

雷击计数可选

防雷模块劣化模块有

母线电压检测有

开关状态提醒有

接地电阻<4Q

箱体防护等级IP65

箱内温度报警设置+50...85C

使用环境温度-40...+556

使用环境湿度0-95%

使用环境海拔<4000m

高*宽*深（壁挂722*400*243mm722*570*243mm722*570*243mm722*640*243mm

安装方式支架挂式/卧式/立柱:式（可根据需要选配）

4.交流防雷汇流箱

本系列交流防雷汇流箱用于光伏电站各区域之间逆变器输出端H勺连接，实现汇

流功能。同步提供防雷、防反及过流保护，监测汇流电压、电流及箱体温度、

防雷器状态，断路器状态等数据。合用于分布式光伏屋顶电站对并网逆变器的

输出汇流配电，可配置防雷模块、多功能电表，并能实现远程监控。

产品功能

1.合用范围广

-输入、输出电压最高达4()0VAC。

-防护等级到达IP65,完全满足室外安装。

2.安全性强、经济性高

-标配四极交流防雷模块，全模式保护

-输出回路采用国内外著名品牌断路器。

-实