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夏季，自然界由于高溫，水分的蒸騰作用加強，空氣對流運動旺盛。溫熱的空氣被強大的上升氣流推到空中遇冷形成濃積云。雷雨云是所有類型云中最為活躍的一種，在厚厚的云層中存在著大量的正負電荷，正電荷和負電荷分離形成巨大的電偶極子，或多極子。


云層中大量的正電荷位于云層的頂部，大量的負電荷位于云層的中下部，少量的正電荷在云層的底部。天上的積云上升受到地面上升的熱氣流不斷的沖擊，會發(fā)生電離而產生強大的電荷。某些云團帶正電荷，某些云團帶負電荷，它們使大地地面或建筑物表面產生異性電荷，當電荷積累到一定程度時，不同云團之間、或云與大地之間的電場強度可以擊穿空氣（E=25~30KV/cm），開始游離放電，稱之為“先導放電”。


云對地的先導放電是云向地面跳躍式逐漸發(fā)展的，當?shù)竭_地面（或地面上的建筑物、架空輸電線）時，便會產生由地面向云團的逆導主放電，在主放電階段里，由于異性電荷的劇烈中和，會出現(xiàn)很大的電流，電流做功的結果，可使電流通過地方的氣體瞬間溫度升高到30000℃左右，從而呈現(xiàn)強烈的火光，這就是閃電，同時迅速加熱的閃電通道各部分氣體急劇膨脹，強烈壓縮附近的大氣層產生沖擊波，沖擊波退化時的聲發(fā)射，這些聲沖擊波相互疊加，形成轟轟雷聲，這就是雷電。打雷下雨時會和地面之間發(fā)生放電現(xiàn)象，與地面上的比較高的建筑物、戶外通訊設施等接觸，就可能產生電擊，形成雷擊。


一般情況下（80%—85%的情況），單次雷擊不能將雷云電荷完全釋放掉。一個雷閃通常包含多個（幾個）雷擊，而不是一個單一的雷單次雷擊形成一個先導放電，在持續(xù)平均約60ms（一般為幾毫秒到幾百毫秒）的暫停后，另一個先導，即直竄先導，在同一通道連續(xù)（而不是逐級）傳播，速度為1000—10000km/s。這種直竄先導沒有分支，沿著第一支回擊形成的通道反向傳播，產生第二次回擊，同樣的過程一般會重復3—5次，在單個負極性雷閃中記錄到26次回擊。


2005年揚州儀征化纖公司遭雷擊雷擊經濟損失3000萬元以上。2006年淄博恒臺縣博匯集團電廠變電站遭雷擊，雷災造成經濟損失2070萬元。對于光伏電站，雷擊是必須重視的自然災害影響。


雷擊對光伏廠的影響以及預防


雷擊有直擊電、雷電感應和雷電波等三種入侵方式。直擊電就是地面與帶電云間產生的放電反應，其電壓在瞬間可能達到上萬伏。電流可達幾十安培．破壞性相當強。因為其是被雷云瞬間釋放，能量巨大。雷擊很容易破壞室內安裝的太陽電池。還會對周圍的設備造成不同程度上的損壞，影響巨大。針對雷電對光伏電場區(qū)造成的巨大影響，一般采用等電位鏈接、隔離法和加裝保護器等三種方法避免雷電可能會造成的危害。


在現(xiàn)階段防雷措施中，最為有效也是最為廣泛的方法就是把電氣設備金屬部件與大地相連。接地系統(tǒng)由四部分組成．即接地設備、接地體、引入線和大地。良好接地是防雷措施成功的重要基礎。主要的接地方式有以下三種。


1.共體接地


接地體具體安裝過程是在地上挖一個直徑約30cm的洞．并且在洞底鋪設一些食鹽，再將接地體放人其中。使用PVC管罩住接地體，然后把接地體周圍的空隙使用泥土進行填滿并壓實。最后在上面放上碎石子進行澆水加固。使用同樣的方法將其他接地體接地。形成等腰三角形的布局，再使用35mmz的銅線連接。形成光伏電場內部的一個接地體。


這種接地可以使光伏發(fā)電場所有的金屬部件有效接地。這種方法還不需要埋設很多個接地體就可以解決接地問題。而且還有效地把電阻值控制在4n以內。光伏電場中所有設備的金屬殼、避雷裝置以及電池板的金屬架、逆變器等眾多設備都能直接連在同一個接地體上。在沒有雷擊現(xiàn)象發(fā)生時可以單純作為接地保護和零線。一旦發(fā)生雷擊時就可以當作防雷接地裝置使用。


2.單體接地


一些區(qū)域內由于地理環(huán)境的影響。光伏電場內部的電桿經常會遭受到雷擊。并且雷擊的位置相對固定，不會發(fā)生移動。針對這些特殊的電桿，要單獨安裝避雷裝置。埋設相應的接地體，就可以有效防止雷擊現(xiàn)象的發(fā)生，接地體通常會使用長度約2m的鍍鋅角鋼或扁鋼。


3.組合接地


組合接地由多個接地體組成．通常以環(huán)形或方形放射狀以及其他形式進行安裝布局。接地體成環(huán)形布置時，要保證環(huán)線不能有開口，這是為了降低相互屏蔽作用。兩個相鄰接地體之間的實際具體不能小于3m。接地體的上端要使用鍍鋅的角鋼加固，距離地面要小于1m。


4.防雷擊電磁脈沖


雷擊電磁脈沖沒有直擊雷強烈，但是發(fā)生概率卻非常高，目前常采用的防護措施主要有等電位連接、屏蔽和加裝電涌保護器。為了減小不同金屬物之間的電位差和故障電壓危害，太陽能電池板的四周鋁合金邊框和金屬支架，控制器、匯流箱、逆變器的金屬外殼，金屬管（槽）線纜的金屬屏蔽層及避雷帶等應根據(jù)GB50057的規(guī)定采取良好的等電位連接措施。


為減少電磁干擾，太陽能電池板的入戶線路應以合適的路徑敷設并做好線路屏蔽。線纜應選用有金屬屏蔽層的電纜并穿金屬管敷設。在防雷區(qū)界面處電纜金屬屏蔽層及金屬管（金屬管應兩端接地）應做等電位連接并接地。入戶線路和防雷連接線需分開敷設，保持最小平行間距1m，最小交叉間距0.3m。為了防止雷擊電磁脈沖產生的過電壓及過電流經入戶線路侵入損壞室內的光伏發(fā)電設備，對光伏發(fā)電系統(tǒng)的線纜應加裝多級防浪涌保護裝置進行防雷保護。


首先，應該在太陽能電池方陣的直流輸入線路安裝直流避雷器，根據(jù)線路長度和工作電壓選用標稱放電電流≥10kA適配的SPD該浪涌保護器內部應包括差模濾波器，以幫助消除線路上傳導的電磁干擾，在光伏電站的交流輸出供電線路上安裝交流避雷器。


其次，由于控制器和逆變器均為價格昂貴的設備，應在控制器和逆變器內安裝第2級的電源浪涌保護器，使其具有防雷保護功能。如果逆變器輸出到一些較重要的負載設備，還應該在逆變器輸出端安裝第3級電源浪涌保護器。電源系統(tǒng)和電子系統(tǒng)安裝多級SPD時還需考慮多級匹配問題。


結論


雷電會對建筑物及電氣設備造成嚴重破壞。在獨立光伏電站的防雷設計中。應當選擇合理的設計方案，采取有效的措施.做好獨立光伏電站的防雷設計。防止直擊雷、感應雷、雷電波對獨立光伏電站設備的破壞，這樣才能保證獨立光伏電站長期穩(wěn)定、安全、可靠地運行，為用戶提供優(yōu)質的電能。