太阳能雷电防护技术

太阳能雷电防护技术1、20042、2005252003、20068大水勘院及关联用户46家做风力发电防雷设计和施工培训。

4、2007LDK、无锡尚德、合肥阳光等企业做太阳能防雷设计和施工培训为什么防雷防浪涌？1、防雷措施是一种投资、要考虑投资回报。2、可靠的投资回报来源于：在进行防雷设计时，应将外部防雷措施和内部防雷措施协调统一，按工程整体要求，进行全面规划，做到安全可靠、技术先进、经济合理（三类防雷建筑物）。3、防雷设计应该在认真调查地理、地质、土壤、气象、环境等条件和雷电活动规律以及被保护物的特点等基础上，详细研究防雷装置的形式极其布置。4、防雷施工应该按照国家标准进行5、防雷维护应该纳入电场日常管理系统可靠投资与稳定回报、生命财产安全防雷防浪涌究竟防什么，怎么防1、闪电的定位（定点）接受和布局雷电流泄放通道2、雷电（浪涌）能量的泄放和均压等电位3、防雷接地措施：不带电金属材料直接接地带电金属材料通过避雷器、浪涌保护器接地防雷保护外部防雷保护内部防雷保护

过电压保护接闪器引下线接地空间屏蔽均压等电位系统减少接近耦合DINVDE0100DINVDE0675DINVDE0800DINVDE0845IEC61312IEC61643IEC61004DINVDE0185-T.100ENV61024-1IEC61024-1GB50057-1994防雷系统讲座交流内容雷电风险评估（5-10分钟）

雷电概念、雷电活动规律、雷击选择性、风险评估、管理因素防雷设计必须掌握的三个概念和辅助概念（20-25分钟）

1、防雷分区

2、波形

3、雷电流大小和设备的耐压水平

4、其他几个概念防雷设计和施工（15-20分钟）1、泄放雷电流大小的选择

2、根据耐压水平选择保护电压大小的选择

3、防雷设计原则：分级保护，能量配合

4、直接雷和接地系统防雷系统的维护与管理（3-5分钟）相关产品（自己看书）1、雷电的概念

a、定义：雷电是雷雨云之间或云地之间产生的放电现象。

b、闪电空间位置分类：云内放电、云际放电和云地放电云地闪电大约占闪电总数的20%c、闪电形状分类：线状、带状、片状、球状。1雷电风险评估－光伏设备的雷电环境2、雷电活动和规律（1）、雷暴日：在一天内只要测站听到雷声则为一个雷暴日，而不论雷暴次数和持续时间。雷暴日反映局部地区的雷电活动情况。（2）、地区雷暴日等级划分（年平均雷暴日Td)

少雷区：Td≤20天；多雷区：20＜Td≤40天；高雷区：40＜Td≤60天；强雷区：＞60天；我国西北地区一般在15天以下；长江以北大部分地区在15～40天；长江以南地区在40天以上；北纬23°以南地区超过80天。1雷电风险评估－光伏设备的雷电环境3、雷击选择性（新能源防雷的直接必要性）

A、与土壤的电阻率有关

a、土壤电阻率小的地方。河床、盐场等

b、土壤电阻率有突变的地点。

c、地下埋有金属矿和金属管线密集处。

B、与地面上的设施有关有利于雷云与大地建立良好的放电通道者易受雷击。1雷电风险评估－光伏设备的雷电环境

C、地形和地物条件

a、山中的平地较峡谷易受雷击。

b、高耸建筑物、空旷地区孤立建筑物、树木。

c、低洼潮湿地点、山口。

d、铁路枢纽、高压架空线。

D、建筑物结构及其所附属构件条件

a、结构材料所能积蓄电荷的多少影响接闪的频率。

b、建筑物内金属设备多少。1雷电风险评估－光伏设备的雷电环境4、雷电风险评估（雷电对人类的影响）：最严重的自然灾害之一:雷电灾害是“联合国国际减灾十年”公布的最严重的自然灾害之一。（1）直接雷击（直击雷）：雷电流的高温热效应；雷电流的冲击波效应；“激波”产生冲击作用；次声波（几Hz)雷电流的电动力效应。（2）雷电感应：静电感应；电磁感应。（3）雷电波侵入1雷电风险评估－光伏设备的雷电环境（4）其他形式：电磁脉冲辐射、反击、跨步电压、接触电压、旁侧闪络（5）雷电破坏作用表现在：强大的电流、极高的电压、炽热的高温、猛烈的冲击波、剧变的电磁场和强烈的电磁辐射等物理效应。（6）雷电造成危害的类型有：雷击火灾、雷击伤亡、雷击建（构）筑物、雷击供电系统、雷击弱电电子设备等。（7）雷电发生的特点：随机性、局域性、分散性、突发性、瞬时性、三维性Photovoltaik2007判定人:R.Schüngel,Munich07.08.07/S4562e_d被损坏的逆变器1雷电风险评估－光伏设备的雷电环境Photovoltaik200707.08.07/S4562e_f1雷电风险评估－光伏设备的雷电环境设备烧毁

：部分或全部设备性能不稳定设备加速老化（投资回报）1雷电风险评估－光伏设备的雷电环境

1雷电风险评估－参与者存在的风险因素1、知识缺乏：缺乏专业的雷电和雷电防护知识，不了解雷电的活动规律和雷电的危害性，在防雷方法上比较单一2、认识缺乏：虽然了解防雷，但思想上没有引起重视，没有系统的防雷概念3、管理缺乏：相关的领导或者责任人没有落实国家的相关法律法规

1雷电风险评估－法律法规和设计规范的要求1、《建筑物防雷设计规范》GB50057-94（2000年版）2、《建筑物电子信息系统防雷技术规范》GB50343-94（2004年）3、《低压配电设计规范》GB50054-954、《低压配电系统的电涌保护器（SPD）第一部分：性能要求和试验方法》GB18802.1-2002、IEC616435、《雷电电磁脉冲的防护》第二部分建筑物的屏蔽、内部等电位连接及接地》IEC61312-26、《安全防范工程技术规范》GB50348-20047、《建筑物防雷》IEC610248、《中华人民共和国气象法》9、中国气象局第8号令《防雷减灾管理办法》雷电保护区域(LPZ)•LPZ0A：本区内的各物体都可能遭到直接雷击和导走全部雷电流；电磁场强度没有衰减。•LPZ0B：本区内的各物体不可能遭到大于所选滚球半径对应的雷电流直接雷击，电磁场强度没有衰减。•LPZ1：本区内的各物体不可能遭到直接雷击，流经各导体的电流比LPZ0A和LPZ0B要小；电磁场强度可能衰减。TypeI(ClassB)SPDs

应该安装在LPZOA和LPZ1之间的界面处，阻止或泄放雷电冲击电流通过线路进入。•LPZ2：本区内流经各导体的电流比LPZ1更小，电磁场强度会进一步衰减。Type2(ClassC)SPDs安装在LPZ1和LPZ2之间的界面处，用于泄放剩余电涌电流和限制过电压。•LPZ3：与LPZ2相比，装有灵敏设备的区域由振荡效应产生的过电压、电磁场强度和操作过电压被减少。2防雷设计必须掌握的概念－雷电分区2防雷设计必须掌握的概念－雷电分区2防雷设计必须掌握的概念－雷电分区1009050100

i%t1t2tµs2防雷设计必须掌握的概念－波形和波形对应的能量SEMP1.2/50

µsand8/20µsIEC61000-4-4 IEC61000-4-5ESD 1.2/50µs IEC61000-4-2LEMP10/350µs IEC61312 IEC610241234565610/350波形对应的相关元器件－角形放电器火花隙的特点1、通流能力强——单片一般可以通流Iimp50KA，最大可以100KA2、使用寿命长,与二级配合可以循环使用火花隙一般可以使用10万次以上。3、反应时间相对较长一般在100nS内4、Up(保护电平)比较高1、单片一般可以通流20KA，最大可以达到40KA

2、一般可以在25nS内反应。

3、Up(保护电平)比较低

4、在大部分情况下会因过载而引起短路，氧化锌阀片会产生热崩溃衰变，表现为热脱扣显示。如不能及时脱开容易发生以下情况：

①、SPD短路：引起电源起火或跳闸

②、SPD爆炸：引起停电或起火

③、SPD自燃：造成火灾事故

5、高通流能力和低保护电平的矛盾(片面强调低保护电平)

6、并联使用时匹配很困难。8/20波形对应的相关元器件－压敏电阻

Tinnedcopperwiresinteredzincoxidetogetherwithothermetaloxideadditives氧化锌烧结物和其他杂质ZincoxidsElectrodes(电极）EpoxyresIN环氧树脂Type1(ClassB)SPD用于处理雷电冲击电流的波形10/350μs。用于I级分类试验产品的测试波形。主要功能为泄放大的能量，国标GB50057规定安装在建筑物的进线端。其非线性元件为放电间隙。Type2(ClassC)SPD测试波形8/20μs时间比10/350μs短，用于II级分类试验产品的测试波形，释放开关操作产生的低电能和限制过电压。一般建议安装在就近的设备前端。2防雷设计必须掌握的概念－波形和波形对应的能量10020030040082010IsnkA350tms402010/350ms

8/20ms

2防雷设计必须掌握的概念－波形和波形对应的能量Q(10/350)=20×Q(8/20)E(10/350)=200×E(8/20)雷电发生概率及其电流数据50%10%5%»1%3080100200kA2090100100kA/ms1080100400As1051065.106107A2s概率雷电电流峰值最大雷电流变化率闪电电荷量闪电电流平方脉冲2防雷设计必须掌握的概念－雷电流大小的确定IEC61312-1和GB50057-94(2000)的附表6.1首次雷击防雷建筑物的类别

I II III幅值I(kA) 200 150 100波头T1(ms) 10 10 10半值时间T2(ms) 350 350 350电荷QS

(As) 100 75 50单位能量W/R

(MJ/W) 10 5,6 2,5

90%50%10%IiT1T2t

I:幅值T1: 波头T2: 半值时间2防雷设计必须掌握的概念－雷电流大小的确定2防雷设计必须掌握的其他几个概念-雷电入侵途径直击雷雷直击于外部雷电保护系统或建筑物接地的外部传导部件雷直击架空线闭环闭环直接对地耦合（地之间的电阻耦合）：当雷电电流在设备附近放电时，流过地面的雷电电流将导致接地电压增加和PE的电压能高达几千伏。雷击在外部保护设备上会在由电线形成的闭环上产生过电压电感耦合雷击产生的磁场将在任何环形配线中导致过电压，在高空电线周围的雷击将在这些线上产生过电压附近雷击2防雷设计必须掌握的其他几个概念-雷电入侵途径

2防雷设计必须掌握的概念—雷击途径耦合类型TT1180GBRCKu2(t)uR(t)uL(t)i(t)i(t)i(t)Leru(t)Galvanic电流Inductive电感Capacitive电容操作过电压断路器的开/关变压器、电机或电感、电阻突变皆可产生很快的电流变化(di/dt)和产生瞬时过电压。过电压2防雷设计必须掌握的其他几个概念-浪涌入侵途径1、瞬态概念常态过电压/过电流：工频（50HZ)或直流暂态过电压（TOV)：高压系统接地故障出现的过电压。持续时间ms-s数量级。瞬态过电压：斜三角波持续时间μs、ns数量级。2防雷设计必须掌握的其他几个概念-基础概念2、高频概念过压与电感的关系:过压或浪涌涉及瞬变过程，因而放电电流频率很高（90%以上雷电能量分布在频率为10kHz以下），这就意味着起决定作用的不是电阻而是电感的感抗，在把冲击电流排放至地电位点的过程中：U=L·di/dtU=沿着导线的电压（伏特）L=电感（亨利）

di/dt

=电流变化速率SPD的2个功能:

释放电涌电流

限制过电压SPD（SurgeProtectiveDevice）至少包含一个非线性元件•正常情况下，SPD对应用系统没有任何影响。它在线路中起开路作用和保持相与地之间的绝缘。•当电涌发生时，SPD将瞬间（纳秒级）降低其阻抗，同时传导电涌电流。•当电涌发生后，SPD恢复高阻抗和起开路作用。2防雷设计必须掌握的其他几个概念-浪涌保护器冲击电流Iimp：10/350μs电流波形的最大值，用来描述Type1产品。Type1(classB)产品应该耐受10/350μs电流波形5次增加的冲击(0.1Iimp,0.25Iimp,0.5Iimp,0.75Iimp,Iimp)。最大放电电流Imax：8/20μs电流波形的最大值，用来描述Type2产品。Type2(classC)产品应该耐受8/20μs电流波形5次增加的冲击

(0.1Imax,0.25Imax,0.5Imax,0.75Imax,Imax)。标称放电电流In流通SPD（有一个8/20μs电流波形）的电流峰值。根据IEC61643-1§7.6.4和标准，Type1(classB)和Type2(classC)SPD应耐受15次8/20μs波形冲击电流的幅值In。2防雷设计必须掌握的其他几个概念雷电电涌开关电涌230V50Hz瞬时过电压暂时过电压Un=230VSPD目标SPD对手最大持续工作电压Uc最大(均方根值)或直流电压可持续供电SPD，它相当于SPD的额定电压。暂态过电压UT在一个指定时间tT内，SPD可耐受的最大.（均方根值）或暂时直流过电压（TOV）。当暂时过电压后，SPDs发生故障时，应该对人身、设备或设施没有危害。例如：对于230V的相-中性线TN电网，根据IEC60364-4-442标准，在5s内，它应该比相与地之间的电压334V高。2防雷设计必须掌握的其他几个概念1msmax电压保护水平Up

是当释放冲击电流到地面时，由接线端子之间的电涌保护器给定的电压。它直接由变阻器和火花间隙产生，不可超过连接在下级设备的耐受电压值。续流If.If是指SPD电涌电流流过（过电压消失）之后，在电力系统供电电压作用下流过SPD的电流。火花间隙或气体放电管会产生续流（电弧），非线性电阻不会产生续流。如果电弧不被切断，此电流将达到电力系统预期的短路电流Icc。续流切断能力Ifi(或额定断开续流值)在Uc下SPD切断的续流If值。SPD的Ifi

应该等于或大于安装点的预期短路电流(Icc)2防雷设计必须掌握的其他几个概念UocU(V)I(A)R隔离间距

接闪器

滚球半径

保护角阴影线αs3防雷设计－太阳能应用案例全景图3防雷设计-自动避雷系统处于待命状态警示状态：当侦测到10-25公里内有较强的雷云，且电场强度达到3KV/M时，系统统发出警示；

电脑主页面显示警示；

并在事件日志内进行记录保存；这时，自动升降避雷针处于待命状态。3防雷设计-自动避雷系统处于保护状态告警状态：当系统侦测到8-10公里内有较强的雷云，且电场强度达到7KV/M时：

给自动升降式提前预放电避雷针一个升起信号，避雷针升起。

电脑主页面显示告警；

并在事件日志内进行记录保存；

户外报警器开始报警。3防雷设计-自动避雷系统恢复待命状态警报解除：当雷电预警系统侦测到，在监测范围内，无高电场（3KV/M以上），或近电场，雷电预警系统，在设定的时间内（如10分钟）：

解除警报；

给ILSE自动升降式提前预放电避雷针发出一个下降的信号，ILSE自动升降式提前预放电避雷针下降；

电脑显示，警报解除；

户外，报警器发出警报解除的信号。3防雷设计自动避雷系统的优势自动识别雷电，自动升降；保护角度大，防绕击性能强；保护范围大，最大半径可达100米以上；

放电时间比富兰克林避雷针平均提前15-60us。

在模拟电场比较低时,自动升降式提前预放电避雷针的电晕电流比富兰克林避雷针低的多,几乎处于完全抑制状态。

在模拟电场增加到能够启动ILSE自动升降式提前预放电避雷针时,ILSE自动升降式提前预放电避雷针产生的脉冲式电晕放电电流，其电晕电流幅值比富兰克林避雷针大好几十倍，但电晕电流的平均值比后者小，这有利于从电晕向先导电弧的转化。第一步钝形针头与接地极相连极板与针尖之间的空气间隙4块相对独立的极板下导体防雷接地自动避雷系统的接闪器接闪原理第二步电容耦合被击穿的空气间隙所形成的电弧引发上行先导电场增强,某块极板电压升高下导体防雷接地自动避雷系统的接闪器接闪原理第三步主放电电流的电离通道形成4块相对独立的极板下导体防雷接地自动避雷系统的接闪器接闪原理StormasterESE的保护半径（Rp）可以由下面的公式计算得到，这个公式是由法国国家标准NFC17-102（1995年7月）公布的。

(h≥5m)。以下关键的参数决定了Rp的计算：ΔT的值在测试中建立。Stormaster-ESE-15=ΔT（μs）15Stormaster-ESE-30=ΔT（μs）30Stormaster-ESE-50=ΔT（μs）50Stormaster-ESE-60=ΔT（μs）60h：Stormaster避雷针离开受保护区域的实际距离（m）。D（m）取决于所选择的保护水平，保护水平的定义在NFC17-102标准的附录B中。D=20m适用于1级保护水平（高等保护）D=45m适用于2级保护水平（中等保护）D=60m适用于3级保护水平（标准保护）自动避雷系统的接闪器接闪半径保护半径（m）-RpH:避雷针到受保护地面的距离245610152045601级保护（高等保护）Stormaster15Stormaster30Stormaster50Stormaster601319283225285564324868793248697933496979345070803550708035507080355070802级保护（中等保护）Stormaster15Stormaster30Stormaster50Stormaster6018253540365069784563869746648797496688995268901015571921026075951056075951053级保护（标准保护）Stormaster15Stormaster30Stormaster50Stormaster6020283844415776875171951075272961075675981096077100111638110211373891101207590110120自动避雷系统的接闪器接闪半径Part-1_Bangkok_2001/ESC应用案例－屋顶防雷防浪涌保护器安装图Part-1_Bangkok_2001/ESC应用案例－屋顶防雷防浪涌保护器安装图Part-1_Bangkok_2001/ESC应用案例－电源防雷防浪涌保护器安装图Part-1_Bangkok_2001/ESC应用案例－信号防雷防浪涌保护器安装图应用案例－设计图应用案例－设计图应用案例－设计图I=100kA(10/350μs)

50%

Is=50%

Is/3=16.3%

Is/3=16.3%

Is/3=16.3%

金属煤气管金属水管全部雷电流I的50%流入雷电保护系统的接地装置。剩余的50%雷电流Is分配于引入建筑物的各种外来导电物、电力线、通信线。I=100%(10/350μs)I=50%

I=50%

I=5x10%

3防雷设计－雷电流大小的确定电气装置标称电压/V各种设备额定耐冲击电压值/KV三相系统带中性点的单相系统电气装置电源进线端的设备

配电装置和末级电路设备用电器具特殊需要保护设备耐冲击过电压类别IVIIIIII120～24042.51.50.8220/380642.51.5400/6908642.51000根据系统选择注：I类——需要将瞬态过电压限制到特定水平的设备；

II类——如家用电器、手提电工工具或类似负荷；

Ⅲ类——如配电盘、断路器、包括电缆、母线、分线盒、开关、插座等的布线系统，以及应用于工业的设备和永久接至固定装置的固定安装的电动机等的一些其它设备；

IV类——如电气计量仪表、一次线过流保护设备、波纹控制设备。

设备冲击耐压水平---源自IEC60364-4-4433防雷设计－保护电平的选择（低于设备耐压水平）Type1(ClassB)SPD用于处理雷电冲击电流的波形10/350μs。用于I级分类试验产品的测试波形。主要功能为泄放大的能量，国标GB50057规定安装在建筑物的进线端。其非线性元件为放电间隙。Type2(ClassC)SPD测试波形8/20μs时间比10/