济南太阳能雷电防护技术

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1、Welcome to太阳能发电系统防雷技术世界,杭州天湖智能科技有限公司,光伏发电系统介绍,系统防雷和防雷系统,系统防雷:从全局和整体上把握。每个环节都不可少,只是有相对更重要的地方(妥协)。,有机会或可以从系统上操作:总承包商、设计院、系统集成商,木桶原理与乘法关系:1.1x1.1x1.11.1 =30.9x0.9x0.90.9=0.3,防雷系统,防雷设计和施工的基本原则: 投资与回报,1、电站/防雷是一种投资、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)。

2、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、不带电部分直接接地,带电部分通过非线性原件(SPD)接地。从而建立电压均衡系统和电流泄放系统,讲座交流内容,雷电风险评估(5-10分钟) 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

3、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:40Td 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1540天;长江以南地区在40天以上;北

4、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

5、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

6、(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,1 雷电风险评估光伏设备的雷电环境,Photovoltaik 2007,判定人: R. Schngel, Munich,07.08.07 /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,Photovoltaik 2007,07.08.07 / S4562e_f,1 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 雷电风险评估统计显示各种灾害造成的损害比例,0,5,10

7、,15,20,25,30,35,过电压/间接雷击,摔损,破门盗窃,过失,失职,短路,水害,火灾,偷窃机动车,其它,11.1 %,9.3 %,8.7 %,4.3 %,3.6 %,3.4 %,2.2 %,23.6 %,33.8 %,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)

8、 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 GB50054-95 4、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 5、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 IEC61312-2 6、 安全防范工程技术规范GB50348-2004 7、 建筑物防雷 IEC61024 8、 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

9、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。 Type I (Class B) SPDs 应该安装在LPZ OA 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。 Type 2 (Class C) 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。,

10、2 防雷设计必须掌握的概念雷电分区,feeder,Building,LPZ 0A,LPZ 0B,LPZ 01,DC/AC converter,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波形和波形对应的能量,1,2,3,4,5,6,5,6,10/350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100KA 2、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

11、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: 、SPD短路:引起电源起火或跳闸 、SPD爆炸:引起停电或起火 、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,Tinned copper wire,sintered zinc oxide together with other metal oxide additives 氧化锌烧结物和其他杂质,Zinc

12、 oxids,Electrodes(电极),EpoxyresIN 环氧树脂,Type 1 (Class B) SPD用于处理雷电冲击电流的波形10/350s。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。,Type 2 (Class C) SPD测试波形8/20s时间比10/350s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,100,200,300,400,8,20,10,350,40,20,10 /350

13、 ms,8 /20 ms,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) = 20Q (8/20) E (10/350) = 200E (8/20),雷电流的组成和首次雷电参量,1095e,1095e.ppt / 16.11.99 / ESC,首次雷击电流 200 kA 10/350 s,后续雷击电流 50 kA 0.25/100 s,长时间雷击电流 400 A 0.5 s,t, i,t,- i, i,t,2 防雷设计必须掌握的概念雷电流,雷电发生概率及其电流数据,50 %,10 %,5 %, 1 %,30,80,100,200,kA,20,90,100,100,kA/m

14、s,10,80,100,400,As,105,106,5.106,107,A2s,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,IEC 61312-1和GB 50057-94(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 %,I,i,T1,T2,t,I: 幅值 T

15、1: 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,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,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

16、快的电流变化(di/dt)和产生瞬时过电压。,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 s、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=Ldi/dtU=沿着导线的电压(伏特)L=电感(亨利)di/dt =电流变化速率,

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