关于光伏防雷选型的介绍和应用分析

雷电对光伏电站造成的影响，可以分为两种“直击雷”和“感应雷”。直击雷可以通过安装避雷针和避雷带的方式加以避免，防止感应雷入侵一般会在接线盒及PCS中配备感应雷浪涌电压的避雷器(SPD)。但是在实际生活中，客户对SPD的选择有难度，接下来小固就SPD的分类和光伏系统中SPD的选型作详细介绍。SPD浪涌保护器的分类 随着光伏系统对防雷要求的日益严格，安装浪涌保护器(SPD)成为现代防雷技术的重要环节之一。SPD是光伏系统雷电防护中不可缺少的一种装置，其作用是把窜入电力线、信号传输线的瞬时过电压限制在设备或系统所能承受的电压范围内，或将强大的雷电流泄流入地，保护被保护的设备或系统不受冲击。按工作原理分类     按其工作原理分类，SPD可以分为电压开关型、限压型及组合型。     1 电压开关型SPD。在没有瞬时过电压时呈现高阻抗，一旦响应雷电瞬时过电压，其阻抗就突变为低阻抗，允许雷电流通过，也被称为“短路开关型SPD”。   2 限压型SPD。当没有瞬时过电压时，为高阻抗，但随电涌电流和电压的增加，其阻抗会不断减小，其电流电压特性为强烈非线性，有时被称为“钳压型SPD”。   3 组合型SPD。由电压开关型组件和限压型组件组合而成，可以显示为电压开关型或限压型或两者兼有的特性，这决定于所加电压的特性。

图1 组合型SPD  

按用途分类     按其用途分类，SPD可以分为电源线路SPD和信号线路SPD两种。电源线路SPD 由于雷击的能量是非常巨大的，需要通过分级泄放的方法，将雷击能量逐步泄放到大地。在直击雷非防护区(LPZ0A)或在直击雷防护区(LPZ0B)与第一防护区(LPZ1)交界处，安装通过Ⅰ级分类试验的浪涌保护器或限压型浪涌保护器作为第一级保护，对直击雷电流进行泄放。在第一防护区之后的各分区(包含LPZ1区)交界处安装限压型浪涌保护器，作为二、三级或更高等级保护。同时，经过第一级防雷器的传输线路也会感应雷击电磁脉冲辐射。当线路足够长时，感应雷的能量就变得足够大，需要第二级保护器进一步对雷击能量实施泄放。第三级保护器对通过第二级保护器的残余雷击能量进行保护。

图2 电源线路SPD         信号线路SPD 随着信息系统的广泛应用，由于网络线路多，电子设备的耐压水平低，雷击对信息系统的危害越来越大。雷电对信息系统的危害主要是雷击电磁脉冲造成的，对电磁脉冲的防护措施有拦截、分流、等电位联结、屏蔽、接地、合理布线等。在信号线路上安装SPD是信息系统防电磁脉冲的一个重要措施，它可以同时起到拦截、分流、等电位联结的作用。在选择信号SPD时，应选用插入损耗较小的SPD。

图3 信号线路SPD           光伏防雷SPD的选择 1 直流侧防雷 光伏系统的直流侧防雷SPD可以装在组件与逆变器之间，选用开关型浪涌保护器，具体的型号根据组件的输出特性和冲击放电电流有关。

图4 电压开关型SPD   选配开关型一级浪涌保护器需要关心的参数：       最大持续工作电压Uc，当组件的开路电压为Uo时，浪涌保护器的Uc约为1.1倍Uo；        雷电通流量Imax，开关型一级浪涌保护器需要关注10/350us雷电冲击电流，建议大于50KA；       保护水平Up，与设备的耐压Uw一致，Up约为0.8倍Uw 1 交流侧防雷   光伏系统的交流侧防雷SPD可以装在逆变器与并网点之间的交流汇流箱中，选用限压型浪涌保护器，具体的型号根据并网点的电压、逆变器输出最大电流和冲击电流有关。     选配限压型二级浪涌保护器需要关心的参数：     最大持续工作电压Uc，需要考虑并网点电网电压Ug的浮动值，Uc约为1.1倍Ug；     雷电通流量Imax，限压型二级浪涌保护器需要关注8/20us雷电冲击电流，建议大于20KA；     保护水平Up，与设备的耐压Uw一致，Up约为0.8倍Uw;  

实际案例 1 3KW家用防雷应用案例  

图5 德力西单相SPD实物图 在去年公司做了很多扶贫的项目，采用阿特斯CS6K-260P-PG，12块，总功率3120W；逆变器：固德威GW3000-NS，1台。项目地多在雷暴且低洼的贫困山区，易遭受雷击，所以做了必要的防雷措施。在直流侧因组件多安装在平稳的屋顶，无需安装一级浪涌保护器SPD。在交流侧按照第三节项目2所述，选择并安装相应的二级浪涌保护器SPD。选择的是德力西SPD，实物图如图所示。 可以看出最大持续工作电压Uc=275V，满足并网点电压的1.1倍。雷电通流量ImaxImax=40KA,满足大于等于20KA的要求。保护水平Up=1.5KV，约为0.8倍Uw，满足上文要求。 注SPD安装在进并网电表的前段，通过这种方式可以有效的保护逆变器、断路器、刀闸开关等设备。   2 100KW三相防雷应用案例     三相分布式商用光伏电站的应用案例很多，在实际安装过程中，直流侧多采用避雷针或避雷带的方式进行防雷，避雷针通常安装在组件阵列的北侧，避雷针的高度通过滚雷法计算，同时应避免避雷针投影到光伏电池板上。注：避雷针和避雷带的接地和光伏系统的接地不能共用接下引入线且对地电阻不要超过4欧姆。      

图6 光伏组件防雷实物图 交流侧SPD的安装和选择还是按照第三节项目2所述，所选的型号为 DZ47Y 4P 3P+N，其最大持续工作电压Uc=385V，雷电通流量Imax =40KA，保护水平Up=1.8KV，满足防雷要求。

图7三相德力西SPD实物图 

我国特别是华东地区、西部高海拔地区属于雷电频发地区，光伏设备暴露在外且铺设面广更增加了受到雷击的风险，合理的防雷设计和及时的巡检可以大大减少甚至杜绝雷电带来的危害，保证在光伏系统整个生命周期内，系统运行正常，且获得最大收益。