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家用光伏發電并網柜多次起火,究其原因?

2018-11-13 13:41:45

案例:山東省的一個10千瓦家用光伏發電中,并網柜防雷器已經產生多次自燃現象,這是為何?里面存在什么問題?

光伏并網柜

經業界的專業研究與分析,讓防雷器自燃的原因大致有兩個。

質量問題。防雷器的質量不合格,沒有到達相應的電壓等級,組串式逆變器交流側的防雷模塊,L線對地的電壓等級要超過光伏組件端的最高電壓。

防護措施沒做好。防雷器前要接一個熔斷器或者斷路器,這樣即使防雷器擊穿,也不會起火。防雷器的接地線一定要接好,接地線不少于4平方專用地線,接地體要做好,接地電阻不低于10歐。

太陽能發電

延伸閱讀:關于雷電及開關浪涌的有關知識

雷電是一種大氣中的放電現象。在云雨形成的過程中,它的某些部分積聚起正電荷,另一部分積聚起負電荷,當這些電荷積聚到一定程度時,就會產生放電現象,形成雷電。

雷電分為直擊雷和感應雷。直擊雷是指直接落到光伏方陣、直流配電系統、電氣設備及其配線等處,以及近旁周圍的雷擊。直擊雷的侵入途徑有兩條:一條是上述所說的直接對光伏方陣等放電,使大部分高能雷電流被引入到建筑物或設備、線路上;另一條是雷電直接通過避雷針等可以直接傳輸雷電流入地的裝置放電,使得地電位瞬時升高,一大部分雷電流通過保護接地線反串入設備、線路上。

感應雷是指在相關建筑物、設備和線路的附近及更遠些的地方產生的雷擊,引起相關建筑物、設備和線路的過電壓,這個浪涌過電壓通過靜電感應或電磁感應的形式串入到相關電子設備和線路上,對設備、線路造成危害。

除了雷電能夠產生浪涌電壓和電流外,在大功率電路的閉合與斷開的瞬間、感性負載和容性負載的接通或斷開的瞬間、大型用電系統或變壓器等斷開也都會產生較大的開關浪涌電壓和電流,同樣會對相關設備、線路等造成危害。

對于較大型的或安裝在空曠田野、高山上的光伏發電系統,特別是雷電多發地區,必須配備防雷接地裝置。

太陽能發電圖

雷電侵入光伏發電系統的途徑

(1)地電位反擊電壓通過接地體入侵。雷電擊中避雷針時,在避雷針接地體附近將產生放射狀的電位分布,對靠近它的電子設備接地體地電位反擊,入侵電壓可高達數萬伏。

(2)由太陽電池方陣的直流輸入線路入侵。這種入侵分為以下兩種情況。

①當太陽電池方陣遭到直擊雷打擊時,強雷電電壓將鄰近土壤擊穿或直流輸入線路電纜外皮擊穿,使雷電脈沖侵入光伏系統。

②帶電荷的云對地面放電時,整個光伏方陣像一個大型無數環形天線一樣感應出上千伏的過電壓,通過直流輸入線路引入,擊壞與線路相連的光伏系統設備。

(3)由光伏系統的輸出供電線路入侵。供電設備及供電線路遭受雷擊時,在電源線上出現的雷電過電壓平均可達上萬伏,并且輸出線還是引入遠處感應雷電的主要因素。雷電脈沖沿電源線侵入光伏微電子設備及系統,可對系統設備造成毀滅性的打擊。

太陽能發電圖1

太陽能光伏發電系統的防雷措施和設計要求

(1)太陽能光伏發電系統或發電站建設地址的選擇,要盡量避免放置在容易遭受雷擊的位置和場合。

(2)盡量避免避雷針的投影落在太陽電池方陣組件上。

(3)根據現場狀況,可采用避雷針、避雷帶和避雷網等不同防護措施對直擊雷進行防護,減小雷擊概率,并應盡量采用多根均勻布置的引下線將雷擊電流引入地下。多根引下線的分流作用可降低引下線的引線壓降,減少側擊的危險,并使引下線泄流產生的磁場強度減小。

(4)為防止雷電感應,要將整個光伏發電系統的所有金屬物,包括電池組件外框、設備、機箱/機柜外殼、金屬線管等與聯合接地體等電位連接,并且做到各自獨立接地。光伏發電系統等電位連接。

(5)在系統回路上逐級加裝防雷器件,實行多級保護,使雷擊或開關浪涌電流經過多級防雷器件泄流。一般在光伏發電系統直流線路部分采用直流電源避雷器,在逆變后的交流線路部分使用交流電源避雷器。避雷器在太陽能光伏發電系統中的應用。

(6)光伏發電系統的接地類型和要求主要包括以下幾個方面。

①防雷接地。包括避雷針(帶)、引下線、接地體等,要求接地電阻小于10歐姆,并最好考慮單獨設置接地體。

②安全保護接地、工作接地、屏蔽接地。包括光伏電池組件外框、支架,控制器、逆變器、配電柜外殼,蓄電池支架、金屬穿線管外皮及蓄電池、逆變器的中性點等,要求接地電阻小于等于4歐姆。

③當安全保護接地、工作接地、屏蔽接地和防雷接地4種接地共用一組接地裝置時,其接地電阻按其中最小值確定;若防雷已單獨設置接地裝置時,其余3種接地宜共用一組接地裝置,其接地電阻不應大于其中最小值。

④條件許可時,防雷接地系統應盡量單獨設置,不與其他接地系統共用,并保證防雷接地系統的接地體與公用接地體在地下的距離保持在3m以上。

避雷器的選型

避雷器也叫電涌保護器(Surge Protection Device,SPD)。隨著防雷技術的發展、光伏系統直流電源的特有性質,光伏SPD主要分三類:普通型、帶直流滅弧技術型、免后備熔絲型。普通型:額定短路電流Iscpv一般為300A,內部脫離器脫離時產生的電弧不會造成設備的安全危;帶直流滅弧技術型:額定短路電流Iscpv可以做到1000A,內部脫離其脫離時產生的電弧會造成設備的安全危險,要求能有直流滅弧裝置,行業內有電子式滅弧、機械式滅弧等方式,電子式滅弧以SCI技術為代表性,機械式滅弧比SCI技術少了開關切換過程,降低了故障率,確保滅弧的成功率;免后備熔絲型:SPD在使用時需要安裝過電流裝置(熔斷器、斷路器等),其作用是當SPD不能切斷工頻短路電流時,可以避免SPD過熱和損壞。

下面是光伏發電系統常用避雷器主要技術參數的具體說明。

(1)最大持續工作電壓(uc):該電壓值表示可允許加在避雷器兩端的最大工頻交流電壓有效值。在這個電壓下,避雷器必須能夠正常工作,不可出現故障。同時,該電壓連續加載在避雷器上,不會改變避雷器的工作特性。

(2)額定電壓(un):避雷器正常工作下的電壓。這個電壓可以用直流電壓表示,也可以用正弦交流電壓的有效值來表示。

(3)最大沖擊通流量(umax):避雷器在不發生實質性破壞的前提下,每線或單模塊對地通過規定次數、規定波形的最大限度的電流峰值數。最大沖擊通流量一般大于額定放電電流的2.5倍。

(4)額定放電電流(in):也叫標稱放電電流,是指避雷器所能承受的8/20μs雷電流波形的電流峰值。

(5)脈沖沖擊電流(iimp):在模擬自然界直接雷擊的波形電流(標準的10/350μs雷電流模擬波形)下,避雷器能承受的雷電流的多次沖擊而不發生損壞的數值。

(6)殘壓(ures):雷電放電電流通過避雷器時,其端子間呈現出的電壓值。

(7)額定頻率(fn):避雷器的正常工作頻率。

在避雷器的具體選型時,除了各項技術參數要符合設計要求外,還要特別考慮下列幾個參數和功能的選擇。

(1)最大持續工作電壓(uc)的選擇。

氧化鋅壓敏電阻避雷器的最大持續工作電壓值(uc)是關系到避雷器運行穩定性的關鍵參數。在選擇避雷器的最大持續工作電壓值時,除了符合相關標準要求外,還應考慮到安裝電網可能出現的正常波動及可能出現的最高持續故障電壓。例如,在三相交流電源系統中,相線對地線的最高持續故障電壓有可能達到額定交流工作電壓220v的1.5倍,即有可能達到330v。因此在電流不穩定的地方,建議選擇電源避雷器的最大持續工作電壓值大于330v的模塊。

在直流電源系統中,最大持續工作電壓與正常工作電壓的比例,根據經驗一般取1.5~2。

(2)殘壓(ures)的選擇。

在確定選擇避雷器的殘壓時,單純考慮殘壓值越低越好并不全面,并且容易引起誤導。首先不同產品標注的殘壓數值,必須注明測試電流的大小和波形,才能有一個共同比較的基礎。一般都是以20ka(8/20μs)的測試電流條件下記錄的殘壓值作為避雷器的標注值,并進行比較。其次對于壓敏電阻避雷器選用殘壓越低時,將意味著最大持續工作電壓也越低。因此,過分強調低殘壓,需要付出降低最大持續工作電壓的代價,其后果是在電壓不穩定地區,避雷器容易因長時間持續過電壓而頻繁損壞。

在壓敏電阻型避雷器中,選擇最合適的最大持續工作電壓值和最合適的殘壓值,就如同天平的兩側,不可傾向任何一邊。根據經驗,殘壓在2kv以下(20ka、8/20μs),就能對用戶設備提供足夠的保護。

(3)報警功能的選擇。

為了監測避雷器的運行狀態,當避雷器出現損壞時,能夠通知用戶及時更換損壞的避雷器模塊。避雷器一般都附帶各種方式的損壞指示和報警功能,以適應不同環境的不同要求。

①窗口色塊指示功能:該功能適合有人值守且天天巡查的場所。所謂窗口色塊指示功能就是在每組避雷器上都有一個指示窗口,避雷器正常時,該窗口是綠色;當避雷器損壞時,該窗口變為紅色,提示用戶及時更換。

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