屋頂光伏系統大氣過(guò)電壓防護措施分析
近年來(lái),太陽(yáng)能光伏(PV)的應用在全球范圍內顯著(zhù)增長(cháng),多數大型光伏系統設有防雷裝置,并具有過(guò)電壓防護措施。但是,一些中小型屋頂光伏系統,包括國際標準提倡的產(chǎn)消式低壓電氣裝置(PEI)中各類(lèi)小型光伏系統可能不需要設置外部防雷裝置(LPS),對它們進(jìn)行適當的風(fēng)險評估非常有必要。因為這將產(chǎn)生一個(gè)保護水平,而防雷措施的價(jià)格和效率與這一保護水平直接相關(guān)。保護過(guò)度會(huì )造成經(jīng)濟問(wèn)題,保護不足則可能造成安全隱患。
建筑物屋頂設置或增加光伏系統一般不會(huì )增加或降低雷擊風(fēng)險,建筑物光伏系統的防雷分類(lèi)應與所安裝建筑物的防雷分類(lèi)一致。
在IEC標準中,有3個(gè)標準涉及到大氣瞬態(tài)過(guò)電壓防護,包括如何選擇和安裝電涌保護器(SPD),這3個(gè)標準分別是:① GB / T 21714.2 - 2015 / IEC 62305 - 2:2010《雷電防護 第2部分 風(fēng)險管理》,它是全面、詳細的建筑物防雷風(fēng)險評估標準;② GB / T 16895.10 - 2021 / IEC 60364 - 4 - 44:2018《低壓電氣裝置 第4 - 44部分:安全防護 電壓騷擾和電磁騷擾防護》,針對電氣裝置大氣過(guò)電壓防護;③ GB / T 16895.32 - 2021 / IEC 60364 - 7 - 712:2017《低壓電氣裝置 第7 - 712部分:特殊裝置或場(chǎng)所的要求 太陽(yáng)能光伏(PV)電源系統》,針對光伏直流系統大氣過(guò)電壓防護。
建筑物防雷風(fēng)險評估
GB / T 21714.2 - 2015 / IEC 62305 - 2:2010針對建筑物的防雷風(fēng)險,按雷擊點(diǎn)位置分為4種損害源:① S1:雷擊建筑物;② S2:雷擊建筑物附近;③ S3:雷擊線(xiàn)路;④ S4:雷擊線(xiàn)路附近。
造成的風(fēng)險包括:① 人身傷亡損失風(fēng)險;② 公眾服務(wù)損失風(fēng)險;③ 文化遺產(chǎn)損失風(fēng)險;④ 經(jīng)濟價(jià)值損失風(fēng)險。
根據各類(lèi)風(fēng)險分量,計算總的風(fēng)險,并與標準提出的可容許風(fēng)險水平(RT)進(jìn)行比較。當總風(fēng)險低于可容許風(fēng)險水平時(shí),無(wú)需采取額外的防雷措施;否則,應采取相應防雷措施,直至風(fēng)險降至可容許風(fēng)險水平以下。
我國GB 50057 - 2010《建筑物防雷設計規范》主要參照IEC防雷標準修訂,根據建筑物的重要性、使用性質(zhì)、發(fā)生雷電事故的可能性和后果進(jìn)行防雷分類(lèi),第一、二、三類(lèi)防雷建筑物按防S1和S2雷擊選用SPD。各類(lèi)防雷建筑物均要求在電源引入處設置SPD,根據絕緣配合要求,還應設置后續的協(xié)調配合的SPD。
電氣裝置大氣過(guò)電壓風(fēng)險評估
GB / T 16895.10 - 2021 / IEC 60364 - 4 - 44:2018中的電氣裝置風(fēng)險評估方法是對GB / T 21714.2 - 2015 / IEC 62305 - 2:2010的簡(jiǎn)化方法,僅考慮“電氣裝置對供配電系統引入,包括直接雷擊供配電系統大氣瞬態(tài)過(guò)電壓和操作過(guò)電壓的防護的要求”,不包括S1、S2和S4威脅。
這種簡(jiǎn)化方法只涉及經(jīng)濟風(fēng)險,只計算線(xiàn)路上的電涌(感應電涌和直接電涌)。大氣過(guò)電壓的風(fēng)險模型見(jiàn)圖1,大氣過(guò)電壓特性取決于如下因素:① 供配電系統的線(xiàn)路敷設(地下或架空);② 在裝置的供電端上級裝有至少一組SPD的可能性;③ 供配電系統的電壓等級。
不設置防雷裝置時(shí),長(cháng)距離線(xiàn)纜中的電子部件也會(huì )受損。這是因為瞬態(tài)電壓和電流會(huì )沿著(zhù)連接電纜傳播,盡管損壞程度可能不如雷擊點(diǎn)附近的電子部件嚴重。此外,瞬態(tài)電壓還會(huì )導致電子部件性能下降。
對于中小型屋頂光伏系統,僅考慮供配電系統引入的威脅類(lèi)型具有一定的合理性。由于中壓架空線(xiàn)路的運行距離較長(cháng),導線(xiàn)的環(huán)路較大,比低壓線(xiàn)路遭遇雷擊的風(fēng)險更高。中壓線(xiàn)路通過(guò)與基礎設施的低壓電源相連,將電涌傳輸進(jìn)入低壓供電的建筑物內。
這種評估方法采用計算風(fēng)險水平(CRL)來(lái)確定是否需要在裝置入口處安裝SPD。SPD的功能是限制瞬態(tài)過(guò)電壓,通過(guò)SPD的電壓保護水平與被保護設備之間實(shí)現絕緣配合,避免被保護設備永久性損壞。
過(guò)電壓保護分為兩類(lèi):
a. 當可能對以下建筑或設施造成影響時(shí)應提供瞬態(tài)過(guò)電壓防護:① 人身生命相關(guān),例如安全設施、醫療救護設備;② 公共設施和文化遺產(chǎn),例如公共設施、信息技術(shù)(IT)中心、博物館;③ 商業(yè)或工業(yè)機構,例如酒店、銀行、工業(yè)、商業(yè)市場(chǎng)、農場(chǎng)。
b. 對于其他情況,應進(jìn)行風(fēng)險評估來(lái)確定是否需要瞬態(tài)過(guò)電壓防護。CRL由下式得出:
式中:fenv —— 環(huán)境系數,農村和郊區環(huán)境與市區環(huán)境取值差異與環(huán)境內建筑物的密度有關(guān),其取值如表1所示;
Lp —— 風(fēng)險評估長(cháng)度,km,計算見(jiàn)式(2);
Ng —— 對電力線(xiàn)路及其連接建筑物的地區雷擊大地密度,次數 / (km2·a)。
總長(cháng)度(LPAL + LPCL + LPAH + LPCH)限值為1 km,當線(xiàn)路長(cháng)度超過(guò)1 km時(shí),電涌將減弱,超過(guò)的部分不再有危害。其中,LPAL是最重要的參數,因為低壓架空線(xiàn)路會(huì )比地下低壓電纜承受更多的直接沖擊和感應電涌。此外,高壓架空線(xiàn)路也容易受到多次雷擊,但由于與高壓 / 低壓變壓器相連,低壓線(xiàn)路的傳導電涌會(huì )減少80 %。這就解釋了Lp公式中每條線(xiàn)路長(cháng)度所使用系數的差別。
若CRL ≥ 1 000,不需設置大氣瞬態(tài)過(guò)電壓防護。
若CRL < 1 000,則需要設置大氣瞬態(tài)過(guò)電壓防護。
根據逆變器與電氣裝置電源引入點(diǎn)之間的距離,在逆變器交流側通常仍需要設置后續的SPD防護。
計算風(fēng)險水平(CRL)示例
以某中壓架空線(xiàn)路供電市區環(huán)境的建筑物為例,其地閃密度Ng = 2.5次 / (km2·a),環(huán)境系數fenv = 850,LPAL取0.1 km;LPCL取0.2 km;LPAH取0.1 km;LPCH取0.6 km。
風(fēng)險評估長(cháng)度:
建筑物電源引入處應設置SPD進(jìn)行過(guò)電壓防護。
蘇州智淼消防主營(yíng):應急管理部發(fā)布最新消防檢測儀器設備全套配備、防雷檢測裝置,火災現場(chǎng)勘查箱、消防監督檢查驗收箱、消防測試煙槍、試水裝置、建筑消防設施檢測箱、電氣防火檢測設備等,消防檢測設備網(wǎng)址:http://www.mzgyw.cn/;電話(huà):18910580194(何經(jīng)理)
推薦文章
- 消防監控與維保的那些事兒
- 防護冷卻系統和防護冷卻水幕系統的區別
- 消防泵吸入管道的常見(jiàn)問(wèn)題
- 一類(lèi)高層公共建筑| 防火分類(lèi)及定性!
- 滅火器使用滿(mǎn)三年必須要維修嗎?消防回復來(lái)了
- 哪些場(chǎng)所需要配備消防自救呼吸器?
- 消防火災探測器檢測維修時(shí)需要用到哪些維保檢測工具
- 各類(lèi)配電室、配電箱常見(jiàn)隱患及優(yōu)化措施
- 應急排煙排熱設施可以采用可熔性采光帶么?
- 設計院如何在數智化時(shí)代大顯身手?