1. 综述
雷电击中物体会产生强烈的破坏作用。防雷是人类同自然斗争的一个重要课题，安装避雷针是人们行之有效的防雷措施之一。避雷针由接受器、接地引下线和接地体（接地极）三部分串联组成。避雷针的接受器是指避雷针顶端部分的金属针头。接受器的位置都高于被保护的物体。接地引下线是避雷针的中间部分，是用来连接雷电接受器和接地体的。接地引下线的截面积不但应根据雷电流通过时的发热情况计算，使其不会因过热而熔化，而且还要有足够的机械强度。接地体是整个避雷针的最底下部分。它的作用不仅是安全地把雷电流由此导入地中，而且还要进一步使雷电流在流入大地时均匀地分散开去。
避雷针的工作原理就其本质而言，避雷针不是避雷，而是利用其高耸空中的有利地位，把雷电引向自身，承受雷击。同时把雷电流泄入大地，起着保护其附近比它矮的建筑物或设备免受雷击的作用。
避雷针保护其附近比它矮的建筑物或设备免受雷击是有一定范围的。这范围像一顶以避雷针为中心的圆锥形的帐篷，罩在帐篷里面空间的物体，可以免遭雷击，这就是避雷针的保护范围。
在避雷针保护范围的计算方法主要有“折线法”和“滚球法”。其中“折线法”在电力系统中应用较多，也比较成熟原来也称为“规程法”，因最早在电力行业标准DL/620—1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》中应用，后来GB/T 50064-2014《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合设计规范》中进行了优化； “滚球法”在国标GB 50057-2010《建筑物防雷设计规范》中进行了说明。
根据相关论文的描述，“滚球法”比“折线法”规定相对严格一些，同样的计算条件下，折现法的避雷针保护范围与滚球法中的三级防雷建筑类似。
对于光伏发电站， 根据DL/T 1364-2014 《光伏发电站防雷技术规程》和GB/T 32512-2016《光伏发电站防雷技术要求》的规定，采用滚球法进行防雷计算。
2. 防雷设计要求
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备注：本部分内容，主要依据DL/T 1364-2014 《光伏发电站防雷技术规程》、GB/T 32512-2016《光伏发电站防雷技术要求》和GB 50057-2010《建筑物防雷设计规范》的规定进行说明。 2.1 总体要求
（1） 在进行光伏发电站防雷设计时，应综合考虑地理、地质、土壤、气象、环境等条件和雷电活动规律以及防护目标的特点等因素，详细研究防雷装置的形式及其布置，制定合理的防雷方案，将光伏方阵、光伏发电单元其它设备（包括汇流箱、逆变器、就地升压变压器等）、站区升压站、综合楼（配电室、办公室、通讯机房等）的防雷措施协调统一，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。
（2） 光伏发电站防雷设计应与工作接地和保护接地统一规划。
（3） 在既有建筑上安装或改造的光伏发电站应充分利用原有建筑的防雷系统。
（4） 光伏发电单元各室外设备应采取防直击雷措施。防雷设施不应遮挡光伏组件，光伏发电站各个防护目标的防雷措施应符合下表。
防护措施 防护目标 光伏方阵 汇流箱 逆变器 低压交流配电箱 就地升压变压器 集电线路 高压交流配电装置 电气二次设备 主变压器 架空送出线路 建（构）筑物 防直击雷 √ √ ○ ○ ○ √ ○ √ √ √ 防雷击电磁脉冲 √ √ √ √ √ √ √ √：应设防直击雷保护措施； ○：当室外布置时，应设防直击雷保护措施。 （5） 光伏发电站电气装置、设施的金属部件应进行等电位连接并接地。 （6） 通讯及信号线路雷电防护宜采取屏蔽和合理布线措施。 （7） 光伏发电站宜采用共用（联合）接地。 2.2 防直击雷
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（1） 光伏方阵应采取防雷措施，光伏组件金属框架或夹件应与支架接触良好并可靠接地。
（2） 光伏发电站可增加接闪器，接闪器不应遮挡光伏组件。
（3） 独立接闪器和引下线与光伏发电站电气设备、线路的安全距离应符合GB/T 50064《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合设计规范》。
（4） 光伏发电站的接闪器应可靠接地。
（5） 建筑物屋面光伏方阵接闪器应与建筑物防直击雷系统进行综合设计。 （6） 地面光伏发电站增加接闪器时，可采用独立接闪针（线）、接闪带等防雷措施。
（7） 地面光伏发电站辅助建（构）筑物防雷接闪器应按GB50057第三类防雷建筑物要求设计。
（8） 屋面光伏方阵防雷接闪措施应与建筑物防雷接闪措施相结合，可采用屋面接闪器。
（9） 屋面光伏方阵防雷接闪器应与建筑物屋面避雷带进行等电位连接。 （10） 室外布置的逆变器、箱式变压器等宜充分利用其箱体金属外壳对设备进行雷电防护，采用非金属箱体时，应设置接闪器对设备进行防护。
（11） 升压站防雷接闪器应按GB/T 50064《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合设计规范》规定执行。
（12） 接闪针每个支撑杆（塔）至少应安装一根引下线。支撑杆（塔）为金属材料或互联钢筋时，可作引下线。
（13） 接闪器采用接闪线（带）时，每一支点至少应设一根引下线。 （14） 建（构）筑物接闪器的引下线应利用建（构）筑物内的钢筋或建（构）筑物金属构件，无钢筋建构筑物应另设引下线，数量不应少于2根，且应均匀布设在受保护建筑物上。
（15） 引下线、接闪器的材料、尺寸及使用条件应按GB/T 32512《光伏发电站防雷技术要求》规定执行。
（16） 光伏方阵接地装置的工频接地电阻应按GB/T 32512《光伏发电站防雷技术要求》规定执行。
地面光伏发电站光伏方阵接地装置的工频接地电阻不宜大于10Ω，高电阻
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地区(电阻率大于2000Ω・m)最大值应不高于30Ω。
（17） 接闪针（线）独立接地装置边缘与其他接地网边缘在土壤中的水平距离不宜小于0.3Rm时（R为独立接地装置冲击接地电阻），接地装置冲击接地电阻与工频接地电阻的换算见DL/T 1364-2014 《光伏发电站防雷技术规程》附录C。
（18） 光伏方阵接地网、建筑物接地网、升压站接地网等接地网边缘应采用不少于2根导体在不同地点与水平接地网相互连接构成共用接地网。
（19） 光伏组件支架应至少在两端接地，光伏方阵接地网的工频接地电阻宜不大于10 Ω。当工频接地电阻达不到要求时，可采用以下措施：
1）增加接地极； 2）将临近接地极连接； 3）将接地极与接地网连接。
（20） 建筑物屋面光伏方阵接地应充分利用建筑物的接地装置，光伏方阵单元支架应与建筑物屋面避雷带可靠连接并接地。
（21） 接地网应充分利用光伏方阵基础钢筋等建（构）筑物自然接地体；在自然接地体不能满足要求时，增设人工接地体。
（22） 人工接地体宜由垂直接地极和水平接地体构成，环形埋设，其外缘应闭合。水平接地体之间连接点附近宜设置垂直接地极。接地体的埋设深度不应小于 0.5 m。在冻土地区应敷设在冻土层以下。
（23） 人工垂直接地极的埋设间距应不小于垂直接地体长度的两倍，受场地限制时可适当减小。
（24） 人工垂直接地极宜采用热镀锌角钢、钢管或圆钢，也可采用复合接地材料。埋于土壤中的人工水平接地体宜采用热镀锌扁钢或圆钢。
（25） 根据现场的土壤和气候条件选择合适的接地材料，接地材料的使用年限宜与地面设施的使用年限相匹配，埋于腐蚀性土壤中的接地极应采用防腐蚀能力强的接地体，接地体的防腐蚀设计按GB/T 50065交流电气装置的接地设计规范。
（26） 在高土壤电阻率地区，宜采用降低接地电阻的措施。
（27） 接地装置的材料及使用条件应满足GB/T 32512《光伏发电站防雷技术要求》的规定。
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（28） 接地装置应采取防止发生机械损伤的措施，在与公路或管道等交叉及其他可能使接地装置遭受损伤处，均应用钢管等加以保护。
（29） 接地装置引向建筑物的入口处、检修用临时接地点处以及站内主接地网引出点（光伏方阵、光伏方阵其他发电单元、综合楼、站内升压站接地网的连接处），均应设置标识。
（30） 升压站接地网的设计按GB50065标准执行。 2.3 防雷击电磁脉冲 （1） 光伏方阵等电位连接
a） 每排光伏方阵组件金属框架应相互电气连通，组件金属框架或夹件应
与金属支架可靠连接，连接点过渡电阻值不应超过0.03Ω； b） 每排光伏金属支架应至少两端接地；
c） 屋面光伏方阵组件金属框架应就近与屋面避雷带连接 （2） 汇流箱等电位连接
a） 汇流箱应设接地端子或端子板。地面汇流箱接地端子应就近连接到接
地网。屋面汇流箱接地端子应与屋面等电位连接网络连接。 b） 电涌保护器接地端、进出汇流箱的线缆金属外皮、金属屏蔽管、汇流箱
金属外壳等应与接地端子可靠连接。 （3） 室内设备、线路等电位连接
a） 集控室、继电保护室、逆变器室等应设置总等电位接地端子板，端子板
宜采用截面积不小于100mm2的铜带，总等电位接地端子板与接地装置的连接应不少于两处。
b） 室外进入建（构）筑物的金属管屏蔽层宜在入口处就近连接到总等电位
连接端子板上。
c） 各机柜内应设机柜等电位接地端子板，端子板宜采用截面积不小于50
mm2的铜带。
d） 机柜内电气和电子设备的金属外壳、机柜、机架、金属管、槽、屏蔽线
缆金属外层、电子设备防静电接地、安全保护接地、功能性接地、电涌保护器接地端等均应以最短的距离与机柜等电位接地端子板连接。 e） 等电位连接导体宜采用多股铜芯导线或铜带，连接导体最小截面积应
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符合下表的规定。
表2 等电位连接导体最小截面积 名称 总接地端子板与接地网之间的连接导体 总接地端子板之间及其与机柜端子板间的连接导体 材料 多股铜芯导线或铜带 多股铜芯导线或铜带 最小截面积mm2 25 16
（4） 光伏发电站进入集控室、继电保护室的信号线路宜使用屏蔽电缆或敷
设在金属管道内，当信号线路未采用屏蔽电缆或敷设在金属管道内时，宜在进入建筑物时安装电涌保护器。
（5） 位于建筑内的光伏发电站设备的电源线路和信号与控制线路宜分开敷
设，敷设时应减小由线缆自身形成的电磁感应环路面积。
（6） 汇流箱、逆变器直流侧应安装满足光伏发电系统特性的直流电涌保
护器，逆变器交流侧应安装满足GB 18802.1规定的交流电涌保护器，升压变压器低压侧宜安装交流无间隙氧化锌避雷器。电涌保护器的有效保护水平应低于被保护设备的耐冲击电压额定值。
（7） 电源电涌保护器宜具有脱离装置、劣化指示、遥信功能，并可根据实际
需要选择雷电记录等功能。电涌保护器主要技术特性参数参见DL/T 1364-2014《光伏发电站防雷技术规程》附录D。
（8） 直流电源电涌保护器的最大持续工作电压应大于光伏组件串开路电
压的1.2倍。光伏系统直流电源电涌保护器的额定短路电流应大于光伏组件串的预期短路电流。
（9） 直流电源电涌保护器的冲击电流和标称放电电流参数宜符合下表的规
定。
表3 直流电源电涌保护器冲击电流和标称放电电流参数
电涌保护器参数 汇流箱 冲击放电电流 （kA） Ⅰ类试验 ≥5
逆变器前端 标称放电电流 （kA） Ⅱ类试验 ≥10 其他敏感设备端口处 标称放电电流 （kA） Ⅱ类试验 ≥3 6
标称放电电流（kA） Ⅱ类试验 ≥20 （10） 交流电源线路电涌保护器的选择应符合下列规定：
a） 电涌保护器的最大持续工作电压应大于系统标称电压的1.15倍； b） 各级电涌保护器应能承受安装位置处预期的雷电流。I类试验的电涌保
护器，其冲击放电电流不应小于5 kA；Ⅱ类试验的电涌保护器，其标称放电电流不应小于10 kA；Ⅲ类试验的电涌保护器，其标称放电电流不应小于5kA。
（11）信号线路电涌保护器的选择应符合下列规定：
a） 信号线路电涌保护器应根据线路的工作频率、传输速率、传输带宽、工
作电压、接口形式和特性阻抗等参数，选择插入损耗小、分布电容小、并与纵向平衡、近端串扰指标适配的电涌保护器。最大持续工作电压应大于线路上的最大工作电压1.2倍，电压保护水平应低于被保护设备的耐冲击电压额定值；
b） 信号线路电涌保护器宜设置被保护设备端口处。根据雷电过电压、过电
流幅值和设备端口耐冲击电压额定值，可设单级电涌保护器，也可设能量配合的多级电涌保护器；
c） 信号线路电涌保护器的参数宜符合下表的规定。
表4 信号线路电涌保护器的参数推荐值
安装区域 短路电流 10/350μs 开路电压 1.2/50μs 电涌 短路电流 8/20μs 范围 开路电压 10/700μs 短路电流 5/300μs 4kV 100A 0.5kV～4kV 25A～100A — 0.25kA～5kA 室外及入户处 0.5kA～2.5kA 室内 — 0.5kV～10kV （12）电涌保护器连接导体应采用铜导线，应满足GB32512 《光伏发电站防
雷技术要求》的规定。
（13）升压变压器高压侧应设置避雷器。避雷器应满足GB11032中的相关要
求。
3. 施工注意事项 3.1 接闪器和引下线
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（1） 光伏组件金属边框或金属夹件应与金属支架做电气连通，连接方式宜采用螺栓连接，螺栓直径应不小于8mm，连接导体宜采用50mm2铜绞线或铜带。 （2） 安装接闪针时，针体段与段之间连接处螺栓应紧密。接闪针基座与支撑件的焊接应牢固，符合设计要求。
（3） 接闪器焊接固定的焊缝应饱满无虚焊，螺栓固定的应备帽等防松零件应齐全，焊接部分补刷的防腐油漆应完整。
（4） 接闪带所有焊接点应牢固可靠，并进行防腐处理。接闪带应平正顺直，固定点支持件间距应均匀，固定可靠，接闪带支持件间距应符合水平直线距离为0.5m～1m的要求。每个支持件应能承受49N的垂直拉力。
（5） 在建筑物外墙敷设专用引下线时，专用引下线两端应分别与接闪器和接地装置做可靠的电气连接。接闪带带体敷设应整齐美观，线条平直。引下线应有标识。
（6） 明敷引下线应平直，无急弯。卡钉应分段固定，且能承受49N的垂直拉力。引下线支持件间距应符合水平直线部分0.5m～1m，垂直直线部分最大为1m，弯曲部分0.3m～0.5m的要求。 3.2 接地装置
（1） 光伏方阵的接地施工宜利用桩基的自然接地体做贯通连接，连接方式宜采用焊接。当难以采用自然接地体做贯通连接时，可敷设人工接地连接导体。 （2） 就地升压变与升压站的接地施工应满足设计图纸要求，并符合GB/T 50065标准的要求。
（3） 人工接地网的敷设应符合以下规定：
a） 人工接地体在土壤中的埋设深度不应小于0.5m，并宜敷设在当地冻土
层以下，其距离墙或基础不宜小于1m；
b） 人工接地网的外缘应闭合，外缘各角应做成圆弧形，圆弧的半径不宜小
于均压带间距的一半；
c） 升压站接地网内应敷设水平均压带，按等间距或不等间距布置； d） 35kV及以上升压站接地网边缘经常有人出入的走道处，应敷设碎石、
沥青路面或在地下装设2条与接地网相连接的均压带；
e） 垂直接地体坑内、水平接地体沟内宜用低电阻率土壤回填并分层夯实。
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若原来土壤是导电率差的回填土，应用导电性好的泥土回填。 （4） 接地线应采取防止发生机械损伤和化学腐蚀的措施。在与公路或管道等交叉处及其他可能使接地遭受损伤处，均应用钢管加以保护。热镀锌钢材焊接时应在焊接痕外100mm内做防腐处理。
（5） 接地线引向建筑物的入口处、检修用临时接地点以及站内主接地网引出点（光伏方阵、综合楼、站内升压站与主接地网的连接处），均应设置标识，刷白色底漆并标以黑色记号，其符号为“标识。
（6） 钢质接地装置宜采用焊接连接，其搭接长度应符合下列规定： a） 扁钢与扁钢搭接为扁钢宽度的2倍，不少于三面施焊； b） 圆钢与圆钢搭接为圆钢直径的6倍，双面施焊； c） 圆钢与扁钢搭接为圆钢直径的6倍，双面施焊；
d） 扁钢和圆钢与钢管、角钢互相焊接时，除应在接触部位两侧施焊外，还
应增加圆钢搭接件； e） 焊接部位应做防腐处理。
（7） 导体为铜材与铜材或铜材与钢材时，连接工艺应采用放热焊接，熔接接头应将被连接的导体完全包在接头里，放热焊接接头的表面应平滑。应保证连接部位的金属完全熔化，无贯穿性的气孔，并应连接牢固。
（8） 接地装置连接应可靠，连接处不应松动、脱焊、接触不良。接地装置施工完工后，测试接地电阻值必须符合设计要求，隐蔽工程部分应有检查验收合格记录。
3.3 等电位连接系统
（1） 等电位连接网络的连接宜采用焊接、熔接或压接。连接导体与等电位接地端子板之间应采用螺栓连接，连接处应进行热搪锡处理。
（2） 等电位连接导线应使用具有黄绿相间色标的铜质绝缘导线。 （3） 对于暗敷的等电位连接线及其连接处，应做隐蔽记录，并在竣工图上注明其实际部位走向。
（4） 等电位连接带表面应无毛刺、明显伤痕、残余焊渣，安装应平整端正、连接牢固，绝缘导线的绝缘层无老化龟裂现象。
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”。同一接地体不应出现两种不同的
（5） 采用混凝土基础固定支架时，光伏方阵支架与基础钢筋应牢固连接。屋面光伏方阵支架的基础钢筋与接地网应焊接。
（6） 普通钢材支架的全部及热镀锌钢材支架的焊接部位，应进行涂防锈漆等防腐处理。 3.4 过电压保护装置
（1） 低压配电系统和信号与控制系统中所安装的过电压保护器的安装布置
应符合工程设计文件的要求，并应符合有关标准。
（2） 电源线路的各级电涌保护器应分别安装在被保护设备电源线路的前端，电涌保护器各接线端应分别与配电箱内线路的同名端相线连接。电涌保护器的接地端与配电箱的保护接地线（PE）接地端子板连接，配电箱接地端子板应与接地装置连接。
（3） 各级电涌保护器连接导线应平直，其长度不宜超过0.5m。
（4） 带有接线端子的电源线路电涌保护器与导线连接时应采用压接；带有接线柱的电涌保护器宜采用线鼻子与接线柱连接；模块式电涌保护器应直接安装到DIN35mm导轨上。接线应牢固无松动。 （5） 避雷器的安装应符合下列要求：
a） 并列安装的避雷器三相中心线应在同一直线上，铭牌应位于易于观察
的一侧。
b） 拉紧绝缘子串必须紧固；弹簧应能伸缩自如，同相各拉紧绝缘子串的拉
力应均匀。
c） 避雷器引线的连接不应使端子受到超过允许的外加应力。
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