近年來，太陽能光伏（PV）的應(yīng)用在全球范圍內(nèi)顯著增長，多數(shù)大型光伏系統(tǒng)設(shè)有防雷裝置，并具有過電壓防護(hù)措施。但是，一些中小型屋頂光伏系統(tǒng)，包括國際標(biāo)準(zhǔn)提倡的產(chǎn)消式低壓電氣裝置（PEI）中各類小型光伏系統(tǒng)可能不需要設(shè)置外部防雷裝置（LPS），對它們進(jìn)行適當(dāng)?shù)娘L(fēng)險評估非常有必要。因?yàn)檫@將產(chǎn)生一個保護(hù)水平，而防雷措施的價格和效率與這一保護(hù)水平直接相關(guān)。保護(hù)過度會造成經(jīng)濟(jì)問題，保護(hù)不足則可能造成安全隱患。

建筑物屋頂設(shè)置或增加光伏系統(tǒng)一般不會增加或降低雷擊風(fēng)險，建筑物光伏系統(tǒng)的防雷分類應(yīng)與所安裝建筑物的防雷分類一致。

在IEC標(biāo)準(zhǔn)中，有3個標(biāo)準(zhǔn)涉及到大氣瞬態(tài)過電壓防護(hù)，包括如何選擇和安裝電涌保護(hù)器（SPD），這3個標(biāo)準(zhǔn)分別是：① GB / T 21714.2 - 2015 / IEC 62305 - 2：2010《雷電防護(hù) 第2部分 風(fēng)險管理》，它是全面、詳細(xì)的建筑物防雷風(fēng)險評估標(biāo)準(zhǔn)；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(hù) 電壓騷擾和電磁騷擾防護(hù)》，針對電氣裝置大氣過電壓防護(hù)；③ GB / T 16895.32 - 2021 / IEC 60364 - 7 - 712:2017《低壓電氣裝置 第7 - 712部分：特殊裝置或場所的要求 太陽能光伏(PV)電源系統(tǒng)》，針對光伏直流系統(tǒng)大氣過電壓防護(hù)。

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：雷擊線路；④ S4：雷擊線路附近。

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(jì)價值損失風(fēng)險。

根據(jù)各類風(fēng)險分量，計(jì)算總的風(fēng)險，并與標(biāo)準(zhǔn)提出的可容許風(fēng)險水平（RT）進(jìn)行比較。當(dāng)總風(fēng)險低于可容許風(fēng)險水平時，無需采取額外的防雷措施；否則，應(yīng)采取相應(yīng)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(shè)計(jì)規(guī)范》主要參照IEC防雷標(biāo)準(zhǔn)修訂，根據(jù)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，第一、二、三類防雷建筑物按防S1和S2雷擊選用SPD。各類防雷建筑物均要求在電源引入處設(shè)置SPD，根據(jù)絕緣配合要求，還應(yīng)設(shè)置后續(xù)的協(xié)調(diào)配合的SPD。

電氣裝置大氣過電壓風(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的簡化方法，僅考慮“電氣裝置對供配電系統(tǒng)引入，包括直接雷擊供配電系統(tǒng)大氣瞬態(tài)過電壓和操作過電壓的防護(hù)的要求”，不包括S1、S2和S4威脅。

這種簡化方法只涉及經(jīng)濟(jì)風(fēng)險，只計(jì)算線路上的電涌（感應(yīng)電涌和直接電涌）。大氣過電壓的風(fēng)險模型見圖1，大氣過電壓特性取決于如下因素：① 供配電系統(tǒng)的線路敷設(shè)(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(tǒng)的電壓等級。

不設(shè)置防雷裝置時，長距離線纜中的電子部件也會受損。這是因?yàn)樗矐B(tài)電壓和電流會沿著連接電纜傳播，盡管損壞程度可能不如雷擊點(diǎn)附近的電子部件嚴(yán)重。此外，瞬態(tài)電壓還會導(dǎo)致電子部件性能下降。

對于中小型屋頂光伏系統(tǒng)，僅考慮供配電系統(tǒng)引入的威脅類型具有一定的合理性。由于中壓架空線路的運(yùn)行距離較長，導(dǎo)線的環(huán)路較大，比低壓線路遭遇雷擊的風(fēng)險更高。中壓線路通過與基礎(chǔ)設(shè)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(nèi)。

這種評估方法采用計(jì)算風(fēng)險水平（CRL）來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)過電壓，通過SPD的電壓保護(hù)水平與被保護(hù)設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)絕緣配合，避免被保護(hù)設(shè)備永久性損壞。

過電壓保護(hù)分為兩類：

a. 當(dāng)可能對以下建筑或設(shè)施造成影響時應(yīng)提供瞬態(tài)過電壓防護(hù):① 人身生命相關(guān),例如安全設(shè)施、醫(yī)療救護(hù)設(shè)備；② 公共設(shè)施和文化遺產(chǎn),例如公共設(shè)施、信息技術(shù)(IT)中心、博物館；③ 商業(yè)或工業(yè)機(jī)構(gòu),例如酒店、銀行、工業(yè)、商業(yè)市場、農(nóng)場。

b. 對于其他情況,應(yīng)進(jìn)行風(fēng)險評估來確定是否需要瞬態(tài)過電壓防護(hù)。CRL由下式得出:

式中:f_env —— 環(huán)境系數(shù),農(nóng)村和郊區(qū)環(huán)境與市區(qū)環(huán)境取值差異與環(huán)境內(nèi)建筑物的密度有關(guān)，其取值如表1所示；

  L_p —— 風(fēng)險評估長度，km，計(jì)算見式（2）；

  N_g —— 對電力線路及其連接建筑物的地區(qū)雷擊大地密度，次數(shù) / (km²·a)。

總長度（L_PAL + L_PCL + L_PAH + L_PCH）限值為1 km，當(dāng)線路長度超過1 km時，電涌將減弱，超過的部分不再有危害。其中，L_PAL是最重要的參數(shù)，因?yàn)榈蛪杭芸站€路會比地下低壓電纜承受更多的直接沖擊和感應(yīng)電涌。此外，高壓架空線路也容易受到多次雷擊，但由于與高壓 / 低壓變壓器相連，低壓線路的傳導(dǎo)電涌會減少80 %。這就解釋了L_p公式中每條線路長度所使用系數(shù)的差別。

若CRL ≥ 1 000,不需設(shè)置大氣瞬態(tài)過電壓防護(hù)。

若CRL ＜ 1 000,則需要設(shè)置大氣瞬態(tài)過電壓防護(hù)。

根據(jù)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(cè)通常仍需要設(shè)置后續(xù)的SPD防護(hù)。

計(jì)算風(fēng)險水平（CRL）示例

以某中壓架空線路供電市區(qū)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(shù)f_env = 850,L_PAL取0.1 km；L_PCL取0.2 km；L_PAH取0.1 km；L_PCH取0.6 km。

風(fēng)險評估長度：

建筑物電源引入處應(yīng)設(shè)置SPD進(jìn)行過電壓防護(hù)。