Быстрый ответ: как выбрать DC SPD для солнечной установки

Выбирайте DC SPD по четырём параметрам: максимальному напряжению холостого хода массива, максимальному току короткого замыкания, наличию системы молниезащиты и схеме заземления. Размерьте максимальное непрерывное рабочее напряжение до Ucpv ≥ 1,2 × максимальное Voc батареи (IEC 61643-32), выбирайте Тип 2 для обычных крыш или Тип 1+2 где присутствует воздействие молнии или система молниезащиты (LPS), и подтвердите, что устройство рассчитано на DC с интегрированным тепловым разъединителем. Соответствуйте классу напряжения системы: 600 V, 1000 V или 1500 V.

DC устройство защиты от перенапряжений выходит из строя иначе, чем AC устройство. В холодное ясное утро фотогальваническая строка достигает максимального напряжения за год, массив становится активным в момент появления солнца, и отсутствует переменное нулевое пересечение, которое помогло бы погасить внутреннюю дугу. SPD, выбранный по номинальному напряжению системы — «система 1000 В, значит устройство на 1000 В подходит» — может постоянно работать в перегрузке, увеличивать ток утечки и сработать по тепловому расцепителю за месяцы до окончания срока службы. Защищающее число — это не номинальное напряжение, а реальное максимальное напряжение холостого хода массива с запасом, от которого зависят все остальные параметры.

Это руководство рассматривает выбор DC SPD так, как это делает сборщик щитов или проектировщик EPC: определение параметров массива, выбор напряжения, выбор типа, установка защитных номиналов, затем проверка тока короткого замыкания, теплового разъединителя, конфигурации, заземления, технических данных, стороны AC и жизненного цикла. Оно следует структуре IEC 61643-31 (стандарт изделия для PV DC SPD) и IEC 61643-32 (выбор и применение). Для более широкого обзора устройств типов 1, 2 и 3 и обеих сторон AC и DC смотрите полное руководство по устройствам защиты от импульсных перенапряжений; эта статья — компаньон по стороне DC, который подробно рассматривает особенности выбора для солнечного массива.

Почему DC SPD — это не просто повернутый AC SPD

Соблазн использовать запасной AC SPD на стороне PV — самая опасная ошибка в молниезащите солнечных систем. Переменный ток проходит через ноль сто раз в секунду; когда варистор на конце срока службы начинает проводить ток, этот естественный нулевой переход помогает внутреннему разъединителю отключить ток. Фотогальванический массив подает постоянный ток без нулевого перехода. Изношенный варистор может поддерживать DC дугу, нагреваться и стать источником пожара, а не безопасно отключаться.

Защитный элемент работает одинаково в обеих системах: варистор (MOV) при нормальном напряжении фактически является разрывом цепи и за наносекунды переходит в низкоомное состояние при превышении порога, отводя перенапряжение на землю и ограничивая напряжение. Некоторые устройства сочетают MOV с газоразрядной трубкой (GDT) последовательно для устранения тока утечки и улучшения режима отказа. Изменяется не физика ограничения, а поведение при отказе после старения элемента, поэтому все устройство — его номинал напряжения, разъединитель и внутренняя топология — разработано для DC.

По этой причине соответствующий PV DC SPD построен иначе. Он рассчитан на непрерывную работу в DC, его режимы защиты организованы для плавающего или функционально заземленного DC массива, а не для нейтральной системы AC, и оснащен встроенным терморазмыкателем разъединителем, который изолирует варистор при отказе без опоры на нулевой ток. IEC 61643-31 четко указывает, что эти устройства предназначены для DC стороны PV генераторов и инверторов — AC SPD не соответствует этим требованиям и не должен использоваться вместо них. Это другая задача, чем защита от длительных перенапряжений и понижений напряжения в сети; если вас интересует медленное повышение или падение напряжения, а не микросекундные переходные процессы, это область защиты от повышенного и пониженного напряжения, а не SPD.

Начните с массива: четыре входных параметра, определяющих выбор SPD

Каждый параметр в спецификации SPD отвечает на вопрос о массиве. Определите эти четыре входных параметра, прежде чем рассматривать какое-либо изделие:

Максимальное напряжение холостого хода, Uoc(max). Не номинальное напряжение системы — а наибольшее напряжение, которого может достичь цепочка, возникающее при холостом ходе самым холодным ожидаемым утром. Оно задаёт Ucpv.
Максимальный ток короткого замыкания, Iscpv. Ожидаемый ток короткого замыкания массива в месте установки SPD, увеличенный с учётом облучённости и температуры. Он задаёт требование к стойкости при коротком замыкании и определяет, нужно ли внешнее резервное устройство.
Подверженность молниям и наличие LPS. Имеется ли на объекте система молниезащиты, находится ли он в открытом месте или в зоне высокой плотности молний, либо невозможно выдержать расстояние развязки от токоотводов. Это определяет выбор между Type 2 и Type 1+2.
Схема заземления и длина DC-кабеля. Функционально заземлённый или плавающий массив, а также длина кабеля между массивом и инвертором. Это определяет внутреннюю конфигурацию SPD и сколько точек установки SPD требуется системе.

Определите эти четыре параметра правильно — и остальная часть спецификации становится формальностью. Ошибётесь в них — и никакой заявленный разрядный ток не спасёт установку.

Выбор Ucpv: правило 1,2 × Voc и проверка на холодное утро

Ucpv — это максимальное длительное рабочее напряжение, которое SPD может выдерживать неограниченно долго без деградации. Каждый режим защиты внутри устройства — плюс-земля, минус-земля и полюс-полюс — должен оставаться выше наибольшего напряжения массива при всех условиях эксплуатации. IEC 61643-32 формулирует правило напрямую:

Ucpv ≥ 1,2 × Uoc(max), где Uoc(max) — максимальное напряжение холостого хода массива при стандартных условиях испытаний.

Коэффициент 1,2 — не произвольный запас. Напряжение холостого хода растёт по мере того, как температура элемента опускается ниже 25 °C стандартных условий испытаний, примерно на 0,3 % на градус для кристаллического кремния. Запас в 20 % поглощает этот рост в холодную погоду для большинства климатических зон, поэтому SPD никогда не работает на уровне или выше своего Ucpv, когда массив достигает пика на рассвете.

Пример расчета: строка класса 1500 V

Возьмем строку из 24 модулей, каждый с напряжением холостого хода при STC 49,5 V.

Максимальное Uoc массива при STC = 24 × 49,5 V = 1188 V.
Применим стандартный запас: Ucpv ≥ 1.2 × 1188 V = 1426 V.
Выбираем следующий класс напряжения выше этой величины: DC SPD класса 1500 V (Ucpv номиналом 1500 В).

Перепроверяем холодное утро для экстремальной площадки. При расчётной минимальной температуре элемента −10 °C температурная составляющая равна падению на 35 градусов × 0,3 %/°C ≈ +10,5 %, поэтому Voc возрастает примерно до 1188 × 1,105 ≈ 1313 В — всё ещё с комфортным запасом ниже 1500 В Ucpv. Для очень холодного климата вычислите Voc при вашем минимальном проектном температурном значении с учётом температурного коэффициента модуля и подтвердите, что Ucpv всё ещё превышает это значение; коэффициент 1,2 покрывает обычные условия, а не арктическую установку. Затем выберите из класса по списку:

Системы до ~600 В → класс Ucpv 600 В (или выше).
Системы 1000 В → класс 1000 В.
Системы 1500 В → класс 1500 В.

Тип 2 или Тип 1+2? Подберите SPD в соответствии с уровнем воздействия молнии

Тип — это решение, связанное с риском удара молнии, а не уровень качества. Он определяется четвёртым исходным параметром выше и проектом молниезащиты объекта.

Тип 2 устройства испытываются формой волны 8/20 мкс и характеризуются номинальным разрядным током (In) и максимальным разрядным током (Imax). Они справляются с наведёнными перенапряжениями и коммутационными переходными процессами — повседневной угрозой на крыше здания без внешней системы молниезащиты. Это охватывает большинство жилых и коммерческих кровельных массивов.
Тип 1+2 устройства добавляют рейтинг частичного тока молнии, импульсный ток Iimp, испытанный по форме 10/350 µs, при этом обеспечивая защиту Типа 2. Указывайте их там, где присутствует система молниезащиты и невозможно соблюдать расстояние разделения, на открытых наземных установках и вершинах холмов, а также в регионах с высокой плотностью молниевых разрядов — везде, где часть прямого тока молнии может проводиться на стороне DC.

Решающий вопрос заключается в том, может ли прямой или частичный ток молнии достичь проводки массива, что оценивается посредством анализа риска молниезащиты объекта (серия IEC 62305). Если ответ «да», дополнительная способность Iimp устройства типа 1+2 защищает от энергии, которую испытание типа 2 не отражает. Если ответ однозначно «нет», правильно подобранное устройство типа 2 является верным и более экономичным выбором, а не компромиссом.

Рейтинги на стороне DC, которые действительно защищают инвертор

После определения напряжения и типа три параметра определяют, защищён ли инвертор за SPD:

Параметр	Что он означает	Правило выбора
Вверх (уровень защиты по напряжению)	Напряжение пропускаемое SPD к оборудованию во время перенапряжения	Держитесь как минимум примерно на 20 % ниже импульсного выдерживаемого напряжения (Uw) входа постоянного тока инвертора, чтобы сохранить запас после потерь на длине проводов.
В (номинальный разрядный ток)	Ток 8/20 µs, который SPD может многократно отводить без повреждений	Более высокий In даёт больше запаса и более длительный срок службы на открытых объектах; рассматривайте его как рабочий параметр, а не как максимум
Imax (максимальный разрядный ток)	Ток одного импульса 8/20 µs, который SPD может выдержать один раз	Предел выживаемости для тяжёлого события, а не рабочая величина; задавайте с запасом выше ожидаемого перенапряжения, а не равным ему

Up — это параметр, который чаще всего игнорируется и который самым непосредственным образом определяет, выживет ли инвертор. Устройство с впечатляющим Imax, но с Up, близким к выдерживаемому напряжению инвертора, пропускает переходный процесс, который электроника не может поглотить. Например, в линейке JUTRION solar DC для устройств на 40 кА (8/20 мкс Imax) указывается Up, чтобы это согласование можно было проверить по паспорту инвертора, а не предполагать.

Скоординируйте ступени и проверьте встроенный SPD инвертора.

Два вопроса, связанные с SPD, определяют, помогут ли дополнительные устройства или просто потратят деньги впустую.

Энергетическое согласование между ступенями. Когда устройство типа 1+2 у массива или в коробке соединения работает совместно с устройством типа 2 у инвертора, они должны быть энергетически скоординированы так, чтобы верхнее устройство принимало основной удар энергии, а нижнее — лишь остаток. Координация достигается достаточным расстоянием кабеля постоянного тока между ступенями — примерно 10 метров обеспечивают достаточную индуктивную развязку — или, если такого расстояния нет, с помощью индуктора развязки или проверенного производителем координированного комплекта. Смешивание устройств двух производителей без определённой развязки может привести к перегрузке нижнего SPD; следуйте данным координации производителя, а не предполагайте, что любые два устройства совместимы.

Инвертор может уже содержать DC SPD. Многие современные стринговые инверторы поставляются с интегрированным SPD Типа 2 на стороне DC или с разъёмом для подключаемого модуля. Подтвердите это перед указанием внешнего устройства на входе DC инвертора: если инвертор уже защищает свои клеммы, внешняя защита должна быть на стороне массива или распределителя, где длинный DC кабель иначе остаётся незащищённым. Указание второго SPD в 200 мм от уже встроенного не защищает ничего нового и добавляет точку отказа.

Ток короткого замыкания, резервирование и терморазмыкатель: цепочка безопасности, которую конкуренты пропускают

Здесь спецификационный выбор отделяется от выбора из каталога, и большинство статей по солнечным SPD замолкают. Три связанных требования не позволяют неисправному SPD стать причиной DC неисправности.

Стойкость к току короткого замыкания (Iscpv / SCCR)

SPD должен выдерживать потенциальный ток короткого замыкания массива в месте установки. Сравните номинальный ток короткого замыкания устройства, Iscpv, с максимальным током короткого замыкания массива — примерно 1,25 × STC Isc модулей для соответствующего количества параллельных строк, коэффициент 1,25 учитывает усиление излучения и температуры согласно практике проектирования PV массивов (IEC 62548). Для коробки соединения с четырьмя параллельными строками модулей с номинальным током короткого замыкания 13,5 A STC это 1,25 × 13,5 A × 4 ≈ 68 А; SPD в этой позиции должен иметь номинал Iscpv примерно 68 A или выше. Значение Iscpv SPD должно быть равно или превышать эту величину в каждом месте установки.

Встроенный тепловой разъединитель

Поскольку DC дуга не имеет естественного нуля тока, IEC 61643-31 требует, чтобы SPD изолировался при отказе. На практике это тепловой разъединитель связано с варистором, который размыкает защитный путь при перегреве элемента в конце срока службы. Это обязательный элемент безопасности PV DC SPD, а не премиальная функция — устройство без него не должно использоваться на стороне DC.

Когда требуется внешнее резервное устройство

Внешний резервный предохранитель или разъединитель с DC-номиналом требуется только тогда, когда потенциальный ток короткого замыкания массива превышает номинал Iscpv SPD. Многие DC SPD для PV рассчитаны на выдерживание полного тока короткого замыкания строки и не требуют внешнего резерва; добавление ненужного предохранителя лишь вводит дополнительную точку отказа и увеличивает длину проводов. Ознакомьтесь с техническим паспортом SPD: в нем указан максимальный ток короткого замыкания массива, который устройство может выдержать самостоятельно, и, если требуется резерв, рекомендуемый номинал. Для крупных установок также указывайте устройство с контактом дистанционной сигнализации чтобы оператор видел SPD с окончанием срока службы в системе мониторинга, а не открывал шкафы для визуальной проверки индикаторов.

Схема подключения: стандартная 2-полюсная или Y для заземлённых и изолированных массивов

DC SPD для PV имеют более одной внутренней топологии, выбор зависит от схемы заземления массива. Два варианта, с которыми вы столкнетесь, это:

Стандартная 2-полюсная: варистор от положительного полюса на землю и ещё один от отрицательного полюса на землю. Просто и подходит для функционально заземлённых систем, где такая схема соответствует массиву.
Y-конфигурация (также называется 3+0 или полная защита): положительный и отрицательный полюса каждый подключены через варистор к общему узлу, который соединён с землёй через газоразрядную трубку (искровой промежуток). Поскольку искровой промежуток блокирует постоянный ток к земле, одиночный отказ варистора не создаёт постоянного замыкания полюс-земля, и такая схема подходит как для плавающих (незаземлённых), так и для функционально заземлённых массивов. Именно такую конфигурацию используют большинство PV DC SPD по этой причине.

Соответствуйте конфигурацию схеме заземления массива и подтвердите это по техническому паспорту SPD; устройство, выбранное только по напряжению и току, но подключенное в неправильной топологии, может сделать один из режимов защиты неэффективным или вызвать утечку.

Заземление, уравнивание потенциалов и выбор сечения проводников

SPD эффективен только при наличии качественного пути заземления, в который он разряжает ток перенапряжения. Ток перенапряжения, отклоняемый устройством, должен достигать массы земли по низкоомному пути, и если этот путь длинный, тонкий или плохо закреплен, напряжение прохода увеличивается независимо от хороших характеристик Up устройства.

Сечение проводника. Размер проводников подключения и заземления SPD рассчитывайте по току перенапряжения, а не только по рабочему току. Общая практика монтажа (IEC 60364-5-53) — не менее 6 мм² меди для устройства Типа 2 и не менее 16 мм² меди для устройства Типа 1 или Типа 1+2, которое несет часть тока молнии. Подтвердите эти значения в соответствии с местными правилами монтажа и инструкциями SPD.
Уравнивание потенциалов. Соедините клемму заземления SPD с заземлением рамы массива и основной системой заземления так, чтобы во время перенапряжения вся установка поднималась и опускалась синхронно, и не возникало опасной разности потенциалов на инверторе. В системах с молниезащитой это соединение является частью проекта заземления LPS, а не отдельным дополнительным элементом.
Соединения. В наружном распределительном боксе держите соединения затянутыми и защищёнными от коррозии; высокоомное соединение в пути на землю незаметно сводит на нет работу устройства.

Заземление — это часть спецификации, которую нельзя определить только по техническому описанию. Два одинаковых SPD, один с коротким заземляющим проводником 16 мм² и один с длинным недостаточно сечением, по-разному защищают инвертор.

Где устанавливать и два правила, определяющие остаточное напряжение

SPD защищает только то, что находится рядом с ним, поэтому расположение — часть спецификации, а не второстепенный момент.

На входе постоянного тока инвертора — если только инвертор уже не содержит согласованный SPD постоянного тока. Это оборудование, которое вы защищаете.
У массива или в распределительном боксе — когда длина кабеля постоянного тока между массивом и инвертором превышает примерно 10 метров. За этим расстоянием перенапряжение, наведённое на длинном кабеле постоянного тока, может создать напряжение, при котором один SPD на дальнем конце уже не защищает оба конца, поэтому защиту нужно обеспечить с обеих сторон.
В распределительных и перераспределительных боксах — в многострочных и крупных наземных системах — по одному SPD на группу строк плюс DC-разъединитель, согласно зонам защиты массива.

Затем два правила монтажа определяют, какое напряжение фактически достигнет оборудования:

Правило 0,5 м. Держите общую длину соединительных проводов — петлю через токоведущие полюса и заземляющий проводник — около 0,5 м. Каждый лишний отрезок провода добавляет индуктивное напряжение (V = L × di/dt) поверх Up устройства при быстром импульсе, поэтому аккуратная прокладка кабеля длинным путём вокруг корпуса незаметно повышает пропускаемое напряжение. Выбирайте кратчайший путь к шине и к заземляющей шине.
Сначала подключите заземление. Устанавливайте путь защитного заземления до подключения фазных проводников, чтобы путь разряда существовал с момента подачи питания на SPD.

Читайте техническое описание: декодер параметров SPD постоянного тока для PV

Спецификация безопасна только тогда, когда вы можете прочитать техническое описание без догадок. Вот строки, которые важны для SPD постоянного тока PV, и что каждая из них означает.

Строка технического описания	Что это означает	Что проверять
Ucpv (Uc DC)	Максимальное непрерывное рабочее напряжение постоянного тока	≥ 1,2 × максимальное Voc массива, для каждого режима защиты
Тип / Класс	Тип 2 (Класс II) или Тип 1+2 (Класс I+II)	Соответствует решению по воздействию молнии
Iimp (10/350 мкс)	Частичный импульсный ток молнии, испытание Типа 1	Присутствует и достаточен только там, где требуется Тип 1+2
In (8/20 мкс)	Номинальный разрядный ток, повторное воздействие	Рассчитан на воздействие на объекте; рабочая характеристика
Imax (8/20 мкс)	Максимальный единичный разрядный ток	Комфортный запас выше ожидаемого перенапряжения
Вверх	Уровень защиты по напряжению (пропускное напряжение)	≥ 20 % ниже напряжения выдержки постоянного тока инвертора
Iscpv / SCCR	Устойчивость к короткому замыканию на выводах	≥ максимальный ток короткого замыкания массива в этой точке
Время срабатывания (tA)	Как быстро элемент ограничивает напряжение	Наносекундный порядок для устройств на основе MOV
Термический разъединитель / индикатор	Внутренний предохранитель и окно состояния	Присутствует; зелено-красная индикация или флажок; предпочтителен съемный модуль
Дистанционный сигнальный контакт	Беспотенциальный контакт для мониторинга	Указывать на крупных или необслуживаемых объектах
Рабочая температура / IP	Диапазон условий окружающей среды и степень защиты	Соответствует климату корпуса комбайнера и корпусу
Полюса / монтаж / клеммы	2-полюсный или Y, 35 мм DIN-рейка, сечение проводника	Соответствует схеме заземления и размеру кабеля

Если какая-либо из этих строк отсутствует в техническом описании — особенно Ucpv, Iscpv или тепловой разъединитель — рассматривайте это как повод задать вопрос, а не как предположение. Устройство, которое не указывает свои параметры короткого замыкания или номинальное напряжение постоянного тока, не документировано для стороны постоянного тока.

Не забывайте об AC-стороне: защита всей PV-системы

Спецификация защиты от перенапряжений PV, ограниченная только DC-стороной, является неполной. То же молниевое или коммутационное событие, угрожающее массиву, достигает AC-выхода инвертора и точки подключения к зданию или сети, и эта сторона требует собственного SPD по IEC 61643-11 — AC устройство, рассчитанное на напряжение системы переменного тока (например, Uc около 275 В между фазой и землёй в системе 230/400 В), а не устройство постоянного тока.

Координируйте обе стороны: SPD Типа 2 AC на выходе инвертора и главном AC-щите для здания без внешней молниезащиты, или SPD Типа 1+2 AC в начале цепи при наличии LPS, повторяя логику DC-стороны. Линейка JUTRION AC — JUSPD-40AC (Тип 2) и JUSPD-12.5AC (Тип 1+2) — соответствует этим стандартам, позволяя одному поставщику обеспечить скоординированный комплект DC и AC, а не две несовместимые части.

Мониторинг, техническое обслуживание и замена

SPD является расходным элементом. Каждый перенапряженный импульс сокращает ресурс варистора, и устройство рассчитано на достижение конца срока службы с отключением, а не на катастрофический отказ. Учет этого жизненного цикла входит в процесс выбора, а не является отдельной темой обслуживания.

Съемные модули. Предпочитайте устройство с модулем защиты на базе с возможностью замены, который остаётся подключённым. Замена тогда занимает секунды и не нарушает подключения постоянного тока или путь заземления — важно для работающей PV системы, которую нельзя просто отключить при дневном свете.
Индикация состояния. Механический флажок или окно зеленый-красный показывают с первого взгляда, защищает ли модуль по-прежнему. На крупном или крышном массиве, где никто не проверяет корпус комбайнера еженедельно, добавьте дистанционный сигнальный контакт и подключите его к системе мониторинга, чтобы модуль в конце срока службы вызывал сигнал тревоги.
Осмотр и замена. Проверяйте индикаторы при каждом плановом техническом обслуживании и после любых известных сильных молниевых событий в районе. Если окно индикатора красное или модуль отключился, замените модуль — он больше не защищает, хотя массив продолжает вырабатывать. Безопасно изолируйте и следуйте инструкциям производителя по работе под напряжением перед снятием модуля в работающей DC-системе.

Проектирование защиты массива так, чтобы вышедший из строя модуль можно было увидеть и быстро заменить, — это то, что сохраняет защиту реальной спустя годы после ввода в эксплуатацию, а не зеленый индикатор, который все считают все еще зеленым.

Пример расчёта: коммерческая крыша 100 кВт

Метод собирается воедино на одном реалистичном проекте. Этот случай является иллюстративным, а не конкретной установкой JUTRION, но арифметика — это та арифметика, которую вы бы действительно выполнили.

Система. Коммерческая плоская крыша 100 кВтp, инверторы с напряжением струн 1500 В, без внешней молниезащиты здания, умеренная плотность молний. Модули: 550 Вт, Voc(STC) 49,9 В, Isc(STC) 13,85 А, температурный коэффициент Voc около −0,28 %/°C. Струны по 24 модуля, четыре струны на соединительную коробку, соединительные коробки примерно в 15 м кабеля от инверторов.

Напряжение. Напряжение струны Voc(STC) = 24 × 49,9 = 1197,6 В. Ucpv ≥ 1,2 × 1197,6 = 1437 В → а Устройство класса 1500 В. Проверка при минимальной проектной температуре −5 °C: +8,4 % к Voc ≈ 1298 В, всё ещё ниже 1500 В. Длина струны безопасна для системы 1500 В; струна из 26 модулей подняла бы Ucpv примерно до 1560 В, что выходит за пределы класса 1500 В.
Тип. Нет внешней LPS и крыша здания → Тип 2 корректно и на стороне комбайнера, и на стороне инвертора. Тип 1+2 указывался бы только при добавлении LPS или при высокой степени открытости площадки.
Стойкость к короткому замыканию. На комбайнер, четыре параллельные строки: Iscpv ≥ 1,25 × 13,85 × 4 ≈ 69 А. Выберите устройство с Iscpv, способным выдержать 69 А; большинство устройств это обеспечивают, поэтому внешний резервный предохранитель не нужен — подтвердите по техническому описанию.
Местоположения и координация. Прокладка 15 м превышает 10 м, поэтому защитите оба комбайнерные коробки и DC-вход инвертора; кабель 15 м также обеспечивает развязку, сохраняющую энергетическую координацию двух ступеней. Сначала проверьте, есть ли в инверторах встроенный DC SPD — если есть, оставьте устройства в комбайнерных коробках и пропустите избыточные на входе инвертора.
Up и заземление. Подтвердите, что значение Up каждого устройства как минимум на 20 % ниже допустимого напряжения выдержки инвертора по DC, и заземлите каждый SPD медным проводником не менее 6 мм², соединенным с рамой массива и основным заземлением.
Сторона AC. Добавьте SPD типа 2 переменного тока на выходе переменного тока инвертора / главном низковольтном щите, Uc около 275 В, по IEC 61643-11.

Результат: SPD типа 2 постоянного тока класса 1500 В с Iscpv ≥ ~70 А на каждом распределительном щите и (если в инверторе нет встроенного устройства) на входе постоянного тока инвертора, с дистанционной сигнализацией на распределительных щитах для мониторинга на уровне крыши, плюс SPD типа 2 переменного тока на щите переменного тока. Это согласованная, документированная спецификация — а не устройство, выбранное только по току разряда.

Матрица выбора: от PV-системы к конкретному DC SPD

Матрица ниже преобразует четыре входа в предварительную спецификацию. Читайте от системы и ее подверженности к типу, классу напряжения, номиналу разряда и месту установки устройства. Подтвердите точные значения по расчету массива и техническому паспорту SPD перед заказом.

PV-система и подверженность	Тип SPD	Класс Ucpv	Разрядный номинал	Местоположение
Жилая крыша, без внешней LPS	Тип 2	Система Match (600 / 1000 В)	In по размеру подверженности; Imax с запасом	DC-вход инвертора; добавьте на конце массива, если прокладка > ~10 м
Коммерческая крыша, без внешней LPS	Тип 2	1000 / 1500 В	Более высокий In для повторных нагрузок	DC-вход инвертора и комбайнерная коробка
Коммерческая крыша с LPS	Тип 1+2	1000 / 1500 В	Iimp (10/350 мкс) плюс In/Imax	DC-вход инвертора и комбайнерная коробка
Открытая наземная установка / вершина холма / высокая плотность молний	Тип 1+2	1500 В	Iimp, рассчитанный на частичный ток молнии	Комбайнерные и рекомбайнерные коробки; DC-вход инвертора
Свободное полевое поле коммунального масштаба	Тип 1+2	1500 В	Высокий Iimp и In; дистанционная сигнализация	Каждая комбайнерная/рекомбайнерная и инверторная станция, по зонам защиты

Обратите внимание, что матрица не включает: аккумулятор или шину постоянного тока для накопления энергии. IEC 61643-31 и IEC 61643-32 охватывают генератор PV и инвертор с постоянным током до 1500 В DC; они явно не охватывают PV-системы с накоплением энергии. Шина постоянного тока аккумулятора требует оценки защиты от перенапряжений согласно своим собственным требованиям, поэтому не следует считать SPD для PV-строки универсальной заменой для стороны накопления — указывайте её отдельно.

Ошибки, которые занижают или аннулируют PV DC SPD

Большинство неудачных или неэффективных PV-защит от перенапряжений сводятся к короткому списку предотвратимых ошибок. Каждая имеет прямое последствие.

Использование AC SPD на DC-стороне. Нет DC-совместимого разъединителя, неправильная база напряжения — риск пожара, а не защитное устройство.
Расчет Ucpv по номинальному напряжению. Игнорирование утреннего роста Voc при холоде перегружает устройство и преждевременно отключает его тепловой разъединитель. Всегда рассчитывайте на 1,2 × максимальное Voc.
Слишком длинные или завышенные по размеру струны. Строка, у которой Voc превышает Ucpv класса 1500 В, не оставляет соответствующего SPD; исправьте это на этапе проектирования, укоротив строку.
Игнорирование Iscpv. SPD с допустимым током короткого замыкания ниже тока повреждения массива может выйти из строя с разрушением вместо чистого отключения.
Слишком длинные выводы. Превышение целевого значения 0,5 м для соединительных выводов добавляет индуктивное напряжение и сводит на нет низкий Up.
Дублирование встроенного SPD. Установка внешнего устройства рядом с собственным скоординированным SPD инвертора не обеспечивает дополнительной защиты и добавляет точку отказа — сосредоточьтесь на незащищенном конце массива.
Нескоординированные ступени. Два УЗИП без развязывающего расстояния или заданного индуктора могут оставить нижестоящее устройство перегруженным. Соблюдайте ~10 м между ступенями или следуйте данным координации производителя.
Отсутствие мониторинга на необслуживаемых массивах. Красное окно на крышной комбайнерной коробке, которую никто не открывает, означает месяцы незащищённой работы; укажите удалённый контакт.

Превратите выбор в строку запроса котировки

Выбор полезен только тогда, когда он становится тем, на что поставщик может дать котировку без второго раунда вопросов. Задача читателя в конце этого процесса — одна однозначная строка спецификации. Зафиксируйте эти поля, и запрос можно будет обработать одним ответом:

Применение и стандарт: DC сторона PV, согласно IEC 61643-31; укажите Тип 2 или Тип 1+2.
Класс напряжения системы и Ucpv: класс 600 / 1000 / 1500 В и минимальное Ucpv, рассчитанное по формуле 1.2 × Voc.
Максимальное Voc массива: значение, на которое рассчитывалось Ucpv, чтобы поставщик мог проверить запас.
Номинал разряда: требуемые In и Imax (8/20 мкс), а также Iimp (10/350 мкс) для устройства типа 1+2.
Уровень защиты по напряжению: максимально допустимое напряжение прохода Up, выведенное из допустимого напряжения выдержки инвертора по DC.
Устойчивость к короткому замыканию: минимальное Iscpv из расчёта короткого замыкания массива и ожидается ли внешнее резервное устройство.
Конфигурация и полюса: стандартная 2-полюсная или Y-конфигурация, соответствующая схеме заземления.
Точка установки и мониторинг: вход инвертора, комбайнер или рекомбайнер; формат DIN-рейки; требуется ли удалённый сигнальный контакт.

Эта строка устраняет догадки с обеих сторон и является разницей между котировкой и разговором.

Рекомендуемый DC SPD по типу проекта

Возвращаясь к реальным решениям, вот как обычно формируется спецификация для четырёх распространённых проектов, сопоставленных с двумя сериями JUTRION для солнечного постоянного тока — JRSPD-40DC-II (Тип 2) и JRSPD-40DC-I+II (Тип 1+2), обе по IEC 61643-31, до 1500 В DC, 40 кА Imax.

Жилой крышный струнный инвертор (без LPS): устройство Типа 2 (класс JRSPD-40DC-II) на входе DC инвертора, Ucpv подобранное к холодному утреннему Voc строки, рассчитанное на редкие индуцированные перенапряжения. Добавьте второе устройство на конце массива только если длина DC-линии большая.
Коммерческая крыша (без LPS): Тип 2 как в распределительной коробке, так и на входе DC инвертора, с повышенным номинальным током разряда для повторяющихся нагрузок, и проверкой Up относительно допустимого напряжения выдержки инвертора по DC.
Открытая наземная установка или коммунальный массив: Тип 1+2 (класс JRSPD-40DC-I+II) с реальным рейтингом Iimp в распределительных и объединительных коробках, класс 1500 В, и с дистанционным контактным сигналом для мониторинга установки — здесь частичная способность к току молнии оправдывает стоимость.
Массив с системой молниезащиты: тип 1+2 везде, где нельзя соблюсти расстояние разделения до токоотводов, скоординировано с проектом LPS, а не выбрано изолированно.

Сначала укажите четыре входа, рассчитайте Ucpv как 1,2 × реальное максимальное Voc, выберите тип по грозовой активности, затем подтвердите Up, устойчивость к короткому замыканию, тепловой разъединитель, конфигурацию и заземление по техническому паспорту. Если вы хотите проверить эти значения для конкретного массива перед заказом, диапазон устройств защиты от перенапряжений JUTRION AC & DC перечисляет серию DC с параметрами, требуемыми этим руководством, и инженерная команда может подтвердить соответствие для напряжения вашей строки и условий площадки.

Ссылки

IEC 61643-31:2018 — Устройства защиты от перенапряжений низкого напряжения, часть 31: Требования и методы испытаний для УЗИП фотоэлектрических установок.
IEC 61643-32:2017 — Устройства защиты от перенапряжений низкого напряжения, часть 32: SPD, подключаемые к стороне постоянного тока фотоэлектрических установок, принципы выбора и применения.
Серия IEC 62305 — Защита от молнии (оценка риска и координация системы молниезащиты).
IEC 62548 — Фотоэлектрические (PV) массивы: требования к проектированию (основа для максимального тока короткого замыкания массива).
IEC 60364-5-53 — Низковольтные электроустановки: выбор и монтаж электрооборудования, изоляция, коммутация и управление (подключение SPD и выбор сечения проводников).