Быстрый ответ: как подобрать УЗИП постоянного тока для солнечной батареи

Выбирайте УЗИП постоянного тока по четырём исходным данным: максимальное напряжение холостого хода батареи, её максимальный ток короткого замыкания, наличие молниезащитной системы и схема заземления. Задайте максимальное длительное рабочее напряжение как Ucpv ≥ 1,2 × максимальное Voc батареи (IEC 61643-32), выбирайте Тип 2 для обычных крыш или Тип 1+2 там, где есть грозовое воздействие или МЗС, и убедитесь, что устройство рассчитано на постоянный ток и имеет встроенный терморазмыкатель. Согласуйте класс напряжения с системой: 600 В, 1000 В или 1500 В.

УЗИП постоянного тока выходит из строя так, как устройство переменного тока — никогда. Холодным ясным утром фотоэлектрическая цепочка находится на самом высоком напряжении за год, батарея оказывается под напряжением в тот самый момент, когда солнце поднимается над горизонтом, и здесь нет переменного перехода через ноль, который помог бы погасить внутреннюю дугу. УЗИП, выбранный по номинальному напряжению системы — “это система 1000 В, значит, устройства на 1000 В достаточно”, — может постоянно работать с перегрузкой, уйти в ток утечки и разомкнуть свой терморазмыкатель за месяцы до расчётного срока службы. Число, которое защищает батарею, — это не номинальное напряжение; это реальное максимальное напряжение холостого хода батареи плюс запас, и всё остальное в спецификации следует из того, насколько правильно определена именно эта величина.

Это руководство проходит по выбору на стороне постоянного тока так, как это на самом деле делает сборщик щитов или специалист по спецификациям EPC: определить исходные данные батареи, задать напряжение, выбрать тип, установить защитные характеристики, а затем замкнуть цепочку по току короткого замыкания, терморазмыкателю, конфигурации, заземлению, паспорту устройства, стороне переменного тока и жизненному циклу. Оно следует рамке IEC 61643-31 (стандарт на изделия для УЗИП постоянного тока в фотоэлектрике) и IEC 61643-32 (выбор и применение). Для более широкого взгляда на устройства Типа 1, 2 и 3 и на стороны как переменного, так и постоянного тока см. полное руководство по устройствам защиты от импульсных перенапряжений; эта статья — дополнение по стороне постоянного тока, которое углубляется туда, где солнечная батарея делает решение иным.

Почему УЗИП постоянного тока — это не УЗИП переменного тока, повёрнутый боком

Соблазн повторно использовать запасной разрядник переменного тока на стороне фотоэлектрики — самый опасный короткий путь в защите солнечных систем от перенапряжений. Переменный ток проходит через ноль сто раз в секунду; когда варистор в конце срока службы начинает проводить, этот естественный переход тока через ноль помогает внутреннему размыкателю погасить сопровождающий ток. Фотоэлектрическая батарея отдаёт непрерывный постоянный ток вообще без перехода через ноль. Деградирующий металлооксидный варистор поэтому может поддерживать дугу постоянного тока, нагреваться и становиться источником возгорания, а не безопасно отказывать.

Сам защитный элемент работает одинаково в обоих мирах: металлооксидный варистор (МОВ) при нормальном напряжении фактически является разомкнутой цепью и в течение наносекунд переходит в низкий импеданс, когда напряжение пересекает его порог, отводя импульс на землю и ограничивая остающееся напряжение. В некоторых устройствах МОВ соединён последовательно с газоразрядной трубкой (ГРТ), чтобы устранить ток утечки и улучшить характер отказа. На стороне постоянного тока меняется не физика ограничения, а поведение при неисправности после старения элемента, и именно поэтому всё устройство — его номинальное напряжение, его размыкатель и его внутренняя топология — создано для постоянного тока.

По этой причине соответствующий требованиям УЗИП постоянного тока для фотоэлектрики устроен иначе. Он рассчитан на непрерывную работу на постоянном токе, его режимы защиты организованы для плавающей или функционально заземлённой батареи постоянного тока, а не для сети переменного тока с привязкой к нейтрали, и он оснащён встроенным терморазмыкателем который изолирует варистор при отказе, не полагаясь на переход тока через ноль. IEC 61643-31 прямо указывает, что эти устройства предназначены для стороны постоянного тока фотоэлектрических генераторов и инверторов — AC SPD не соответствует этим требованиям и никогда не должен использоваться в качестве замены. Это иная задача, чем у устройства, защищающего от длительного повышения и понижения напряжения сети; если вас беспокоит медленный рост или просадка питающего напряжения, а не микросекундный импульс, это область применения 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.

Рабочий пример: цепочка класса 1500 В

Возьмём цепочку из 24 модулей, каждый с напряжением холостого хода при STC 49,5 В.

Uoc(max) массива при STC = 24 × 49,5 В = 1188 В.
Применяем стандартный запас: Ucpv ≥ 1,2 × 1188 В = 1426 В.
Выбираем следующий класс напряжения выше этой величины: DC SPD на 1500 В (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 запасом ниже Ucpv 1500 В. Для очень холодного климата вычислите Voc при вашей собственной расчётной минимальной температуре с учётом температурного коэффициента модуля и убедитесь, что Ucpv по-прежнему превышает его; коэффициент 1,2 покрывает обычные условия, а не арктическую установку. Затем сопоставьте с коротким списком классов:

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? Соотнесите УЗИП с молниевой нагрузкой

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 дополнительно имеют характеристику частичного тока молнии — импульсный ток Iimp, испытанный формой волны 10/350 мкс, при этом сохраняя защиту Типа 2. Указывайте их там, где есть система молниезащиты и невозможно выдержать разделительное расстояние, на открытых наземных и вершинных массивах, а также в регионах с высокой плотностью грозовых разрядов — везде, где часть прямого тока молнии может попасть в цепь постоянного тока.

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.

Параметры на стороне постоянного тока, которые действительно защищают инвертор

После того как напряжение и тип зафиксированы, три параметра определяют, действительно ли инвертор за УЗИП защищён:

Параметр	Что он означает	Правило выбора
Вверх (уровень защиты по напряжению)	Пропускаемое напряжение, которое УЗИП позволяет достичь оборудования во время перенапряжения	Держите Up как минимум на ~20 % ниже импульсного выдерживаемого напряжения (Uw) входа постоянного тока инвертора, чтобы после потерь на длине проводников оставался запас.
В (номинальный разрядный ток)	Ток 8/20 мкс, который УЗИП может многократно отводить без повреждения	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 8/20 мкс одиночного события, который УЗИП может пережить 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.

Согласуйте ступени и проверьте встроенное УЗИП инвертора.

Два вопроса, связанных с УЗИП, определяют, помогут ли дополнительные устройства или просто потратят деньги.

Энергетическое согласование между ступенями. Когда устройство типа 1+2 у массива или в распределительной коробке работает вместе с устройством типа 2 у инвертора, они должны быть согласованы по энергии так, чтобы вышестоящее устройство принимало на себя высокоэнергетический удар, а нижестоящее лишь срезало остаток. Согласование достигается за счёт достаточной длины кабеля постоянного тока между ступенями — примерно 10 метров обеспечивают достаточную индуктивную развязку — либо, если такое расстояние недоступно, с помощью развязывающего дросселя или проверенного производителем согласованного комплекта. Смешивание устройств двух производителей без определённой развязки может привести к перегрузке нижестоящего УЗИП; следуйте данным производителя по согласованию, а не предполагайте, что любые два устройства будут работать совместно.

Инвертор может уже содержать УЗИП постоянного тока. Многие современные стринговые инверторы поставляются со встроенным УЗИП постоянного тока Тип 2 или слотом для сменного модуля. Подтвердите это, прежде чем задавать внешнее устройство на входе постоянного тока инвертора: если инвертор уже защищает свои собственные клеммы, внешние усилия следует направить на сторону массива или распределительной коробки, где длинная магистраль постоянного тока иначе остаётся незащищённой. Установка второго УЗИП в 200 мм от уже имеющегося встроенного не защищает ничего нового и добавляет точку отказа.

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

Именно здесь выбор по спецификации отличается от выбора по каталогу, и именно здесь большинство статей о солнечных УЗИП замолкают. Три связанных требования не дают выходящему из строя УЗИП превратиться в неисправность цепи постоянного тока.

Стойкость к току короткого замыкания (Iscpv / SCCR)

УЗИП должно выдерживать ожидаемый ток короткого замыкания массива в месте его установки. Сравните номинальный выдерживаемый ток короткого замыкания устройства, Iscpv, с максимальным током короткого замыкания массива — приблизительно 1,25 × Isc модулей при STC для соответствующего числа параллельных цепочек, где коэффициент 1,25 учитывает повышение из-за облучённости и температуры согласно практике проектирования фотоэлектрических массивов (IEC 62548). Для распределительной коробки, объединяющей четыре параллельные цепочки модулей с номинальным током короткого замыкания 13,5 А при STC, это 1,25 × 13,5 А × 4 ≈ 68 А; УЗИП в этой точке должно иметь номинал Iscpv не ниже примерно 68 А. Iscpv УЗИП должно быть равно или больше этой величины в каждом месте его установки.

Встроенный тепловой разъединитель

Поскольку у дуги постоянного тока нет естественного перехода тока через ноль, IEC 61643-31 требует, чтобы УЗИП сам отключался при отказе. На практике это тепловой разъединитель соединённый с варистором, который размыкает цепь защиты при перегреве элемента в конце срока службы. Это обязательный элемент безопасности фотоэлектрического УЗИП постоянного тока, а не премиальная функция — устройству без него не место на стороне постоянного тока.

Когда требуется внешнее резервное устройство

Внешний резервный предохранитель или разъединитель постоянного тока требуется только тогда, когда ожидаемый ток короткого замыкания массива превышает превышает номинал Iscpv УЗИП. Многие УЗИП постоянного тока для фотоэлектрических систем рассчитаны на выдерживание полного тока короткого замыкания цепочки и вообще не требуют внешнего резервирования; добавление ненужного предохранителя лишь создаёт дополнительную точку отказа и увеличивает длину проводников. Прочитайте паспорт УЗИП: в нём указан максимальный ток короткого замыкания массива, который устройство выдерживает без посторонней помощи, и, если резервирование необходимо, рекомендуемый номинал. На более крупных станциях также выбирайте устройство с контактом дистанционной сигнализации чтобы оператор видел УЗИП с выработанным ресурсом в системе мониторинга, а не открывал шкафы для визуальной проверки индикаторов состояния.

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

Фотоэлектрические УЗИП постоянного тока выпускаются с несколькими вариантами внутренней топологии, и выбор зависит от схемы заземления массива. Вам встретятся два из них:

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 подключаются через варистор к общему узлу, а этот узел соединяется с землёй через газоразрядную трубку (искровой разрядник). Поскольку искровой разрядник блокирует постоянный ток на землю, один вышедший из строя варистор не может создать постоянное замыкание полюса на землю, и такая схема подходит как для плавающих (незаземлённых), так и для функционально заземлённых массивов. Именно по этой причине большинство фотоэлектрических УЗИП постоянного тока используют такую конфигурацию.

Подберите конфигурацию под схему заземления массива и сверьте её с паспортом УЗИП; устройство, выбранное только по напряжению и току, но подключённое в неправильной топологии, может оставить один из режимов защиты неэффективным или вызвать утечку.

Заземление, уравнивание потенциалов и выбор сечения проводников

УЗИП настолько хорош, насколько хорош путь на землю, в который он разряжается. Импульсный ток, отводимый устройством, должен достичь массы земли по низкоимпедансному пути, и если этот путь длинный, тонкий или плохо затянут, остаточное напряжение растёт, каким бы хорошим ни было Up устройства.

Сечение проводника. Выбирайте сечение соединительных и заземляющих проводников УЗИП под импульс, а не только под рабочий ток. Обычная 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 проводит частичный ток молнии. Сверьте это значение с местными правилами электромонтажа и инструкцией к УЗИП.
Уравнивание потенциалов. Соедините заземляющий зажим УЗИП с заземлением рамы массива и главной системой заземления так, чтобы при импульсе вся установка поднималась и опускалась вместе и на инверторе не возникало опасной разности потенциалов. В системах с молниезащитой такое соединение является частью проекта заземления МЗС, а не отдельным дополнением.
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 та часть спецификации, которую паспорт за вас не решит. Два одинаковых УЗИП, один с коротким заземлением 16 мм² и уравниванием потенциалов, а другой с длинным заниженным по сечению хвостом, защищают инвертор совершенно по-разному.

Где устанавливать и два правила, определяющие остаточное напряжение

УЗИП защищает только то, что находится рядом с ним, поэтому место установки — часть спецификации, а не дополнение.

На входе постоянного тока инвертора — если в инверторе ещё нет согласованного УЗИП постоянного тока. Это оборудование, которое вы защищаете.
У массива или в распределительном боксе — когда длина кабельной линии постоянного тока между массивом и инвертором превышает примерно 10 метров. За пределами этого расстояния наведённый на длинном кабеле постоянного тока импульс может создать напряжение, достаточное для того, чтобы один УЗИП на дальнем конце больше не защищал оба конца, поэтому защищайте с обеих сторон.
В распределительных и перераспределительных боксах — в многорядных и крупных наземных системах по одному УЗИП на группу стрингов плюс разъединитель постоянного тока, в соответствии с зонами 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. Создайте путь защитного заземления до токоведущих проводников, чтобы путь разряда существовал с момента подачи напряжения на УЗИП.

Читайте техническое описание: расшифровка параметров УЗИП постоянного тока для фотоэлектрических систем

Спецификация безопасна только тогда, когда вы можете читать техническое описание без догадок. Вот строки, которые важны для УЗИП постоянного тока фотоэлектрической системы, и что каждая из них вам сообщает.

Строка технического описания	Что это означает	Что проверять
Ucpv (Uc DC)	Максимальное длительное 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 выдерживаемого напряжения инвертора постоянного тока
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 термический разъединитель — считайте это поводом для вопроса, а не для предположения. Устройство, которое не указывает свою устойчивость к короткому замыканию или номинальное напряжение постоянного тока, не задокументировано для стороны постоянного тока.

Не забывайте о стороне переменного тока: защита всей фотоэлектрической системы

Спецификация защиты от перенапряжений для фотоэлектрических систем, которая ограничивается стороной постоянного тока, — это лишь половина спецификации. То же событие молнии или коммутации, которое угрожает массиву, достигает выхода переменного тока инвертора и точки подключения к зданию или сети, и эта сторона требует собственного УЗИП по IEC 61643-11 — устройство, Переменный ток рассчитанное на системное напряжение переменного тока (например, Uc около 275 В фаза-земля в системе 230/400 В), а не устройство постоянного тока.

Координируйте обе стороны: УЗИП Типа 2 на выходе инвертора и главном распределительном щите переменного тока для здания без внешней системы молниезащиты, или УЗИП Типа 1+2 в точке ввода при наличии системы молниезащиты, повторяя логику, использованную на стороне постоянного тока. Линейка переменного тока JUTRION — JUSPD-40AC (Тип 2) и JUSPD-12.5AC (Тип 1+2) — покрывает эту сторону по тем же стандартам, поэтому один поставщик может предоставить скоординированный комплект для постоянного и переменного тока, а не две несогласованные половины.

Мониторинг, техническое обслуживание и замена

УЗИП — это расходная деталь. Каждое перенапряжение, которое оно отводит, расходует часть ресурса варистора, и устройство спроектировано так, чтобы достигать конца срока службы и отключаться, а не выходить из строя катастрофически. Учет этого жизненного цикла является частью выбора, а не отдельной темой обслуживания.

Съемные модули. Предпочтительно устройство со съемным защитным модулем и основанием, которое остается подключенным. Замена тогда занимает секунды и не нарушает соединения постоянного тока или путь заземления — это важно для работающей фотоэлектрической системы, которую нельзя просто отключить в светлое время суток.
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 любого известного сильного удара молнии в этом районе. Когда окно показывает красный цвет или модуль отключился, замените модуль — он больше не защищает, даже если массив продолжает генерировать. Безопасно изолируйте и следуйте инструкциям производителя по работе под напряжением перед удалением модуля в energized системе постоянного тока.

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 расчета: 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. Плоская коммерческая крыша 100 кВтп, струнные инверторы 1500 В, без внешней системы молниезащиты на здании, умеренная плотность разрядов молнии. Модули: 550 Вт, Voc(STC) 49,9 В, Isc(STC) 13,85 А, температурный коэффициент Voc около −0,28 %/°C. Струны из 24 модулей, четыре струны на корпус комбайнера, корпуса комбайнеров примерно в 15 м кабеля от инверторов.

Напряжение. String Voc(STC) = 24 × 49.9 = 1197.6 В. Ucpv ≥ 1.2 × 1197.6 = 1437 В → а класс 1500 В устройство. Холодная проверка при расчетном минимуме −5 °C: +8,4 % к Voc ≈ 1298 В, все еще ниже 1500 В. Длина строки безопасна для системы 1500 В; строка из 26 модулей подняла бы Ucpv до ~1560 В и вышла бы 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, чей Iscpv превышает 69 А; большинство подойдут, поэтому внешний резервный предохранитель не нужен — подтвердите по техническому паспорту.
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 Up каждого устройства находится как минимум на 20 % ниже DC-стойкости инвертора, и заземлите каждый SPD медным проводом не менее 6 мм², соединенным с рамой массива и главным заземлением.
Сторона AC. Добавьте AC SPD типа 2 на AC-выходе инвертора / главном низковольтном щите, Uc около 275 В, по IEC 61643-11.

Результат: Тип 2, DC SPD класса 1500 В с Iscpv ≥ ~70 А в каждой комбайнерной коробке и (если в инверторе нет встроенного устройства) на каждом DC-входе инвертора, дистанционная сигнализация на комбайнерных блоках для мониторинга на уровне крыши, плюс AC SPD типа 2 на AC-щите. Это скоординированная, документированная спецификация — а не коробка, выбранная 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	Соответствие системе (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: батарею или DC-шину накопителя энергии. IEC 61643-31 и IEC 61643-32 охватывают PV-генератор и DC-сторону инвертора до 1500 В DC; они явно не охватывают PV-системы с накопителями энергии. DC-шина батареи требует оценки защиты от перенапряжений по своим собственным требованиям, поэтому не предполагайте, что PV-строковый SPD подходит для стороны хранения — укажите это 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. Струна, чьё Voc поднимает Ucpv выше класса 1500 В, не оставляет совместимого УЗИП; исправьте это на этапе проектирования, сократив струну.
Игнорирование Iscpv. УЗИП с устойчивостью к короткому замыканию 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 УЗИП. Установка внешнего устройства рядом с собственным координированным УЗИП инвертора не защищает ничего нового и добавляет точку отказа — приложите усилия на незащищённом 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: Постоянный ток PV-стороны, по IEC 61643-31; укажите тип 2 или тип 1+2.
Класс напряжения системы и Ucpv: класс 600 / 1000 / 1500 В и минимальное Ucpv из расчёта 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 допустимый Up, полученный из устойчивости инвертора к постоянному напряжению.
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.

Рекомендуемые УЗИП постоянного тока по типу проекта

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

Жилой крышный струнный инвертор (без LPS): устройство типа 2 (класс JRSPD-40DC-II) на входе постоянного тока инвертора, Ucpv согласовано с утренним Voc струны при холоде, рассчитано на редкие индуцированные перенапряжения. Добавьте второе на конце массива только если линия постоянного тока длинная.
Коммерческая крыша (без LPS): тип 2 и на комбайнерной коробке, и на входе постоянного тока инвертора, более высокий номинальный ток разряда для повторяющихся нагрузок, и Up проверено на устойчивость инвертора к постоянному напряжению.
Открытая наземная установка или коммунальный массив: тип 1+2 (класс JRSPD-40DC-I+II) с реальным номиналом Iimp на комбайнерных и рекомбайнерных коробках, класс 1500 В, и удалённый сигнальный контакт для мониторинга станции — именно здесь способность к частичному току молнии оправдывает свою 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 серии постоянного тока с номиналами, которые запрашивает это руководство, и инженерная команда может подтвердить соответствие для вашего напряжения струны и условий площадки.

Ссылки

МЭК 61643-31:2018 — Устройства защиты от перенапряжений низкого напряжения, часть 31: Требования и методы испытаний для УЗИП фотоэлектрических установок.
МЭК 61643-32:2017 — Устройства защиты от перенапряжений низкого напряжения, часть 32: УЗИП, подключённые 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).