Ograniczniki przepięć DC: PV, BESS, EV i przemysłowe

Na tej stronie

Ogranicznik przepięć DC (SPD DC) ogranicza przepięcia przejściowe w obwodzie prądu stałego. Prawidłowy dobór rozpoczyna się od funkcji zabezpieczanego obwodu, a nie tylko od jego napięcia: dedykowane zastosowania fotowoltaiczne DC podlegają normie IEC 61643-31; kwalifikowalne zastosowania zasilania DC inne niż fotowoltaiczne podlegają normie IEC 61643-41; obwody zasilania AC wykorzystują normę IEC 61643-11; obwody telekomunikacyjne i sygnalizacyjne wykorzystują normę IEC 61643-21.

Po określeniu właściwego zakresu normy produktowej należy zweryfikować maksymalne napięcie pracy ciągłej DC, zachowanie źródła i prądu zwarciowego, tryby ochrony, wytrzymałość udarową, poziom ochrony napięciowej, układ uziemienia, sposób odłączania oraz zabezpieczenie wstępne. Ogranicznik SPD dla instalacji fotowoltaicznej i ogranicznik SPD dla akumulatorów nie są automatycznie zamienne tylko dlatego, że obie etykiety wskazują to samo napięcie.

Kluczowe wnioski

Obwód DC generatora PV: ocenić IEC 61643-31:2018, w tym wyłączenia określone w normie dla ograniczników SPD stosowanych w systemach magazynowania energii PV.
Zasilanie DC inne niż PV: ocenić IEC 61643-41:2025 z odpowiednimi IEC 61643-01 wymaganiami, oraz rzeczywistymi warunkami źródła i zwarcia.
Obwody zasilania AC: należy użyć specyficznego dla AC IEC 61643-11:2025; nie należy powoływać się na nią jako na aktualną ogólną normę produktową dla zasilania akumulatorowego, EV lub przemysłowego zasilania DC.
Dane i sygnalizacja: użyj IEC 61643-21:2025 tam, gdzie ma to zastosowanie, w tym linie komunikacyjne, które również przesyłają zasilanie.
Należy dobrać napięcie znamionowe w odniesieniu do najwyższego wiarygodnego napięcia ciągłego obwodu; w przypadku instalacji PV należy uwzględnić napięcie obwodu otwartego przy najniższej istotnej temperaturze ogniwa.
Przed zaakceptowaniem jakiegokolwiek SPD DC należy sprawdzić spodziewany prąd zwarciowy, charakterystykę źródła, zdolność rozłącznika, zabezpieczenie dodatkowe oraz określone przez producenta tryby ochrony.

Która norma IEC ma zastosowanie do danego obwodu?

Obwód zabezpieczony	Rozpoczęcie oceny zgodności z normą produktową	Dlaczego należy do tej kategorii	Istotne ograniczenie
Łańcuch DC generatora PV, wyjście skrzynki połączeniowej lub wejście falownika po stronie PV	IEC 61643-31:2018	Opublikowany zakres normy odnosi się bezpośrednio do strony DC generatorów fotowoltaicznych i falowników.	Norma wyklucza SPD dla systemów PV z magazynami energii, takimi jak akumulatory lub baterie kondensatorów.
Zasilanie DC z akumulatora, magistrala DC inna niż PV lub kwalifikowane przemysłowe zasilanie DC	IEC 61643-41:2025 wraz z odpowiednimi wymaganiami IEC 61643-01	Part 41 addresses DC low-voltage power circuits and equipment up to 1,500 V DC.	Charakterystyka źródła, przepięcia dorywcze, prąd zwarciowy, dokładny zakres produktu oraz zasady specyficzne dla danego urządzenia wymagają oddzielnej oceny.
Wejście AC ładowarki EV, wyjście AC falownika lub rozdzielnica AC	IEC 61643-11:2025 wraz z odpowiednimi wymaganiami IEC 61643-01	Część 11 dotyczy niskonapięciowych obwodów zasilania AC oraz urządzeń.	Odniesienie do normy produktowej AC nie stanowi potwierdzenia przydatności do obwodu zasilania DC.
Ethernet, PoE, RS485, oprzyrządowanie lub inny kwalifikujący się interfejs sygnalizacyjny	IEC 61643-21:2025 wraz z IEC 61643-01:2024	Część 21 dotyczy sieci telekomunikacyjnych i sygnalizacyjnych, w tym linii, które również dostarczają zasilanie.	Linia komunikacyjna przesyłająca zasilanie DC nie staje się automatycznie obwodem zasilania DC według Części 41.

Schemat obwodu ochrony przeciwprzepięciowej DC przedstawiający normę IEC 61643-31 dla fotowoltaiki DC, IEC 61643-41 dla systemów DC innych niż PV, IEC 61643-11 dla AC oraz IEC 61643-21 dla obwodów sygnałowych.

Numer normy określa ramy oceny; nie oznacza to, że każdy model jest odpowiedni dla każdego obwodu w tym zakresie. Należy sprawdzić dokładne wydanie, dokumentację produktu, deklarowane tryby pracy, rynek projektu oraz rzeczywiste warunki instalacji.

Szersze zestawienie poszczególnych publikacji znajduje się w Wyjaśnienie norm IEC 61643 dotyczących SPD.

Dlaczego dobór SPD dla DC różni się od doboru SPD dla AC

Obwody DC utrzymują stałą polaryzację, zamiast podążać za regularnymi przejściami przez zero napięcia przemiennego w instalacji elektrycznej AC. Zmienia to naprężenia napięciowe, zachowanie źródła, przerywanie prądów zwarciowych, konstrukcję rozłączników oraz koordynację.

Konsekwencje zależą od źródła:

Charakterystyka źródła w przypadku instalacji fotowoltaicznej (PV) jest określona przez moduły, nasłonecznienie, temperaturę oraz konfigurację stringów.
Bank akumulatorów może stanowić źródło znacznej dostępnej energii oraz spodziewanego prądu zwarciowego.
Przetwornica do ładowania pojazdów elektrycznych (EV) może narzucać specyficzne dla danego urządzenia warunki uziemienia, izolacji, sterowania oraz stany awaryjne.
Przemysłowy zasilacz DC może być uziemiony, pływający, izolowany, bipolarny, z ograniczeniem prądowym lub wspierany przez bank akumulatorów bądź kondensatorów.

Ogranicznik przepięć (SPD) przeznaczony wyłącznie do AC nie powinien być instalowany w obwodzie DC bez wyraźnej zgody producenta dla danego modelu w tym zastosowaniu DC. Z kolei SPD o parametrach dla instalacji PV nie powinien być automatycznie uznawany za odpowiedni dla szyny akumulatorowej, a ogólny SPD DC nie powinien być uznawany za odpowiedni dla obwodu generatora PV.

Parametry znamionowe SPD DC: Przekształcanie warunków pracy na specyfikacje techniczne

Zmienna wyboru	Deklaracja wspólna	Co należy ustalić	Czego nie należy zakładać
Ciągłe napięcie robocze	DC Uc, Ucpv lub MCOV właściwe dla danego rynku	Maksymalne wiarygodne napięcie ciągłe w każdym zadeklarowanym trybie ochrony.	Znamionowe napięcie szyny jest równe napięciu roboczemu w najgorszym przypadku.
Poziom ochrony	Up lub odpowiednia deklaracja właściwa dla danego rynku	Urządzenie oraz wykonane połączenie muszą chronić odpowiedni poziom wytrzymałości udarowej sprzętu.	Karta katalogowa Up uwzględnia już wszystkie spadki napięcia w okablowaniu obiektowym.
Powtarzalne obciążenie udarowe	In, jeśli dotyczy	Deklarowany znamionowy prąd wyładowczy oraz podstawa badania odpowiadają ocenionemu narażeniu.	Większy reklamowany prąd szczytowy automatycznie poprawia każdą instalację.
Maksymalne obciążenie udarowe	Imax, jeśli dotyczy	Deklarowany przebieg, w ujęciu na tryb/na biegun oraz przewidziany cykl pracy są odpowiednie.	Sumaryczne wartości kA podawane w celach marketingowych są bezpośrednio porównywalne z deklaracjami dla poszczególnych trybów.
Obciążenie udarem piorunowym	Iimp, jeśli dotyczy	Projekt i ocena ryzyka faktycznie wymagają deklarowanego obciążenia testowego prądem piorunowym.	Każda instalacja zewnętrzna automatycznie wymaga tej samej klasy typu 1.
Zachowanie w warunkach zwarciowych	Stosowna deklaracja wytrzymałości zwarciowej/prądu zwarciowego, taka jak Isccr; SCCR tam, gdzie ma zastosowanie ten system.	Dostępny prąd zwarciowy, przetestowane urządzenie zabezpieczające, zachowanie rozłącznika oraz ograniczenia producenta.	SCCR to uniwersalna terminologia oznaczeń dla każdego produktu IEC.
Tryby ochrony	DC+/DC−, DC+/PE, DC−/PE lub wskazana alternatywa	Układ zabezpieczeń odpowiada uziemieniu źródła, topologii instalacji elektrycznej oraz chronionym przewodom.	Każde urządzenie dwu- lub trzymodułowe posiada takie samo połączenie wewnętrzne.

Terminologia IEC oraz północnoamerykańska musi pozostać w ramach własnych systemów. Wymogi rynkowe UL 1449, wykazy produktów, znamionowe poziomy ochrony napięciowej oraz kategorie instalacji powinny być sprawdzane, gdy projekt wyraźnie ich wymaga; nie są one automatycznie zamienne z deklaracjami IEC.

Aby uzyskać bardziej szczegółowy przegląd parametrów, zobacz jak czytać kartę katalogową SPD.

Solar PV DC: Zacznij od napięcia obwodu otwartego skorygowanego o temperaturę

Moduły PV mogą osiągać wyższe napięcie obwodu otwartego podczas pracy w temperaturze poniżej temperatury odniesienia. Dobór SPD w oparciu wyłącznie o nominalne napięcie ciągu może zatem skutkować niewystarczającym marginesem napięcia.

Należy użyć współczynnika temperaturowego napięcia podanego przez producenta modułu oraz najniższej istotnej projektowej temperatury ogniwa. Uproszczone liniowe równanie weryfikacyjne to:

Voc,cold ≈ Voc,STC × [1 + |βVoc| × (25°C − Tmin)]
String Voc,cold ≈ liczba modułów połączonych szeregowo × moduł Voc,cold

Współczynnik należy wprowadzić jako ułamek na stopień Celsjusza. Na przykład moduł o napięciu obwodu otwartego 45 V w standardowych warunkach testowych, wartości współczynnika napięciowego 0,0028/°C i projektowej temperaturze ogniwa −10°C daje:

Module Voc,cold ≈ 45 × [1 + 0.0028 × 35]
Module Voc,cold ≈ 49.41 V
20-module string Voc,cold ≈ 988.2 V

Jest to obliczenie poglądowe, a nie rekomendacja produktu. Ostateczny projekt instalacji PV musi uwzględniać rzeczywistą kartę katalogową modułu, odpowiednią metodę temperaturową, właściwe lokalne warunki projektowe, limity falownika, uziemienie systemu, tolerancje oraz wymagania producenta. Należy wybrać SPD dla instalacji PV, którego deklarowane Ucpv oraz tryby ochrony pozostają odpowiednie dla pełnego najgorszego przypadku pracy obwodu.

Gdzie ocenia się ochronę DC instalacji PV

Typowe miejsca oceny obejmują skrzynkę przyłączeniową PV, wejście falownika od strony PV oraz inne narażone punkty przejścia zidentyfikowane w ocenie ryzyka odgromowego i projekcie instalacji.

Długie lub prowadzone na zewnątrz przewody mogą uzasadniać ocenę ochrony w więcej niż jednym punkcie. Nie należy podawać sztywnego progu długości kabla ani uniwersalnego wyboru typu, chyba że pozwalają na to odpowiednie normy, zasady instalacji, specyfikacja projektu lub instrukcje producenta.

Użyj przewodnik doboru SPD dla instalacji fotowoltaicznych do dedykowanych zastosowań fotowoltaicznych.

Magazynowanie energii w akumulatorach: prąd zwarciowy zmienia decyzję

System magazynowania energii w akumulatorach (BESS) może zawierać kilka różnych obwodów elektrycznych, z których każdy wymaga własnej oceny ochrony:

Obwody DC podłączone do akumulatorów oraz kwalifikujące się szyny DC niebędące częścią instalacji PV: należy ocenić wymagania norm IEC 61643-41 oraz odpowiednich IEC 61643-01.
Dedykowane przewody DC generatora PV, jeśli występują oddzielnie: należy ocenić normę IEC 61643-31 w ramach jej faktycznego opublikowanego zakresu.
Wyjście AC systemu konwersji mocy i przyłącze sieciowe: należy ocenić normę IEC 61643-11.
Interfejsy zarządzania akumulatorami, Ethernetu, monitorowania i sygnalizacji: w stosownych przypadkach należy ocenić normę IEC 61643-21.

Kluczowe rozróżnienie nie polega na tym, czy system zawiera urządzenia solarne. Chodzi o to, czy konkretny zabezpieczony obwód jest obwodem DC generatora PV, zasilaniem DC akumulatora/innym niż PV, zasilaniem AC lub obwodem sygnalizacyjnym.

Norma IEC 61643-41 wskazuje, że jej założenia testowe opierają się na źródle zasilania DC o liniowej charakterystyce prądowo-napięciowej i zaleca zachowanie ostrożności, gdy charakterystyka źródła jest inna, szczególnie w odniesieniu do spodziewanego prądu zwarciowego i przepięć dorywczych. Systemy akumulatorowe wymagają zatem dowodów przydatności specyficznych dla danego modelu, skoordynowanego wyłączania i zabezpieczenia rezerwowego – a nie tylko dopasowania napięcia.

Porównanie źródła fotowoltaicznego z ograniczeniem prądowym oraz źródła DC z podtrzymaniem bateryjnym (niebędącego PV), z uwzględnieniem norm IEC 61643-31, IEC 61643-41 oraz koordynacji zwarciowej.

Pełna architektura obwodów mieszanych znajduje się w Ochrona przeciwprzepięciowa BESS w obwodach DC, AC i sygnałowych.

Ładowanie pojazdów elektrycznych: klasyfikuj obwód, a nie stację ładowania

Ładowarka EV może zawierać zasilanie AC, wewnętrzny stopień konwersji DC, wyjście DC, zasilanie sterowania, pomiary, pracę w sieci oraz interfejsy komunikacyjne. Jedna deklaracja SPD nie obejmuje każdej sekcji.

Sekcja ładowarki	Rozpoczęcie oceny SPD	Dodatkowe kontrole
Wejście AC lub nadrzędna rozdzielnica AC	IEC 61643-11 oraz odpowiednie wymagania rynkowe.	Napięcie systemu, układ uziemienia, lokalizacja, obciążenie udarowe oraz ochrona zewnętrzna.
Kwalifikująca się sekcja zasilania DC inna niż PV	IEC 61643-41 oraz mające zastosowanie wymagania IEC 61643-01.	Architektura ładowarki, zakres napięcia, charakterystyka źródła, izolacja, prąd zwarciowy oraz zatwierdzenie producenta.
Szyna zasilania sterowania	Część 41, gdy jest to rzeczywiście obwód zasilania DC objęty zakresem.	Rzeczywiste napięcie szyny, uziemienie, wymagania dotyczące ciągłości oraz dostępny prąd zwarciowy.
Ethernet, komunikacja lub PoE	IEC 61643-21, gdy interfejs mieści się w zakresie jego zastosowań sygnalizacyjnych.	Złącze, przepustowość, ekranowanie, dostarczanie zasilania, tłumienność wtrąceniowa oraz połączenia wyrównawcze.

Architektura urządzenia producenta ładowarki oraz obowiązujące normy dotyczące urządzeń ładujących mogą nakładać dodatkowe wymagania. Nie należy wyznaczać wewnętrznego punktu instalacji ani twierdzić, że każde wyjście DC wymaga tego samego SPD bez dokumentacji projektowej producenta i oceny ryzyka projektu.

Przemysłowe i telekomunikacyjne systemy DC: napięcie znamionowe to dopiero początek

Obiekty przemysłowe mogą wykorzystywać niskonapięciowe zasilanie sterownicze, telekomunikacyjną dystrybucję DC, zasilanie sterownicze z podtrzymaniem bateryjnym lub szyny DC o wyższym napięciu. Ta sama szyna montażowa może charakteryzować się bardzo różnymi parametrami uziemienia i zwarć.

Przed wyborem przemysłowego ogranicznika przepięć SPD dla systemów DC należy odnotować:

Normalne i maksymalne napięcie ciągłe, w tym warunki pracy ładowarki w trybie podtrzymania (float) lub doładowania (boost), jeśli mają zastosowanie.
Układ źródła z uziemieniem bieguna dodatniego, uziemieniem bieguna ujemnego, układ pływający, izolowany lub bipolarny.
Które przewody i tryby ochrony wymagają koordynacji.
Wydajność prądowa zwarcia źródła, wkład magazynów energii oraz układ usuwania zwarć.
Wytrzymałość udarowa podłączonego sprzętu oraz zainstalowana ścieżka połączeniowa.
Warunki środowiskowe, dostęp serwisowy, sygnalizacja zdalna oraz wymagania dotyczące ciągłości.
Czy chronione przewody przewodzą prąd DC moc lub sygnał komunikacyjny.

Telekomunikacyjna siłownia prądu stałego może obejmować szynę zasilającą DC ocenianą zgodnie z częścią 41 oraz oddzielne połączenie Ethernet lub sygnalizacyjne oceniane zgodnie z częścią 21. Obecność napięcia DC nie powoduje połączenia tych funkcji obwodów w jeden standard.

Ochrona DC typu 1, typu 2 oraz kombinowana

Odpowiednie obciążenie testowe udarowe oraz klasyfikacja SPD muszą być zgodne z normą wyrobu, deklaracją producenta, miejscem instalacji, oceną ryzyka odgromowego oraz projektem systemu.

W przypadkach, gdy obowiązujące ramy prawne i dokumentacja produktu stosują te oznaczenia:

Można rozważyć zastosowanie urządzenia typu 1 lub kombinowanego typu 1+2, gdy rzeczywisty projekt wymaga zadeklarowanej wytrzymałości na prąd piorunowy.
Urządzenie typu 2 może być odpowiednie w przypadku przepięć indukowanych i łączeniowych na poziomie rozdzielnicy, jeśli ocena narażeń oraz wytyczne producenta uzasadniają taki wybór.
Wiele stopni ochrony wymaga zweryfikowanej koordynacji; nie można zakładać ich kompatybilności tylko dlatego, że różnią się nadrukowanymi oznaczeniami typu.

Istnienie zewnętrznego systemu odgromowego samo w sobie nie określa uniwersalnej konfiguracji SPD dla każdego przewodu, miejsca instalacji ani układu uziemienia. Użyj Wybór SPD typu 1, typu 2 lub typu 3 w celu uzyskania odpowiedzi na konkretne pytanie dotyczące klasyfikacji.

Instalacja: połączenia wyrównawcze, długość przewodów i zabezpieczenie dodatkowe

Prawidłowe parametry znamionowe urządzenia nie zrekompensują błędów instalacyjnych. SPD musi zostać podłączony zgodnie z jego dokładnym schematem oraz architekturą uziemienia chronionego obwodu DC.

Połączenie między przewodami ochronnymi, jakimkolwiek określonym urządzeniem zabezpieczającym, zaciskami SPD oraz zatwierdzonym punktem połączeń wyrównawczych powinno być tak krótkie i bezpośrednie, jak to tylko możliwe. Szybko narastający prąd udarowy może powodować dodatkowy spadek napięcia na przewodzie, zwiększając poziom ochrony widziany przez urządzenie.

Należy stosować zatwierdzony i skoordynowany układ połączeń wyrównawczych instalacji. Nie należy podłączać SPD do izolowanego uziomu, tworzyć dodatkowego połączenia neutralno-ochronnego ani zmieniać punktu odniesienia uziemienia systemu bez projektu technicznego zgodnego z przepisami.

Przed uruchomieniem należy sprawdzić:

Czy połączenia dodatnie, ujemne oraz PE są zgodne ze schematem producenta i rzeczywistą topologią systemu.
Czy wybrana wartość DC Uc lub Ucpv pokrywa najgorszy możliwy przypadek napięcia ciągłego w danym trybie.
Czy spodziewany prąd zwarciowy nie przekracza deklarowanej zdolności zwarciowej urządzenia przy zastosowaniu określonego układu zabezpieczającego.
Czy zewnętrzne bezpieczniki lub wyłączniki posiadają wymagane parametry znamionowe dla DC i są zgodne z warunkami koordynacji przetestowanymi przez producenta SPD.
Czy wewnętrzne odłączniki oraz zdalna sygnalizacja działają zgodnie ze specyfikacją dla rzeczywistego źródła i warunków zwarciowych.
Zainstalowany poziom ochrony napięciowej oraz rozmieszczenie są kompatybilne z chronionym urządzeniem.
Sąsiednie obwody AC oraz obwody komunikacyjne podlegają ochronie zgodnie z właściwymi dla nich ramami produktowymi.

Aby uzyskać pełne wytyczne dotyczące fazy, przewodu neutralnego, PE, urządzeń ochronnych oraz prowadzenia tras, należy skorzystać z instrukcją okablowania SPD.

Praktycznej specyfikacji zakupowej dla SPD DC

Poproś dostawcę o wskazanie dokładnego urządzenia w oparciu o poniższe pola:

Pole specyfikacji zakupowej	Wymagane informacje
Obwód zabezpieczony	DC generatora PV, zasilanie DC akumulatorowe/nie-PV, przemysłowa szyna DC lub inny zdefiniowany obwód.
Norma i wydanie	Dokładna mająca zastosowanie część i wydanie normy IEC dla produktu, istotny związek z częścią 01 oraz wymagane zatwierdzenie regionalne.
Maksymalne napięcie robocze	Najgorszy przypadek ciągłego napięcia DC oraz deklarowane Ucpv, DC Uc lub mające zastosowanie MCOV.
Uziemienie i tryby ochrony	Układ uziemiony/izolowany/bipolarny oraz deklaracje rzeczywistego trybu DC+/DC−/PE.
Obciążenie udarowe i odgromowe	Deklarowane In, Imax, Iimp tam, gdzie ma to zastosowanie, powiązane przebiegi falowe oraz podstawa dla każdego trybu.
Poziom ochrony sprzętu	Deklarowane Up oraz założenia dotyczące zainstalowanego połączenia istotne dla wytrzymałości sprzętu.
Źródło i prąd zwarciowy	Rzeczywista charakterystyka źródła, dostępny prąd zwarciowy oraz odpowiednie deklarowane informacje dotyczące wytrzymałości zwarciowej/prądu zwarciowego.
Ochrona kopii zapasowej	Wymagany typ urządzenia zewnętrznego, znamionowe napięcie DC, warunki koordynacji oraz maksymalna dopuszczalna przez producenta wartość znamionowa zabezpieczenia.
Monitorowanie i konserwacja	Wskazanie stanu, wymienne moduły, opcjonalny styk zdalny, dostęp serwisowy oraz instrukcje wymiany.
Dowody	Dokładna karta katalogowa modelu, schemat połączeń, odpowiedni raport z badań lub certyfikat, jeśli jest wymagany, oraz dokumentacja specyficzna dla danego rynku.

Użyteczne zapytanie ofertowe (RFQ) nie ogranicza się tylko do “1500 V DC SPD, 40 kA”. Określa ono obwód, źródło, normę, układ uziemienia, napięcie, tryby ochrony, obciążalność udarową, warunki prądu zwarciowego oraz wymagane dokumenty potwierdzające parametry produktu.

Przejrzyj Seria ograniczników przepięć VIOX dopiero po zdefiniowaniu tych wymagań aplikacyjnych.

Podstawowe odniesienia techniczne

Dla każdej instalacji należy zweryfikować obowiązujące krajowe przepisy, instrukcje producenta, wymagania specyficzne dla danego sprzętu, zasady rynkowe oraz rzeczywiste warunki panujące w chronionym obwodzie.