DC SPD for Solar PV: How to Select Ucpv, Type, and Placement

Выбирайте DC SPD для солнечных систем исходя из параметров фотоэлектрического массива и условий установки, а не на основе номинального напряжения или максимального значения kA. Сначала рассчитайте максимальное напряжение холостого хода одной цепочки при низких температурах. Затем выберите подходящий фотоэлектрический DC SPD с соответствующими Ucpv и конфигурацией системы, определите тип 2 или тип 1+2 в зависимости от воздействия молнии и проекта молниезащиты, решите, где требуется защита, и проверьте Up, совместимость с токами короткого замыкания, резервную защиту и точные инструкции производителя.

Проверка выбора	Решение для регистрации
Максимальное напряжение цепочки	Расчетное значение Voc при низких температурах для максимально допустимой длины цепочки
Соответствие напряжения SPD	Ucpv и конфигурация фотоэлектрической системы, соответствующие данному максимальному напряжению
Тип СПД	Тип 2 или тип 1+2 в зависимости от воздействия, внешней системы молниезащиты (LPS), разделительного расстояния и правил проекта
Размещение	Массив/комбайнер, вход DC инвертора или обе оконечные точки кабеля после проверки проекта
Эффективность защиты	Up, In/Imax или Iimp (в зависимости от применимости) и координация с устойчивостью оборудования
Безопасность при токах короткого замыкания	Направление Iscpv/SCCR, допустимое резервное устройство и доступный ток короткого замыкания
Доказательства	Технический паспорт PV DC, применимые документы о соответствии/испытаниях, схема электрических соединений и инструкции по монтажу

Эта страница посвящена выбору задачи. Для компоновки на уровне клемм используйте специализированную руководству по подключению SPD и схему электрических соединений солнечной распределительной коробки. Проектная схема и точное руководство по SPD остаются определяющими документами.

Какова функция SPD в солнечной электрической системе?

Устройство защиты от перенапряжений ограничивает кратковременное перенапряжение и отводит импульсный ток через предусмотренный путь защиты. На стороне PV DC оно предназначено для снижения переходного напряжения, достигающего инвертора, оборудования распределительной коробки, оборудования мониторинга или других подключенных устройств.

An SPD does not replace a DC fuse, breaker, isolator, bonding system, or external lightning-protection system. It also does not regulate a sustained high voltage. These functions must be coordinated as part of the installation.

Фотоэлектрические системы обычно требуют отдельной проверки на четырех интерфейсах:

• the array or combiner-box DC circuits;
• the inverter DC input;
• the inverter AC output or distribution board; and
• линии передачи данных, датчиков или связи.

Изделия для DC и AC не являются взаимозаменяемыми. Стандарт IEC 61643-31:2018 применяется к SPD, предназначенным для стороны DC фотоэлектрических генераторов и инверторов с напряжением до 1,500 V DC. Стандарт IEC 61643-32:2017 регламентирует выбор и применение для фотоэлектрических установок. Устройства для стороны AC соответствуют применимым стандартам на продукцию и правилам монтажа SPD для AC.

Шаг 1: Рассчитайте максимальное напряжение холостого хода (Voc) стринга при низких температурах

PV module open-circuit voltage rises as cell temperature falls. That makes the array’s maximum possible string Voc—not the inverter’s nominal DC voltage—the starting point for Ucpv selection.

Используйте температурный коэффициент напряжения от производителя модуля и расчетную минимальную температуру, требуемую проектной методикой. Упрощенный расчет выглядит следующим образом:

Voc,max = Nseries × Voc,module,STC × [1 + |βVoc| × (25 − Tmin)]

Где:

• Nseries — это количество модулей, соединенных последовательно в одной цепочке;
• Voc,module,STC — это напряжение холостого хода модуля при стандартных условиях испытаний;
• βVoc — это абсолютное значение температурного коэффициента Voc на градус Цельсия, выраженное в виде десятичной дроби; и
• Tmin — это расчетная температура, используемая согласно применимой проектной методике.

Пример расчета

Предположим, что последовательно соединены 20 модулей, каждый с Voc 45 V при STC. В техническом паспорте модуля указан температурный коэффициент Voc, равный −0,30%/°C, а расчетная минимальная температура составляет −10°C.

String Voc at STC = 20 × 45 V = 900 V
Temperature difference = 25 − (−10) = 35°C
Cold correction factor = 1 + 0.003 × 35 = 1.105
Voc,max = 900 V × 1.105 = 994.5 V

The result is too close to treat a 1,000 V Ucpv label as an automatic choice. The engineer must apply the relevant standard method, required margin, module tolerance, inverter maximum input voltage, and the SPD manufacturer’s instructions. Some IEC-oriented manufacturer guidance applies an additional Ucpv relationship to maximum array voltage; use the project-approved method rather than mixing rules from different markets.

Не увеличивайте Ucpv без учета уровня защиты. Более высокое длительное рабочее напряжение может также быть связано с более высоким Up. Выбор — это задача координации: SPD должен выдерживать нормальное максимальное напряжение PV и при этом ограничивать переходные процессы ниже целевого уровня выдерживаемого напряжения защищаемого оборудования, включая влияние монтажных проводов.

Шаг 2: Подбор SPD для фотоэлектрической системы DC

Маркировки “DC SPD” недостаточно. Убедитесь, что устройство предназначено для работы в цепях постоянного тока фотоэлектрических систем и соответствует конфигурации цепи.

Проверьте	Почему это важно	Запрашиваемые доказательства
Применение в PV DC	DC arc and disconnection behavior differ from AC	Технический паспорт с указанием использования в PV DC и применимого стандарта на продукцию
UCPV	Должен оставаться пригодным при максимальном нормальном напряжении PV	Номинальное значение и правило выбора производителя
Режимы защиты и полюса	Должен соответствовать заземленной, функционально заземленной или изолированной архитектуре PV	Принципиальная электрическая схема производителя для конкретной модели
Iscpv или заявленные характеристики при коротком замыкании	SPD должен быть безопасным при имеющихся условиях тока короткого замыкания в PV	Данные испытаний/номинальных характеристик и допустимая схема защиты
Кодировка сменных картриджей	Предотвращает установку несовместимого сменного элемента	Совместимость артикулов базы и картриджа
Экологические ограничения	На распределительные коробки могут воздействовать тепло, влага, конденсат и высота над уровнем моря	Предельные значения температуры, высоты, корпуса и степени загрязнения

Стандарт IEC 61643-31 прямо исключает применение SPD в фотоэлектрических системах с накопителями энергии, такими как аккумуляторы. Это не означает, что в проектах с фотоэлектрическими системами и накопителями нельзя использовать защиту от перенапряжений; это означает, что для защиты со стороны аккумулятора и со стороны преобразователя требуется собственное оборудование и обоснование. Используйте руководство по защите от перенапряжений для BESS для этого отдельного применения.

Шаг 3: Выберите тип 2 или тип 1+2 в зависимости от условий воздействия

Тип не является показателем качества. Устройства Типа 1 и комбинированные устройства Типа 1+2 оцениваются на устойчивость к токам молнии; устройства Типа 2 предназначены для работы в условиях импульсных токов, возникающих при наведенных и коммутационных перенапряжениях. Выбор осуществляется исходя из путей протекания тока молнии в электрической системе, а не из предположения, что устройство с более высоким номиналом всегда лучше.

Условия монтажа	Отправная точка для анализа проекта	Что должно определять окончательный выбор
Кровельная фотоэлектрическая система без внешней системы молниезащиты (LPS)	Тип 2 обычно оценивается на устойчивость к наведенным перенапряжениям	Местные нормы, оценка рисков, инструкции к инвертору, прокладка кабелей и внешние факторы воздействия на объекте
Здание с внешней системой молниезащиты (LPS) и соблюдением необходимого разделительного расстояния	Тип 2 может быть частью скоординированного проекта	Проектирование системы молниезащиты (LPS), расчет разделительного расстояния, концепция уравнивания потенциалов и применимый стандарт
Наличие внешней системы молниезащиты (LPS) и невозможность соблюдения разделительного расстояния	Применение устройств типа 1 или типа 1+2 обычно оценивается в соответствующих точках ввода	Ожидаемое распределение тока молнии, класс LPS, прокладка проводников и технические требования проекта
Открытая наземная площадка или объект фотоэлектрической системы общего пользования	Может быть обоснована координация устройств типа 1/типа 1+2 и типа 2, специфичная для проекта	Риск поражения молнией, сетчатое заземление, множественные кабельные вводы, стоимость простоя и инженерное обоснование
Замена в существующем сумматорном щите	Соблюдайте утвержденный проект; не определяйте тип по внешнему виду	Оригинальные чертежи, точные данные по базе/картриджу и история изменений на объекте

Iimp относится к контексту испытаний импульсным током молнии для Типа 1, обычно связанному с импульсом 10/350 мкс. In и Imax связаны с контекстом токовой волны 8/20 мкс, используемым для характеристик Типа 2. Эти значения не являются взаимозаменяемыми, поэтому более высокое пиковое значение в кА для одной формы волны не доказывает превосходную способность при другой. Руководство по Типу 1, Типу 2 и Типу 3 объясняет границы классификации.

Step 4: Decide Where the Solar DC SPD Is Needed

Размещение определяет реальный путь защиты. SPD следует оценивать вблизи ввода кабеля или защищаемого оборудования, при этом соединения должны быть максимально короткими и прямыми, насколько это допускает утвержденный проект.

Расположение	Назначение	Вопросы проектирования
Массив соединительных коробок или сумматор стрингов	Ограничение скачков напряжения, проникающих в наружные цепочки или наведенных в них	Подходит ли корпус? Находится ли точка заземления рядом? Соответствует ли архитектура каждого входа устройству SPD?
Вход постоянного тока инвертора	Снижение переходного напряжения на клеммах инвертора	Интегрирована ли защита и задокументирована ли она? Каково расстояние от SPD со стороны массива?
Оба конца длинной трассы кабеля DC	Контроль переходного напряжения на обоих концах кабеля	Требует ли стандарт IEC 61643-32, руководство по инвертору или проектная документация дополнительной защиты в зависимости от расстояния?
Выход AC инвертора или распределительный щит AC	Устраняйте скачки напряжения, проникающие через сеть AC	Используйте SPD для сети AC, подходящий для данной системы электроснабжения; не используйте повторно устройство для DC фотоэлектрических систем, основываясь лишь на предположениях
Интерфейс мониторинга и связи	Защищайте сигнальные линии, которые могут идти в обход SPD силовых цепей	Согласовывайте напряжение сигнала, интерфейс, полосу пропускания и концепцию заземления

Многие руководства указывают расстояние около 10 м между оборудованием и SPD в качестве контрольной точки для оценки необходимости дополнительной защиты. Рассматривайте это как повод для проектирования, а не как универсальное нормативное требование. Окончательная схема определяется применимой редакцией стандарта, топологией системы, трассой кабеля, проектом LPS, устойчивостью оборудования и рекомендациями производителя.

Аналогичным образом, важна малая длина проводов, поскольку быстрое изменение тока скачка напряжения создает индуктивный рост напряжения в соединительных проводниках. Установленное защитное напряжение — это не только указанное Up; длина и прокладка проводников увеличивают напряжение, воздействующее на оборудование. Избегайте больших петель и удаленного монтажа, но выбирайте сечение и способ прокладки проводников строго в соответствии с инструкциями по монтажу.

Шаг 5: Изучите номинальные параметры в комплексе

Маркировка или параметр	Вопрос по выбору	Типичная ошибка
UCPV	Подходит ли оно для максимального напряжения стринга при низких температурах и архитектуры фотоэлектрической системы?	Выбор на основе номинального напряжения инвертора
Вверх	Согласуется ли уровень защиты с устойчивостью оборудования после учета влияния подключения?	Предположение, что наименьшее значение Up из каталога является оптимальным для любой электрической системы
На сайте	Является ли способность к повторному номинальному разрядному току соответствующей для режима работы Типа 2?	Обозначение In как максимально возможного тока молнии
Имакс	Какое максимальное значение испытательного разрядного тока для Типа 2 заявлено?	Прямое сравнение этого значения с Iimp
Имп	Какая способность к току молнии для Типа 1 заявлена на полюс или режим защиты?	Сложение несопоставимых значений или игнорирование формы волны
Направление Iscpv/SCCR	Могут ли SPD и схема защиты выдержать имеющийся ток короткого замыкания?	Выбор резервного автоматического выключателя по привычке
Uoc или ограничения конфигурации системы	Какая архитектура фотоэлектрической системы и соотношения напряжений допустимы?	Предположение, что любое изделие, выглядящее как двухполюсное, подходит для любой изолированной системы
Статус и дистанционный контакт	Как будет обнаруживаться потеря защиты?	Рассмотрение индикатора закрытого блока сумматоров в качестве программы технического обслуживания

Используйте руководство по техническому паспорту SPD при сравнении деклараций. Не оценивайте устройства только по Imax; пригодность по напряжению, уровень защиты, тип, устойчивость к короткому замыканию и геометрия установки — все это влияет на результат.

Шаг 6: Проверка защиты от короткого замыкания и резервной защиты

SPD подключается параллельно защищаемой цепи. В нормальном установившемся режиме он потребляет незначительный ток, однако неисправный или деградировавший защитный компонент может создать аварийную ситуацию. Поэтому внешний предохранитель или автоматический выключатель, внутренняя защита и заявленный номинал по короткому замыканию должны быть согласованы с доступным током и инструкциями по установке.

Перед утверждением запишите:

• ток короткого замыкания в точке установки;
• применимую декларацию SPD по току короткого замыкания или току замыкания на землю в фотоэлектрической системе (PV);
• требуется ли внешняя резервная защита;
• допустимый тип устройства и максимальные/минимальные номинальные параметры, если они указаны производителем;
• сечение проводника и момент затяжки клемм;
• метод изоляции для безопасного технического обслуживания; и
• восстанавливает ли замена одного картриджа все режимы защиты.

Никогда не заменяйте предохранитель или автоматический выключатель на устройство с большим номиналом из-за того, что предыдущее устройство сработало или из-за подозрения на ложное срабатывание. В руководстве по подключению существующих автоматических выключателей объясняется, какие доказательства требуются перед выбором или совместным использованием вышестоящего устройства.

Выбор DC SPD для солнечных энергосистем в зависимости от типа проекта

Проект	Практический краткий список	Дополнительные вопросы
Небольшая крышная установка	PV Type 2 рядом с инвертором или в одобренной точке ввода массива	Встроен ли уже SPD? Какая защита предусмотрена со стороны AC? Имеется ли внешняя LPS?
Коммерческая крышная установка с сумматорами	Type 2 в задокументированных точках ввода DC; Type 1+2 там, где требуется по LPS/уровню воздействия	Длина кабелей, зоны крыши, удаленная индикация, температура корпуса и запасные картриджи
Наземная электростанция	Разработанная координация для нескольких точек	Ячеистая сеть защитного заземления, протяженные линии, несколько инверторных станций, плотность ударов молнии и мониторинг технического обслуживания
Промышленная фотоэлектрическая установка 1,500 V	PV DC SPD, специально сертифицированное для данного класса напряжения	Максимальное напряжение холостого хода (Voc) стринга, снижение номинальных характеристик в зависимости от высоты/температуры, ограничения инвертора и точные результаты испытаний
Фотоэлектрическая система в сочетании с аккумуляторным накопителем энергии	Раздельные проверки фотоэлектрической системы, аккумулятора, преобразователя, AC и сигнальных цепей	Область применения стандарта IEC 61643-31 для фотоэлектрических систем не распространяется автоматически на применение со стороны аккумулятора

Документы, которые необходимо запросить перед покупкой

Грамотный запрос коммерческого предложения (RFQ) описывает электрическую систему до того, как запрашивается артикул детали.

Поле запроса (RFQ)	Входные данные проекта
Приложение	Крышное исполнение, наземная установка, сумматор, вход DC инвертора или замена
Максимальное напряжение холостого хода (Voc) стринга	Скорректированное значение и метод расчета
Номинальное и максимальное напряжение электрической системы	Укажите ограничения инвертора и массива
Внешняя система молниезащиты (LPS)	Наличие/отсутствие, класс и статус разделительного расстояния
Тип СПД	Тип 2 или Тип 1+2 в зависимости от проекта
Требуемые режимы защиты	На основе топологии фотоэлектрической системы и схемы производителя
Up, In, Imax, Iimp	Требуемые значения в соответствующем контексте испытаний
Доступный ток короткого замыкания	В предполагаемой точке установки
Резервная защита	Требуемый тип/номинал или подтверждение того, что он не требуется
Окружающая среда	Корпус, температура, высота над уровнем моря, влажность, конденсация и условия загрязнения
Мониторинг	Визуальная индикация состояния, дистанционный контакт и порядок технического обслуживания
Доказательства	Технический паспорт, декларация/сертификат, наличие протокола испытаний, руководство по монтажу и совместимость при замене

Для спецификации материалов сумматора и границ функций защиты используйте руководство по проектированию защиты солнечных сумматоров. Для проверки поставленного DC SPD перед монтажом используйте соответствующее руководство по предмонтажному осмотру и испытанию DC SPD.

Распространенные ошибки при выборе

1. Использование AC SPD на стороне PV DC. Схожая форма корпуса не подтверждает пригодность для PV DC.
2. Использование номинального напряжения вместо Voc при низких температурах. Это может привести к тому, что нормальный режим работы окажется слишком близко к Ucpv или превысит его.
3. Выбор только по значению kA. Форма волны, тип, режим защиты и уровень напряжения имеют значение.
4. Предположение, что тип 1+2 всегда лучше. Он все равно должен быть скоординирован с оборудованием и установкой.
5. Защита только одного интерфейса. Цепи DC, AC и линии связи требуют отдельного рассмотрения.
6. Копирование типовой схемы подключения. Конфигурация полюсов и режимы защиты зависят от конкретной системы и модели.
7. Игнорирование безопасности при коротком замыкании. Резервная защита и ожидаемый ток короткого замыкания не являются необязательными полями в документации.
8. Оставление состояния без контроля. Вышедший из строя сменный модуль внутри закрытого уличного шкафа может остаться незамеченным без осмотра или дистанционной сигнализации.

Вопросы и ответы

Какой номинал SPD мне нужен для солнечной системы?

Не существует единого “номинала” в kA. Рассчитайте максимальное напряжение холостого хода (Voc) стринга при низких температурах, выберите подходящее Ucpv и конфигурацию системы, определите тип SPD в зависимости от условий эксплуатации, а затем согласуйте уровень защиты Up, номинальные токи разряда, безопасность при токах короткого замыкания и место установки.

Подходит ли SPD на 1,000 V DC для любой солнечной системы на 1,000 V?

No. “1,000 V system” is not the calculation result. The longest string’s cold-weather Voc, the SPD’s Ucpv rule, the inverter limit, topology, and project margin all need verification.

Нужен ли SPD как на стороне сумматора, так и на стороне инвертора?

Возможно. Большая протяженность кабельных трасс, раздельные конструкции, подверженность мест ввода кабелей воздействиям, устойчивость оборудования и действующие нормы проектирования могут обосновать необходимость защиты на обоих концах. Не превращайте эмпирическое правило расстояния в универсальное предписание.

Может ли один SPD защитить как DC, так и AC стороны солнечного инвертора?

Как правило, нет. PV DC и AC цепи имеют различные характеристики напряжения, требования к изделиям, режимы защиты и схемы подключения. Оценивайте каждый интерфейс отдельно.

Защищает ли солнечный SPD от прямого удара молнии?

SPD является частью скоординированной концепции молниезащиты и защиты от перенапряжений. Воздействие прямого удара молнии может потребовать внешней системы молниезащиты (LPS), уравнивания потенциалов, соблюдения разделительных расстояний, применения SPD типа 1, способных выдерживать токи молнии, и проектирования на основе оценки рисков. Ни один отдельный SPD не гарантирует защиту от любого удара или уровня энергии.

Технические справочные материалы

• IEC 61643-31:2018 — Требования и методы испытаний для PV DC SPD
• IEC 61643-32:2017 — Принципы выбора и применения SPD для фотоэлектрических систем
• Технический каталог DEHN 2025 — Терминология SPD и руководство по Ucpv для фотоэлектрических систем
• Институт защиты от перенапряжений NEMA — Принцип работы SPD

После того как исходные данные проекта задокументированы, сравните варианты устройств защиты от перенапряжений VIOX с точным значением напряжения DC фотоэлектрической системы, типом, режимами защиты, требованиями к токам короткого замыкания, условиями окружающей среды и комплектом подтверждающей документации.

Данное руководство предназначено для поддержки выбора и проверки закупок; оно не является инструкцией по монтажу электропроводки в рамках проекта. Окончательное проектирование, монтаж, испытания и техническое обслуживание должны выполняться в соответствии с применимыми правилами, документацией на инвертор, точными инструкциями к SPD и квалифицированной проверкой электрической части.