光伏太陽能直流浪涌保護器應用方案

由于用于光伏裝置的直流電涌保護設備必須設計為暴露在陽光下，因此它們極易受到雷電的影響。光伏陣列的容量與其暴露的表面積直接相關，因此閃電事件的潛在影響隨著系統規模的增加而增加。在照明頻繁發生的情況下，未受保護的光伏系統可能會對關鍵組件造成反復和重大損壞。這會導致大量的維修和更換成本、系統停機和收入損失。正確設計，和安裝的地凱科技電涌保護裝置（SPD）與工程防雷系統結合使用時，可大程度地減少雷電事件的潛在影響。

防雷系統結合了空氣端子、適當的引下線、所有載流組件的等電位連接和適當的接地原理等基本元件，可提供防止直接撞擊的頂篷。如果您的光伏站點有任何雷電風險，我強烈建議聘請具有該領域專業知識的專業電氣工程師，在必要時提供風險評估研究和保護系統設計。

了解防雷系統和SPD之間的區別很重要。防雷系統的目的是通過大量載流導體將直接雷擊引導到大地，從而使結構和設備免于處于放電路徑或被直接擊中。SPD應用于電氣系統，以提供接地的放電路徑，以使這些系統的組件免受雷電或電力系統異常的直接或間接影響引起的高壓瞬變。即使有外部防雷系統，如果沒有SPD，雷電的影響仍然會對組件造成重大損壞。

出于本文的目的，我假設某種形式的防雷保護已經到位，并檢查了額外使用適當SPD的類型，功能和好處。結合適當設計的防雷系統，在關鍵系統位置使用 SPD 可保護主要組件，例如逆變器、模塊、匯流箱中的設備以及測量、控制和通信系統。

除了直接雷擊陣列的后果外，互連電源布線非常容易受到電磁引起的瞬變的影響。雷電直接或間接引起的瞬變，以及公用事業開關功能產生的瞬變，使電氣和電子設備暴露在持續時間極短（數十到數百微秒）的非常高的過電壓中。暴露在這些瞬態電壓下可能會導致災難性的組件故障，這些故障可能因機械損壞和碳跟蹤而明顯，或者不明顯但仍會導致設備或系統故障。

長期暴露于較低幅度的瞬變會使光伏系統設備中的介電和絕緣材料變質，直到最終擊穿。此外，電壓瞬變可能會出現在測量、控制和通信電路上。這些瞬變可能看起來是錯誤的信號或信息，導致設備故障或關閉。SPD的戰略放置緩解了這些問題，因為它們充當短路或鉗位設備。

SPD的技術特性

光伏應用中常用的SPD技術是金屬氧化物壓敏電阻（MOV），它用作電壓鉗位器件。其他SPD技術包括硅雪崩二極管，受控火花隙和氣體放電管。后兩者是顯示為短路或撬棍的開關設備。每種技術都有自己的特點，使其或多或少適合特定應用。這些設備的組合也可以協調，以提供比單獨提供的佳特性。表1列出了光伏系統中使用的主要SPD類型，并詳細說明了它們的一般操作特性。

SPD必須能夠在瞬態存在的短時間內足夠快地改變狀態，并在不失效的情況下釋放瞬態電流的大小。設備還必須最小化SPD電路上的壓降，以保護其所連接的設備。最后，SPD功能不應干擾該電路的正常功能。

SPD操作特性由幾個參數定義，無論誰選擇SPD，都必須了解這些參數。本主題需要可以在此處涵蓋的更多詳細信息，但以下是應考慮的一些參數：大連續工作電壓、交流或直流應用、標稱放電電流（由幅度和波形定義）、電壓保護級別（SPD 放電時存在的端電壓特定電流）和臨時過電壓（可以在不損壞 SPD 的情況下施加特定時間的連續過電壓）。

使用不同組件技術的SPD可以放置在相同的電路中。但是，必須謹慎選擇它們，以確保它們之間的能量協調。具有較高額定放電值的組件技術必須放電可用瞬態電流的大幅度，而另一種組件技術將剩余瞬態電壓降低到較低的幅度，因為它釋放的電流較小。

SPD 必須有一個集成的自保護裝置，如果設備發生故障，該裝置會將其與電路斷開。為了使這種斷開連接顯而易見，許多SPD顯示一個標志，指示其斷開連接狀態。通過一組完整的輔助觸點指示SPD的狀態是一項增強功能，可以為遠程位置提供信號。另一個需要考慮的重要產品特性是SPD是否使用手指安全的可拆卸模塊，該模塊允許在沒有工具或需要斷電電路的情況下輕松更換故障模塊。

地凱科技光伏裝置的交流電涌保護器件注意事項

閃電從云層到防雷系統、光伏結構或附近的地面會導致相對于遠處地面參考的局部地電位上升。跨越這些距離的導體使設備暴露在很大的電壓下。地電位上升的影響主要發生在并網光伏系統與服務入口處的公用設施之間的連接點，即局部接地與遠處參考接地電連接的點。

浪涌保護器應放置在服務入口處，以保護逆變器的公用側免受損壞瞬變的影響。在此位置看到的瞬變具有很高的幅度和持續時間，因此必須通過具有適當高放電電流額定值的浪涌保護來管理。與 MOV 協調使用的受控火花隙是實現此目的的理想選擇。火花隙技術可以通過在雷電瞬變期間提供等電位鍵合功能來釋放高雷電流。協調的MOV能夠將殘余電壓箝位到可接受的水平。

除了地電位上升的影響外，逆變器的交流側還可能受到雷電引起的和市電開關瞬變的影響，這些瞬變也出現在服務入口處。為了盡量減少潛在的設備損壞，應盡可能靠近逆變器的交流端子應用適當額定的交流電涌保護，并為具有足夠橫截面積的導體提供最短和最直的路線。不實施此設計標準會導致放電期間SPD電路中的壓降高于必要的電壓，并使受保護設備暴露于高于必要的瞬態電壓。

地凱科技光伏裝置的直流電涌保護器件注意事項

對附近接地結構（包括防雷系統）的直接撞擊以及可能為 100 kA 的云間和云內閃光會導致相關的磁場，從而將瞬態電流感應到光伏系統直流電纜中。這些瞬態電壓出現在設備端子處，導致關鍵部件的絕緣和介電故障。

將SPD放置在位置可以減輕這些感應和部分雷電流的影響。SPD平行放置在通電導體和接地之間。當發生過電壓時，它將狀態從高阻抗器件更改為低阻抗器件。在這種配置中，SPD釋放相關的瞬態電流，大限度地減少設備端子上存在的過電壓。該并聯器件不承載任何負載電流。所選的SPD必須經過專門設計，額定和批準，可用于直流光伏電壓。集成的SPD斷開必須能夠中斷更嚴重的直流電弧，這在交流應用中是找不到的。

以 Y 配置連接 MOV 模塊是大型商業和公用事業規模光伏系統上常用的 SPD 配置，大開路電壓為 600 或 1，000 Vdc。Y 的每個支腿都包含一個連接到每個極和接地的 MOV 模塊。在非接地系統中，每個極之間以及極和接地之間有兩個模塊。在這種配置中，每個模塊的額定電壓是系統電壓的一半，因此即使發生極地故障，MOV 模塊也不會超過其額定值。

非電源系統浪涌保護注意事項

正如電力系統設備和組件容易受到雷電的影響一樣，與這些裝置相關的測量、控制、儀器儀表、SCADA和通信系統中的設備也是如此。在這些情況下，電涌保護的基本概念與電源電路上的概念相同。但是，由于該設備通常對過壓脈沖的容忍度較低，并且更容易受到錯誤信號的影響，并且由于在電路中添加串聯或并聯組件而受到不利影響，因此必須更加注意添加的每個SPD的特性。根據這些組件是通過雙絞線、CAT 6 以太網還是同軸射頻進行通信，需要特定的 SPD。此外，為非電源電路選擇的SPD必須能夠故障地釋放瞬態電流，以提供足夠的電壓保護水平，并避免干擾系統的功能 - 包括串聯阻抗，線對線和接地電容以及頻率帶寬。

SPD光伏浪涌保護器的常見誤用

SPD已應用于電源電路多年。大多數當代電源電路都是交流系統。因此，大多數電涌保護設備都設計用于交流系統。不幸的是，最近引入的大型商業和公用事業規模的光伏系統以及部署的系統數量不斷增加，導致為交流系統設計的SPD誤用到直流側。在這些情況下，由于直流光伏系統的特性，SPD 性能不佳，尤其是在其故障模式下。

MOV為用作SPD提供了出色的特性。如果它們被正確評級和正確應用，它們將以高質量的方式執行該功能。但是，像所有電氣產品一樣，它們可能會失敗。故障可能是由環境加熱、放電電流大于設備設計處理的電流、放電次數過多或暴露于連續過壓條件下引起的。

因此，SPD 設計有熱操作隔離開關，必要時將它們與通電直流電路的并聯連接分開。由于當SPD進入故障模式時，一些電流流過，因此當熱斷開開關工作時會出現輕微的電弧。當施加在交流電路上時，發電機供電電流的一個過零點會熄滅該電弧，并且SPD安全地從電路中移除。如果將相同的交流SPD施加到光伏系統的直流側，尤其是高電壓，則直流波形中的電流不會過零。正常的熱操作開關無法熄滅電弧電流，并且設備發生故障。

在MOV周圍放置一個并聯熔斷旁路電路是克服直流故障電弧熄滅的一種方法。如果熱斷開工作，其斷開觸點上仍會出現電弧;但是該電弧電流被重定向到包含保險絲的并聯路徑，電弧熄滅，保險絲中斷故障電流。

SPD 之前的上游熔斷器（可能應用于交流系統）不適用于直流系統。當發電機功率輸出降低時，操作保險絲的短路可用電流（如在過流保護裝置中）可能不足。因此，一些SPD制造商在其設計中考慮到了這一點。