光伏太阳能直流浪涌保护器应用方案

由于用于光伏装置的直流电涌保护设备必须设计为完全暴露在阳光下，因此它们极易受到雷电的影响。光伏阵列的容量与其暴露的表面积直接相关，因此闪电事件的潜在影响随着系统规模的增加而增加。在照明频繁发生的情况下，未受保护的光伏系统可能会对关键组件造成反复和重大损坏。这会导致大量的维修和更换成本、系统停机和收入损失。正确设计，指定和安装的地凯科技电涌保护装置（SPD）与工程防雷系统结合使用时，可最大程度地减少雷电事件的潜在影响。

防雷系统结合了空气端子、适当的引下线、所有载流组件的等电位连接和适当的接地原理等基本元件，可提供防止直接撞击的顶篷。如果您的光伏站点有任何雷电风险，我强烈建议聘请具有该领域专业知识的专业电气工程师，在必要时提供风险评估研究和保护系统设计。

了解防雷系统和SPD之间的区别很重要。防雷系统的目的是通过大量载流导体将直接雷击引导到大地，从而使结构和设备免于处于放电路径或被直接击中。SPD应用于电气系统，以提供接地的放电路径，以使这些系统的组件免受雷电或电力系统异常的直接或间接影响引起的高压瞬变。即使有外部防雷系统，如果没有SPD，雷电的影响仍然会对组件造成重大损坏。

出于本文的目的，我假设某种形式的防雷保护已经到位，并检查了额外使用适当SPD的类型，功能和好处。结合适当设计的防雷系统，在关键系统位置使用 SPD 可保护主要组件，例如逆变器、模块、汇流箱中的设备以及测量、控制和通信系统。

除了直接雷击阵列的后果外，互连电源布线非常容易受到电磁引起的瞬变的影响。雷电直接或间接引起的瞬变，以及公用事业开关功能产生的瞬变，使电气和电子设备暴露在持续时间极短（数十到数百微秒）的非常高的过电压中。暴露在这些瞬态电压下可能会导致灾难性的组件故障，这些故障可能因机械损坏和碳跟踪而明显，或者不明显但仍会导致设备或系统故障。

长期暴露于较低幅度的瞬变会使光伏系统设备中的介电和绝缘材料变质，直到最终击穿。此外，电压瞬变可能会出现在测量、控制和通信电路上。这些瞬变可能看起来是错误的信号或信息，导致设备故障或关闭。SPD的战略放置缓解了这些问题，因为它们充当短路或钳位设备。

SPD的技术特性

光伏应用中最常用的SPD技术是金属氧化物压敏电阻（MOV），它用作电压钳位器件。其他SPD技术包括硅雪崩二极管，受控火花隙和气体放电管。后两者是显示为短路或撬棍的开关设备。每种技术都有自己的特点，使其或多或少适合特定应用。这些设备的组合也可以协调，以提供比单独提供的最佳特性。表1列出了光伏系统中使用的主要SPD类型，并详细说明了它们的一般操作特性。

SPD必须能够在瞬态存在的短时间内足够快地改变状态，并在不失效的情况下释放瞬态电流的大小。设备还必须最小化SPD电路上的压降，以保护其所连接的设备。最后，SPD功能不应干扰该电路的正常功能。

SPD操作特性由几个参数定义，无论谁选择SPD，都必须了解这些参数。本主题需要可以在此处涵盖的更多详细信息，但以下是应考虑的一些参数：最大连续工作电压、交流或直流应用、标称放电电流（由幅度和波形定义）、电压保护级别（SPD 放电时存在的端电压特定电流）和临时过电压（可以在不损坏 SPD 的情况下施加特定时间的连续过电压）。

使用不同组件技术的SPD可以放置在相同的电路中。但是，必须谨慎选择它们，以确保它们之间的能量协调。具有较高额定放电值的组件技术必须放电可用瞬态电流的最大幅度，而另一种组件技术将剩余瞬态电压降低到较低的幅度，因为它释放的电流较小。

SPD 必须有一个集成的自保护装置，如果设备发生故障，该装置会将其与电路断开。为了使这种断开连接显而易见，许多SPD显示一个标志，指示其断开连接状态。通过一组完整的辅助触点指示SPD的状态是一项增强功能，可以为远程位置提供信号。另一个需要考虑的重要产品特性是SPD是否使用手指安全的可拆卸模块，该模块允许在没有工具或需要断电电路的情况下轻松更换故障模块。

地凯科技光伏装置的交流电涌保护器件注意事项

闪电从云层到防雷系统、光伏结构或附近的地面会导致相对于远处地面参考的局部地电位上升。跨越这些距离的导体使设备暴露在很大的电压下。地电位上升的影响主要发生在并网光伏系统与服务入口处的公用设施之间的连接点，即局部接地与远处参考接地电连接的点。

浪涌保护器应放置在服务入口处，以保护逆变器的公用侧免受损坏瞬变的影响。在此位置看到的瞬变具有很高的幅度和持续时间，因此必须通过具有适当高放电电流额定值的浪涌保护来管理。与 MOV 协调使用的受控火花隙是实现此目的的理想选择。火花隙技术可以通过在雷电瞬变期间提供等电位键合功能来释放高雷电流。协调的MOV能够将残余电压箝位到可接受的水平。

除了地电位上升的影响外，逆变器的交流侧还可能受到雷电引起的和市电开关瞬变的影响，这些瞬变也出现在服务入口处。为了尽量减少潜在的设备损坏，应尽可能靠近逆变器的交流端子应用适当额定的交流电涌保护，并为具有足够横截面积的导体提供最短和最直的路线。不实施此设计标准会导致放电期间SPD电路中的压降高于必要的电压，并使受保护设备暴露于高于必要的瞬态电压。

地凯科技光伏装置的直流电涌保护器件注意事项

对附近接地结构（包括防雷系统）的直接撞击以及可能为 100 kA 的云间和云内闪光会导致相关的磁场，从而将瞬态电流感应到光伏系统直流电缆中。这些瞬态电压出现在设备端子处，导致关键部件的绝缘和介电故障。

将SPD放置在指定位置可以减轻这些感应和部分雷电流的影响。SPD平行放置在通电导体和接地之间。当发生过电压时，它将状态从高阻抗器件更改为低阻抗器件。在这种配置中，SPD释放相关的瞬态电流，最大限度地减少设备端子上存在的过电压。该并联器件不承载任何负载电流。所选的SPD必须经过专门设计，额定和批准，可用于直流光伏电压。集成的SPD断开必须能够中断更严重的直流电弧，这在交流应用中是找不到的。

以 Y 配置连接 MOV 模块是大型商业和公用事业规模光伏系统上常用的 SPD 配置，最大开路电压为 600 或 1，000 Vdc。Y 的每个支腿都包含一个连接到每个极和接地的 MOV 模块。在非接地系统中，每个极之间以及极和接地之间有两个模块。在这种配置中，每个模块的额定电压是系统电压的一半，因此即使发生极地故障，MOV 模块也不会超过其额定值。

非电源系统浪涌保护注意事项

正如电力系统设备和组件容易受到雷电的影响一样，与这些装置相关的测量、控制、仪器仪表、SCADA和通信系统中的设备也是如此。在这些情况下，电涌保护的基本概念与电源电路上的概念相同。但是，由于该设备通常对过压脉冲的容忍度较低，并且更容易受到错误信号的影响，并且由于在电路中添加串联或并联组件而受到不利影响，因此必须更加注意添加的每个SPD的特性。根据这些组件是通过双绞线、CAT 6 以太网还是同轴射频进行通信，需要特定的 SPD。此外，为非电源电路选择的SPD必须能够无故障地释放瞬态电流，以提供足够的电压保护水平，并避免干扰系统的功能 - 包括串联阻抗，线对线和接地电容以及频率带宽。

SPD光伏浪涌保护器的常见误用

SPD已应用于电源电路多年。大多数当代电源电路都是交流系统。因此，大多数电涌保护设备都设计用于交流系统。不幸的是，最近引入的大型商业和公用事业规模的光伏系统以及部署的系统数量不断增加，导致为交流系统设计的SPD误用到直流侧。在这些情况下，由于直流光伏系统的特性，SPD 性能不佳，尤其是在其故障模式下。

MOV为用作SPD提供了出色的特性。如果它们被正确评级和正确应用，它们将以高质量的方式执行该功能。但是，像所有电气产品一样，它们可能会失败。故障可能是由环境加热、放电电流大于设备设计处理的电流、放电次数过多或暴露于连续过压条件下引起的。

因此，SPD 设计有热操作隔离开关，必要时将它们与通电直流电路的并联连接分开。由于当SPD进入故障模式时，一些电流流过，因此当热断开开关工作时会出现轻微的电弧。当施加在交流电路上时，发电机供电电流的第一个过零点会熄灭该电弧，并且SPD安全地从电路中移除。如果将相同的交流SPD施加到光伏系统的直流侧，尤其是高电压，则直流波形中的电流不会过零。正常的热操作开关无法熄灭电弧电流，并且设备发生故障。

在MOV周围放置一个并联熔断旁路电路是克服直流故障电弧熄灭的一种方法。如果热断开工作，其断开触点上仍会出现电弧;但是该电弧电流被重定向到包含保险丝的并联路径，电弧熄灭，保险丝中断故障电流。

SPD 之前的上游熔断器（可能应用于交流系统）不适用于直流系统。当发电机功率输出降低时，操作保险丝的短路可用电流（如在过流保护装置中）可能不足。因此，一些SPD制造商在其设计中考虑到了这一点。