光伏系统浪涌保护器选择——浪涌保护器的类型

光伏发电是重要的可再生能源，与传统发电方式相比，其经济效益极具竞争力。小型分布式光伏系统，例如屋顶太阳能电池板，正变得越来越普及。屋顶光伏系统涉及交流和直流配电，电压最高可达1500V。直流侧，尤其是光伏电池板，在雷击高风险地区可能直接暴露于雷击之下，因此极易遭受雷击损坏。

根据雷击风险，建筑物防雷分为外部防护（防雷系统，LPS）和内部防护（浪涌保护措施，SPM）。浪涌保护器（SPD）作为内部防护的一部分，用于防止大气雷击或开关操作引起的瞬态过电压。SPD 安装在被保护设备外部，其主要工作原理如下：当电力系统没有浪涌时，SPD 不会显著影响其保护系统的正常运行。当发生浪涌时，SPD 呈现低阻抗状态，将浪涌电流分流到自身，并将电压限制在安全范围内。浪涌过后，残余电流消失，SPD 恢复到高阻抗状态。

1.浪涌保护器（SPD）的安装位置

浪涌保护器 (SPD) 的安装位置取决于雷击威胁程度，并基于 IEC 62305 标准中的雷电防护区 (LPZ) 概念。瞬态过电压会被逐步降低至安全水平，该水平必须低于被保护设备的耐受电压。如图所示，SPD 安装在这些区域的边界处，由此产生了低压系统中常用的多级浪涌保护概念。对于光伏系统，其重点在于防止雷电浪涌从交流侧和直流侧进入系统，从而保护逆变器等关键组件。

2. 浪涌保护器 (SPD) 测试课程

根据IEC 61643-11标准，浪涌保护器（SPD）根据其设计承受的雷电流冲击类型分为三类测试。I类测试（标记为T1）旨在模拟可能传导至建筑物的局部雷电流。这些测试采用10/350 µs波形（如下图所示），通常应用于LPZ0和LPZ1的边界处，例如主配电盘或低压变压器进线口。此级别的浪涌保护器通常为电压开关型，其元件包括气体放电管或火花隙（例如，喇叭形火花隙或石墨火花隙）。

II 型 (T2) 和 III 型 (T3) 测试使用持续时间较短的脉冲。II 型浪涌保护器 (SPD) 通常是限压装置，采用金属氧化物压敏电阻 (MOV) 等元件。它们使用标称放电电流和 8/20 µs 电流波形（见下图）进行测试，其作用是进一步限制来自上游保护装置的残余浪涌电压。III 型测试使用组合波形发生器，产生 1.2/50 µs 电压和 8/20 µs 电流脉冲（见下图），模拟更接近终端设备的浪涌。

3. 浪涌保护装置（SPD）的连接类型

瞬态过电压保护主要有两种模式。第一种是共模保护（CT1），它旨在防止带电导体与保护接地（PE）之间的浪涌电压。例如，雷击会在系统中引入相对于地线的高电压。共模保护有助于减轻此类外部干扰（例如雷击）的影响，如下图所示。

第二种是差模保护（CT2），它能防止线路导体（L）和中性导体（N）之间的浪涌。这种保护对于应对内部干扰尤为重要，例如系统内部产生的电噪声或干扰，如下图所示。

通过实施其中一种或两种保护模式，可以更好地保护电气系统免受潜在浪涌源的影响，最终提高连接设备的寿命和可靠性。

需要注意的是，浪涌保护器 (SPD) 保护模式的选择应与现有的接地系统相匹配。对于 TN 系统，CT1 和 CT2 保护模式均可使用。然而，在 TT 系统中，CT1 只能应用于剩余电流动作保护器 (RCD) 的下游。在 IT 系统中（尤其是没有中性线的系统），CT2 保护模式不适用。这对于采用 IT 接地配置的直流配电系统而言至关重要。详情请参见下表。

4. 浪涌保护器 (SPD) 的关键参数

根据国际标准 IEC 61643-11，定义了连接到低压配电系统的 SPD 的特性和测试方法，如图 7 所示。

（1）电压保护等级（上）

选择浪涌保护器 (SPD) 时，最重要的方面是其电压保护等级 (Up)，该等级表征了 SPD 限制端子间电压的性能。此值应高于最大钳位电压。当流过 SPD 的电流等于额定放电电流 In 时，即可达到最大钳位电压。所选电压保护等级必须低于负载的冲击耐受电压 Uw。在雷击情况下，SPD 端子间的电压通常会保持在 Up 以下。对于光伏直流系统，负载通常指光伏组件和逆变器。

（2）最大连续工作电压（Uc）

Uc 是可连续施加于浪涌保护器 (SPD) 保护模式的最大直流电压。它根据额定电压和系统接地配置选择，并作为 SPD 的激活阈值。对于光伏系统的直流侧，Uc 应大于或等于光伏阵列的 Uoc Max。Uoc Max 指的是光伏阵列指定点处火线端子之间以及火线端子与地线之间的最高开路电压。

（3）标称放电电流（in）

这是流经SPD的8/20 μs波形电流的峰值，用于II型测试以及I型和I型预处理测试。 II 型IEC标准要求浪涌保护器（SPD）至少能承受19次8/20 μs波形电流的放电。In值越高，SPD的使用寿命越长，但成本也越高。

（4）冲击电流（Iimp）

该电流由三个参数定义：峰值电流 (Ipeak)、电荷量 (Q) 和比能量 (W/R)，用于 一型 测试。典型波形为 10/350 μs。