光伏系统浪涌保护器选择 - 浪涌保护器安装

1.影响SPD安装的因素

屋顶光伏（PV）系统中的过电压主要由直接雷击（雷击发生在建筑物或配备低压保护装置的光伏设备上或附近）、雷击引起的电场变化产生的感应电压，以及交流/直流配电网络中的开关操作引起。为了评估浪涌保护的必要性并确定合适的保护策略，应以设备的额定冲击耐受电压（Uw）作为参考。除非风险评估另有规定，否则应在光伏系统的直流侧和交流侧都安装浪涌保护器（SPD）。

光伏系统中可能需要保护的设备包括：

逆变器，包括与低压交流系统和直流系统的接口、光伏阵列、光伏系统内部布线、安装在逆变器和光伏阵列之间的组件（如汇流箱）；用于监测和控制光伏系统的设备。

根据IEC 61643-12和GB/T 21714的相关章节，光伏系统用浪涌保护器（SPD）的选择和安装取决于多种因素。这些因素包括地闪密度（NG）[1/km²·年]或年平均雷暴日数（T）、低压供电系统的特性（例如架空线路或地下电缆）、被保护设备的性质，以及是否安装了外部防雷系统（LPS）来保护光伏系统免受直接雷击。

如果存在外部 LPS，则 SPD 要求受 LPS 的保护等级（Class）以及 LPS 与 PV 系统之间是否保持所需的隔离距离 (S) 的影响（隔离式 LPS 与非隔离式 LPS）。

2. 不同外部低压保护装置配置对光伏系统防雷的影响

根据外部低压电源 (LPS) 的存在和类型，屋顶光伏系统的 SPD 安装通常分为三类：

（1）无外部液化石油气的光伏系统

如图所示（此处未包含），如果建筑物未配备外部防雷系统，则应根据雷电风险评估结果安装浪涌保护器 (SPD)。建议在交流和直流侧均安装浪涌保护器，以保护关键光伏组件。

在直流侧，应在光伏汇流箱或光伏阵列（如果未使用汇流箱）附近安装一个 2 型直流浪涌保护器（标记为 DC1）。该浪涌保护器用于保护建筑物免受通过光伏电缆传输的外部浪涌的损害，通常安装在光伏电缆进入建筑物之后。另一个 2 型直流浪涌保护器（标记为 DC2）应安装在逆变器的直流输入端附近。如果 DC1 与逆变器之间的电缆长度小于 10 米，则可以省略 DC1。

对于交流侧，建议在交流电源输入端（通常位于主配电盘处）安装一个 2 型交流浪涌保护器（记为 AC1）。该装置用于防止来自电网的浪涌。在没有外部防雷保护的系统中是否需要 AC1，取决于雷电风险评估的结果。为了保护昂贵的逆变器，通常在逆变器的交流输出端附近安装一个 2 型交流浪涌保护器（记为 AC2）。如果 AC1 和 AC2 之间的电缆长度小于 10 米，则可以省略 AC2。有关详细指导，请参阅配置表。

（2）满足所需分离距离的带外部低压电源的光伏系统（隔离式低压电源）

如图所示，当建筑物设有外部防雷系统（例如避雷针或避雷带），且屋顶光伏阵列在该系统保护下保持适当的隔离距离时，该光伏系统可视为配备了隔离式防雷系统。即使在这种情况下，安装浪涌保护器仍然是必要的。

对于采用独立式低压电源 (LPS) 的系统，浪涌保护器 (SPD) 的安装方式与没有外部防雷保护的系统类似。应在汇流箱附近安装一个 2 型直流浪涌保护器，如果未使用汇流箱，则应在光伏阵列附近安装。另一个 2 型直流浪涌保护器应安装在逆变器的直流侧附近，而 2 型交流浪涌保护器应安装在逆变器的交流侧附近。但是，由于光伏系统需要连接建筑物内外，因此在市电进入建筑物的主交流配电盘处还需要安装一个 1 型交流浪涌保护器。有关详细的布局指南，请参阅配置表。

（3）外部低压电源光伏系统不符合规定的分离距离（非隔离式低压电源）

在屋顶光伏系统中，如果光伏板距离外部防雷系统 (LPS) 过近，无法满足规定的安全距离，则光伏系统的所有金属部件都需要连接到 LPS，以确保正确的等电位连接。这是屋顶防雷的常用方法。在这种配置中，交流电缆和直流电缆在连接系统中都被视为并联导体，这意味着它们会直接受到雷电流的影响。因此，IEC 建议在系统的关键位置使用 1 型浪涌保护器 (SPD)，通常与 2 型浪涌保护器配合使用：例如光伏电缆进入建筑物的位置，以及逆变器等重要设备的交流和直流侧。

如图所示，DC1 应尽可能靠近汇流箱安装；如果没有汇流箱，则应靠近光伏阵列安装。DC2 和 AC2 应靠近逆变器安装，以更好地保护逆变器。大多数情况下，主配电盘上的 AC1 和逆变器附近的 AC2 都是必需的。但如果逆变器安装在主配电盘内，且与主配电盘共用同一接地线，电缆长度小于或等于 0.5 米，则可能不需要 AC2。您可以参考表格获取详细的安装指南。

1：在下列情况下可以省略 DC1：如果 DC1 与逆变器之间的电缆长度小于 10 米，并且 AC2 的电压保护等级 (Up) 小于或等于光伏阵列额定冲击耐受电压 (Uw) 的 0.8 倍；或者如果 AC2 的 Up 小于或等于 Uw 的 0.5 倍，并且 PE（保护接地）导体靠近直流电缆布线。

2：在下列情况下可以省略 AC2：如果 AC1 和 AC2 之间的电缆长度小于 10 米；或者如果逆变器和主配电盘共用同一个接地电极，并且 SPD 连接电缆每根长度不超过 0.5 米——例如，如果逆变器安装在主配电盘内。

3：SPD接地导体的最小横截面积：对于2型SPD，铜接地导体的横截面积不应小于6mm²；对于1型SPD，铜接地导体的横截面积不应小于16mm²。

屋顶光伏系统中直流侧浪涌保护器 (SPD) 的选择主要取决于建筑物的防雷措施和系统布线方式。根据配置表和 IEC 标准，逆变器直流侧必须始终配备浪涌保护器。但只有当光伏组件与逆变器之间的电缆长度超过 10 米时，才需要在汇流箱附近（或如果没有汇流箱，则在光伏组件附近）加装额外的浪涌保护器。

话虽如此，并非所有地方都如此。在一些国家——例如德国——规定则恰恰相反。在德国，直流浪涌保护器总是安装在光伏板旁边，只有当电缆长度超过10米时，才需要在逆变器附近加装一个。