光電系統突波保護器選擇－突波保護器的類型

光電發電是重要的再生能源，與傳統發電方式相比，其經濟效益極具競爭力。小型分散式光電系統，例如屋頂太陽能板，正變得越來越普及。屋頂光電系統涉及交流和直流配電，電壓最高可達1500V。直流側，尤其是光電板，在雷擊高風險地區可能直接暴露於雷擊之下，因此極易遭受雷擊損壞。

根據雷擊風險，建築物防雷分為外部防護（防雷系統，LPS）和內部防護（突波保護措施，SPM）。突波保護器（SPD）作為內部防護的一部分，用於防止大氣雷擊或開關操作引起的瞬態過電壓。 SPD 安裝在被保護設備外部，其主要工作原理如下：當電力系統沒有突波時，SPD 不會顯著影響其保護系統的正常運作。當發生突波時，SPD 呈現低阻抗狀態，將突波電流分流到自身，並將電壓限制在安全範圍內。突波過後，殘餘電流消失，SPD 恢復到高阻抗狀態。

1.突波保護器（SPD）的安裝位置

突波保護器 (SPD) 的安裝位置取決於雷擊威脅程度，並基於 IEC 62305 標準中的雷電防護區 (LPZ) 概念。瞬態過電壓會被逐步降低至安全水平，該水平必須低於被保護設備的耐受電壓。如圖所示，SPD 安裝在這些區域的邊界處，由此產生了低壓系統中常用的多層突波保護概念。對於光伏系統，其重點在於防止雷電浪湧從交流側和直流側進入系統，從而保護逆變器等關鍵組件。

2. 突波保護器 (SPD) 測試課程

根據IEC 61643-11標準，突波保護器（SPD）根據其設計承受的雷電流衝擊類型分為三類測試。 I類測試（標示為T1）旨在模擬可能傳導至建築物的局部雷電流。這些測試採用10/350 µs波形（如下圖所示），通常應用於LPZ0和LPZ1的邊界處，例如主配電盤或低壓變壓器進線口。此等級的突波保護器通常為電壓開關型，其元件包括氣體放電管或火花隙（例如，喇叭形火花隙或石墨火花隙）。

II 型 (T2) 和 III 型 (T3) 測試使用持續時間較短的脈衝。 II 型突波保護器 (SPD) 通常是限壓裝置，採用金屬氧化物壓敏電阻 (MOV) 等元件。它們使用標稱放電電流和 8/20 µs 電流波形（見下圖）進行測試，其作用是進一步限制來自上游保護裝置的殘餘突波電壓。 III 型測試使用組合波形產生器，產生 1.2/50 µs 電壓和 8/20 µs 電流脈衝（見下圖），模擬更接近終端設備的突波。

3. 突波保護裝置（SPD）的連接類型

瞬態過電壓保護主要有兩種模式。第一種是共模保護（CT1），它旨在防止帶電導體與保護接地（PE）之間的突波電壓。例如，雷擊會在系統中引入相對於接地線的高電壓。共模保護有助於減輕此類外部幹擾（例如雷擊）的影響，如下圖所示。

第二種是差模保護（CT2），它能防止線路導體（L）和中性導體（N）之間的突波。這種保護對於應對內部幹擾尤其重要，例如係統內部產生的電噪聲或乾擾，如下圖所示。

透過實施其中一種或兩種保護模式，可以更好地保護電氣系統免受潛在突波源的影響，最終提高連接設備的壽命和可靠性。

需要注意的是，突波保護器 (SPD) 保護模式的選擇應與現有的接地系統相符。對於 TN 系統，CT1 和 CT2 保護模式均可使用。然而，在 TT 系統中，CT1 只能應用於剩餘電流動作保護器 (RCD) 的下游。在 IT 系統中（尤其是沒有中性線的系統），CT2 保護模式不適用。這對於採用 IT 接地配置的直流配電系統而言至關重要。詳情請參考下表。

4. 突波保護器 (SPD) 的關鍵參數

根據國際標準 IEC 61643-11，定義了連接到低壓配電系統的 SPD 的特性和測試方法，如圖 7 所示。

（1）電壓保護等級（上）

選擇突波保護器 (SPD) 時，最重要的方面是其電壓保護等級 (Up)，該等級表徵了 SPD 限制端子間電壓的性能。此值應高於最大箝位電壓。當流經 SPD 的電流等於額定放電電流 In 時，即可達到最大箝位電壓。所選電壓保護等級必須低於負載的衝擊耐受電壓 Uw。在雷擊情況下，SPD 端子間的電壓通常會保持在 Up 以下。對於光伏直流系統，負載通常指光伏組件和逆變器。

（2）最大連續工作電壓（Uc）

Uc 是可連續施加於突波保護器 (SPD) 保護模式的最大直流電壓。它根據額定電壓和系統接地配置選擇，並作為 SPD 的活化閾值。對於光伏系統的直流側，Uc 應大於或等於光伏陣列的 Uoc Max。 Uoc Max 指的是光電陣列指定點處火線端子之間以及火線端子與接地線之間的最高開路電壓。

（3）標稱放電電流（in）

這是流經SPD的8/20 μs波形電流的峰值，用於II型測試以及I型和I型預處理測試。 II 型IEC標準要求突波保護器（SPD）至少能承受19次8/20 μs波形電流的放電。 In值越高，SPD的使用壽命越長，但成本也越高。

（4）衝擊電流（Iimp）

此電流由三個參數定義：峰值電流 (Ipeak)、電荷量 (Q) 和比能量 (W/R)，用於 一型 測試。典型波形為 10/350 μs。