光電系統突波保護器選擇 - 突波保護器安裝

1.影響SPD安裝的因素

屋頂光伏（PV）系統中的過電壓主要由直接雷擊（雷擊發生在建築物或配備低電壓保護裝置的光伏設備上或附近）、雷擊引起的電場變化產生的感應電壓，以及交流/直流配電網路中的開關操作引起。為了評估突波保護的必要性並確定適當的保護策略，應以設備的額定衝擊耐受電壓（Uw）作為參考。除非風險評估另有規定，否則應在光伏系統的直流側和交流側都安裝浪湧保護器（SPD）。

光電系統中可能需要保護的設備包括：

逆變器，包括與低壓交流系統和直流系統的介面、光伏陣列、光伏系統內部佈線、安裝在逆變器和光伏陣列之間的組件（如匯流箱）；用於監控和控制光伏系統的設備。

根據IEC 61643-12和GB/T 21714的相關章節，光電系統以突波保護器（SPD）的選擇和安裝取決於多種因素。這些因素包括地閃密度（NG）[1/km²·年]或年平均雷暴日數（T）、低壓供電系統的特性（例如架空線路或地下電纜）、受保護設備的性質，以及是否安裝了外部防雷系統（LPS）來保護光伏系統免受直接雷擊。

如果存在外部 LPS，則 SPD 要求受 LPS 的保護等級（Class）以及 LPS 與 PV 系統之間是否保持所需的隔離距離 (S) 的影響（隔離式 LPS 與非隔離式 LPS）。

2. 不同外部低電壓保護裝置配置對光電系統防雷的影響

根據外部低壓電源 (LPS) 的存在和類型，屋頂光電系統的 SPD 安裝通常分為三類：

（1）無外部液化石油氣的光電系統

如圖所示（此處未包含），如果建築物未配備外部防雷系統，則應根據雷電風險評估結果安裝突波保護器 (SPD)。建議在交流電和直流側均安裝突波保護器，以保護關鍵光電模組。

在直流側，應在光伏匯流箱或光伏陣列（如果未使用匯流箱）附近安裝 2 型直流浪湧保護器（標記為 DC1）。此突波保護器用於保護建築物免受透過光伏電纜傳輸的外部浪湧的損害，通常安裝在光伏電纜進入建築物之後。另一個 2 型直流湧浪保護器（標示為 DC2）應安裝在逆變器的直流輸入端附近。如果 DC1 與逆變器之間的電纜長度小於 10 米，則可以省略 DC1。

對於交流側，建議在交流電源輸入端（通常位於主配電盤處）安裝 2 型交流湧保護器（記為 AC1）。該裝置用於防止來自電網的突波。在沒有外部防雷保護的系統中是否需要 AC1，取決於雷電風險評估的結果。為了保護昂貴的逆變器，通常在逆變器的交流輸出端附近安裝 2 型交流湧保護器（記為 AC2）。如果 AC1 和 AC2 之間的電纜長度小於 10 米，則可以省略 AC2。有關詳細指導，請參閱配置表。

（2）滿足所需分離距離的帶外部低壓電源的光伏系統（隔離式低壓電源）

如圖所示，當建築物設有外部防雷系統（例如避雷針或避雷帶），且屋頂光伏陣列在該系統保護下保持適當的隔離距離時，該光伏系統可視為配備了隔離式防雷系統。即使在這種情況下，安裝突波保護器仍然是必要的。

對於採用獨立式低電壓電源 (LPS) 的系統，突波保護器 (SPD) 的安裝方式與沒有外部防雷保護的系統類似。應在匯流箱附近安裝 2 型直流浪湧保護器，如果未使用匯流箱，則應在光伏陣列附近安裝。另一個 2 型直流湧浪保護器應安裝在逆變器的直流側附近，而 2 型交流湧保護器應安裝在逆變器的交流側附近。但是，由於光電系統需要連接建築物內外，因此在市電進入建築物的主交流配電盤處還需要安裝 1 型交流湧保護器。有關詳細的佈局指南，請參閱配置表。

（3）外部低壓電源光電系統不符合規定的分離距離（非隔離式低壓電源）

在屋頂光電系統中，如果光電板距離外部防雷系統 (LPS) 過近，無法滿足規定的安全距離，則光電系統的所有金屬零件都需要連接到 LPS，以確保正確的等電位連接。這是屋頂防雷的常用方法。在這種配置中，交流電纜和直流電纜在連接系統中都被視為並聯導體，這意味著它們會直接受到雷電流的影響。因此，IEC 建議在系統的關鍵位置使用 1 型突波保護器 (SPD)，通常與 2 型突波保護器配合使用：例如光伏電纜進入建築物的位置，以及逆變器等重要設備的交流電和直流側。

如圖所示，DC1 應盡可能靠近匯流箱安裝；如果沒有匯流箱，則應靠近光伏陣列安裝。 DC2 和 AC2 應靠近逆變器安裝，以更好地保護逆變器。大多數情況下，主配電盤上的 AC1 和逆變器附近的 AC2 都是必要的。但如果逆變器安裝在主配電盤內，且與主配電盤共用相同接地線，電纜長度小於或等於 0.5 米，則可能不需要 AC2。您可以參考表格以取得詳細的安裝指南。

1：在下列情況下可以省略 DC1：如果 DC1 與逆變器之間的電纜長度小於 10 米，且 AC2 的電壓保護等級 (Up) 小於或等於光伏陣列額定衝擊耐受電壓 (Uw) 的 0.8 倍；或如果 AC2 的 Up 小於或等於 Uw 的 0.5 倍，並且將 PE（保護）接地導線。

2：在下列情況下可以省略 AC2：如果 AC1 和 AC2 之間的電纜長度小於 10 公尺；或者如果逆變器和主配電盤共用同一個接地電極，且 SPD 連接電纜每根長度不超過 0.5 公尺－例如，如果變頻器安裝在主配電盤內。

3：SPD接地導體的最小橫截面積：對於2型SPD，銅接地導體的橫截面積不得小於6mm²；對於1型SPD，銅接地導體的橫截面積不得小於16mm²。

屋頂光電系統中直流側突波保護器 (SPD) 的選擇主要取決於建築物的防雷措施和系統佈線方式。根據配置表和 IEC 標準，逆變器直流側必須始終配備突波保護器。但只有當光伏組件與逆變器之間的電纜長度超過 10 公尺時，才需要在匯流箱附近（或如果沒有匯流箱，則在光伏組件附近）加裝額外的浪湧保護器。

話雖如此，並非所有地方都如此。在一些國家——例如德國——規定則恰恰相反。在德國，直流湧保護器總是安裝在光伏板旁邊，只有當電纜長度超過10公尺時，才需要在逆變器附近加裝一個。