IEC 61643-31 для УЗИП солнечных систем DC: требования и испытания

Устройства защиты от импульсных перенапряжений, предназначенные для стороны постоянного тока фотоэлектрических систем, оцениваются по отдельному набору требований. На многих рынках основным документом для такого применения является IEC 61643-31, который устанавливает требования к низковольтным устройствам защиты от импульсных перенапряжений для фотоэлектрических установок. Покупателям и проектировщикам понимание требований этой нормы для УЗИП постоянного тока помогает более последовательно сравнивать продукцию и избегать конфигураций, не соответствующих предполагаемому применению. В этой статье рассматриваются основные параметры испытаний по IEC 61643-31, проводится сравнение с IEC 61643-11 для цепей переменного тока и приводятся практические проверки для оценки УЗИП для фотоэлектрических систем.

1. Что охватывает IEC 61643-31

IEC 61643-31 устанавливает требования к характеристикам и испытаниям УЗИП, подключаемых к стороне постоянного тока фотоэлектрических систем электроснабжения. Стандарт входит в серию IEC 61643: часть 11 относится к УЗИП, подключаемым к низковольтным системам переменного тока, а часть 31 — к УЗИП для фотоэлектрических цепей постоянного тока. Такое разделение учитывает различия в электрическом поведении цепей постоянного тока, прежде всего отсутствие естественного перехода тока через ноль, что влияет на способность УЗИП постоянного тока прерывать сопровождающий ток после импульса перенапряжения.

Поэтому УЗИП постоянного тока для ФЭ систем — это не просто устройство переменного тока с новой маркировкой «для солнечных систем»; его конструкция и методика испытаний рассматриваются отдельной нормой для УЗИП постоянного тока. Стандарт распространяется на устройства, предназначенные для ограничения переходных перенапряжений и отвода импульсных токов на стороне фотоэлектрических строк и массива — обычно между модулями, объединительными коробками и входом постоянного тока инвертора. Многие производители, включая Cresin, предлагают отдельную линейку УЗИП для солнечных фотоэлектрических систем с заявленным соответствием IEC 61643-31 для стороны постоянного тока и IEC 61643-11 для стороны переменного тока.

2. Ключевые параметры испытаний: Uc, In, Imax, Up, TOV

2.1 Uc — Максимальное длительное рабочее напряжение

Максимальное длительное рабочее напряжение, Uc, — это наибольшее напряжение постоянного тока, которое УЗИП для ФЭ систем может длительно выдерживать без перехода в проводящее состояние. IEC 61643-31 требует маркировать и подтверждать заявленное значение Uc. В фотоэлектрических системах выбор Uc зависит от напряжения холостого хода массива, которое при низкой температуре может возрастать из-за отрицательного температурного коэффициента кристаллических кремниевых модулей (обычно около −0,3 %/°C). Учет этого эффекта с запасом по Uc — стандартный этап выбора УЗИП постоянного тока для ФЭ системы.

Поэтому для системы 1500 В обычно выбирают устройство с Uc выше максимально ожидаемого рабочего напряжения. Например, Uc 1800 В DC часто применяется, если Voc массива при низкой температуре может приблизиться к 1500 В или превысить это значение. Достаточный запас по Uc — один из ключевых моментов при выборе УЗИП постоянного тока для ФЭ системы и один из первых параметров, который покупатель должен сопоставить с максимальным напряжением массива в наихудших условиях.

2.2 In — Номинальный разрядный ток

Номинальный разрядный ток, In, — это пиковое значение импульсного тока формы 8/20 мкс, которое УЗИП способен выдержать заданное число раз (обычно 15 положительных и 15 отрицательных импульсов) без отказа. Параметр характеризует номинальную разрядную способность при многократном воздействии импульсных перенапряжений. IEC 61643-31 требует заявлять и испытывать In. Для такого УЗИП постоянного тока, как CSMS-B40, типичным заявленным значением является In 20 кА (8/20 мкс).

In часто используют как основу для сравнения устройств одного назначения, однако его следует рассматривать вместе с Imax и Up, а не отдельно.

2.3 Imax — Максимальный разрядный ток

Максимальный разрядный ток, Imax, — это пиковое значение импульсного тока формы 8/20 мкс, которое УЗИП способен выдержать однократно без разрушения. Обычно Imax выше In и показывает верхний уровень импульсного воздействия, который устройство может пережить при единичном событии. Для УЗИП постоянного тока в ФЭ системах часто заявляют Imax, например 40 кА. Соотношение и разница между In и Imax вместе с остаточным напряжением на каждом уровне дают представление о запасе устройства при тяжелых, но нерегулярных воздействиях.

2.4 Up — Уровень напряжения защиты

Уровень напряжения защиты, Up, — это максимальное напряжение на выводах УЗИП при заданном разрядном токе. IEC 61643-31 требует указывать Up; более низкое значение, как правило, означает меньшее перенапряжение, передаваемое защищаемому оборудованию. Для эффективной координации Up следует сопоставлять с импульсной стойкостью оборудования, расположенного ниже по цепи.

Для УЗИП постоянного тока в ФЭ системе Up обычно оценивается при In; производители также могут указывать значения при Imax. При оценке УЗИП для фотоэлектрической системы сравнение Up при одном и том же опорном токе дает более корректную картину, чем сопоставление только рекламных максимальных значений. Это особенно важно, когда цепь постоянного тока подключена к чувствительной электронике инвертора.

2.5 TOV — Стойкость к временным перенапряжениям

Временное перенапряжение (TOV) — это перенапряжение промышленной частоты, которое может сохраняться значительно дольше импульсного перенапряжения, например из-за повреждения соседней цепи или смещения нейтрали. IEC 61643-31 содержит требования по стойкости к TOV: УЗИП должен либо выдержать такое воздействие без повреждения, либо безопасно отключиться. Для УЗИП постоянного тока в ФЭ системах условия TOV определяются как для схемы линия–линия, так и линия–земля.

Если устройство неправильно отрабатывает TOV, оно может перейти в длительное проводящее состояние. Поэтому стандарт рассматривает TOV отдельно от испытаний импульсным током. Покупатель, проверяющий декларацию по стандарту для УЗИП постоянного тока, должен убедиться, что условия и результаты испытаний TOV указаны, а не опущены.

2.6 Iimp — Испытания комбинированных устройств

Некоторые УЗИП постоянного тока для ФЭ систем относятся к комбинированному типу 1+2. Это означает, что их испытывают как импульсным током 10/350 мкс (Iimp, связанным с прямым током молнии), так и номинальным током 8/20 мкс (In/Imax). IEC 61643-31 рассматривает такие комбинированные устройства применительно к фотоэлектрическим цепям постоянного тока. Такое УЗИП имеет одновременно характеристики Iimp и In/Imax, поэтому одно устройство может отводить как часть тока молнии на вводе, так и наведенные перенапряжения ниже по цепи. 

3. IEC 61643-31 и IEC 61643-11: сравнительная таблица

В таблице ниже приведены основные различия, с которыми сталкивается покупатель при сравнении устройства на стороне постоянного тока, испытанного по IEC 61643-31, и устройства на стороне переменного тока, испытанного по IEC 61643-11. Эти стандарты относятся к разным типам цепей, поэтому в фотоэлектрической системе обычно применяются оба: один на стороне DC, другой — на AC-выходе инвертора.

4. Почему эти два стандарта различаются на практике

Помимо перечня параметров, практическое различие определяется типом цепи, на который рассчитан каждый стандарт. IEC 61643-11 использует методы испытаний для низковольтных цепей переменного тока, а IEC 61643-31 — специальные схемы для постоянного тока, учитывающие отсутствие перехода через ноль и более высокие напряжения фотоэлектрических строк. УЗИП PV DC испытывается на прерывание дуги постоянного тока; УЗИП AC использует естественные переходы тока через ноль.

Следовательно, устройство, сертифицированное только по IEC 61643-11, не может считаться подтвержденно пригодным для стороны постоянного тока фотоэлектрической системы только на основании этой сертификации. Если в спецификации указано лишь «УЗИП IEC 61643» без номера части, это различие остается неясным. Поэтому в закупочной документации стоит прямо указывать нужную часть стандарта — IEC 61643-31 или IEC 61643-11.

5. Как покупателю проверить соответствие

Перед окончательным утверждением спецификации обычно выполняют следующие проверки:

• Убедитесь, что в сертификате указана IEC 61643-31 (а не только IEC 61643-11) для моделей на стороне постоянного тока.
• Сопоставьте заявленное значение Uc с максимальной Voc массива в наихудших условиях с учетом низкой температуры.
• Проверьте, что значения In, Imax, Up и TOV заявлены полностью и соответствуют протоколу испытаний.
• Проверьте, что номер сертифицированной модели совпадает с предлагаемым изделием, включая класс напряжения и конфигурацию полюсов.
• Запросите протокол испытаний аккредитованной лаборатории, если это оправдано объемом закупки или риском проекта.
• Проверьте дополнительные знаки сертификации (например, TÜV или CB), которые могут требоваться на целевом рынке.

Для проектов, где требуется согласованный выбор защиты на стороне DC и AC, техническая команда Cresin может проверить напряжение массива, интерфейс инвертора и схему заземления. Вы можете связаться с нами для обсуждения конкретной установки.

6. Типичные несоответствия, на которые стоит обратить внимание

На практике встречаются УЗИП постоянного тока, предлагаемые только с маркировкой IEC 61643-11, значения Uc без температурного запаса или значения Up без указания опорного тока. Эти недостатки могут быть незаметны в кратком техническом описании, поэтому до включения устройства в спецификацию рекомендуется проверять полную декларацию и сертификат. Еще один частый вопрос — конфигурация полюсов: устройство, заявленное для конкретной топологии DC, должно соответствовать схеме подключения установки, что следует подтвердить по однолинейной схеме.

7. Часто задаваемые вопросы

8. Итоги

IEC 61643-31 задает основу испытаний устройств защиты от импульсных перенапряжений на стороне постоянного тока фотоэлектрических систем, а Uc, In, Imax, Up и TOV являются ключевыми параметрами при выборе. Специфическая для DC методика испытаний отличает этот стандарт от IEC 61643-11, который относится к стороне AC. Проверяя правильную часть стандарта и все заявленные параметры, покупатель может выбрать УЗИП постоянного тока для ФЭ системы которое лучше соответствует требованиям к защите солнечных установок от импульсных перенапряжений в конкретном проекте.