• Шаг 1. Сопоставьте номинальное напряжение Un фотоэлектрической DC-системы с параметром Ucpv
• Шаг 2. Выберите конфигурацию полюсов по типу заземления фотоэлектрической DC-системы
• Шаг 3. Согласуйте УЗИП с ожидаемым током короткого замыкания системы
• Алгоритм согласования по току короткого замыкания
• Шаг 4. Стандартные точки подключения УЗИП для ступенчатой согласованной защиты
• Сравнительная таблица параметров УЗИП CSMS-B40 для фотоэлектрических систем (DC-ограничитель перенапряжения)
•  Четыре распространенные ошибки выбора DC-УЗИП для PV и связанные риски безопасности (особое внимание — путанице Un и Ucpv)
• Вывод и следующий шаг 
• Часто задаваемые вопросы

ТЕХНИЧЕСКОЕ РУКОВОДСТВО | ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТЬ

Бытовые крышные фотоэлектрические установки, коммерческие распределенные солнечные системы и крупные наземные электростанции используют DC-кабели, проложенные снаружи. Поэтому они особенно подвержены наведенным грозовым перенапряжениям, импульсам из-за подъема потенциала земли и переходным процессам при коммутации постоянного тока. Профессиональные УЗИП для фотоэлектрических систем и комплексные решения по защите солнечных фотоэлектрических систем от перенапряжений необходимы для надежной работы и долгосрочной безопасности солнечных электростанций.

Инверторы, DC-оптимизаторы и электронные компоненты комбайнер-боксов имеют очень ограниченную импульсную стойкость; даже небольшое кратковременное перенапряжение может вызвать отключение инвертора, необратимое повреждение силовых полупроводников или постепенное ухудшение характеристик PV-модулей.

УЗИП переменного тока нельзя напрямую применять в фотоэлектрических DC-цепях. Специализированные устройства постоянного тока для PV, то есть УЗИП для фотоэлектрических систем соответствуют IEC 61643-31 и GB/T 18802.31 и оснащаются встроенными средствами гашения дуги постоянного тока, которые отключают сопровождающий DC-ток после отвода импульса и снижают риск пожара.

Многие интеграторы PV-систем и EPC-подрядчики допускают ошибки при выборе УЗИП: устанавливают устройство с Un 1000V в PV-систему Un 1500V, применяют 2P-устройства в плавающих IT DC-системах или неверно подбирают резервные предохранители для комбайнер-боксов. Такие ошибки могут полностью свести грозозащиту на нет. На основе технических параметров флагманской модели CRESIN CSMS-B40 PV DC SPD, в этой статье системно разобраны пять ключевых критериев: соответствие номинального напряжения Un фотоэлектрической системы, правила выбора Ucpv, конфигурация полюсов, координация по току короткого замыкания, а также стандартные точки подключения и требования к установке на DIN-рейку в шкафу. Полные схемы ступенчатой защиты PV можно посмотреть на странице решений по защите солнечных фотоэлектрических систем от перенапряжений.

Шаг 1. Сопоставьте номинальное напряжение Un фотоэлектрической DC-системы с параметром Ucpv

Un — номинальное рабочее напряжение фотоэлектрической DC-системы, а Ucpv (Maximum Continuous Operating Voltage for PV) — один из основных параметров выбора PV-УЗИП. При низких температурах напряжение холостого хода Voc фотоэлектрических модулей заметно возрастает, поэтому Ucpv должен иметь достаточный запас. Если Ucpv ниже требуемого уровня относительно фактического холодного Voc для данного Un, УЗИП может длительно проводить ток, ток утечки возрастет, а устройство преждевременно выйдет из строя из-за теплового старения.

Стандартные правила подбора Ucpv для четырех основных классов Un фотоэлектрических систем

PV-система Un=600V: минимально требуемое Ucpv ≥ DC670V. Версия CSMS-B40 DC670V соответствует системе с номинальным напряжением 600V и обеспечивает необходимый запас для низких температур; подходит для небольших бытовых PV-стрингов.

PV-система Un=1000V: соответствующее Ucpv — DC1200V; такой вариант широко используется в коммерческих распределенных солнечных установках на крышах с номинальным DC-напряжением 1000V.

PV-система Un=1200V: для наземных солнечных станций среднего масштаба с номинальным напряжением 1200V требуется модель с Ucpv=DC1500V.

PV-система Un=1500V: 1500V — распространенный высоковольтный стандарт для крупных солнечных электростанций; требуется Ucpv=DC1800V, чтобы выдерживать напряжение холостого хода до 1650V в условиях очень низких температур.

Критически важное предупреждение при выборе

AC УЗИП для фотоэлектрических систем категорически запрещено использовать в фотоэлектрических DC-цепях. Без специализированных средств гашения DC-дуги устройства УЗИП для фотоэлектрических систем не способны погасить сопровождающую дугу постоянного тока после импульса и могут стать причиной пожара в шкафу. Полная серия CSMS-B40 разработана для четырех классов Un 600/1000/1200/1500V с соответствующими Ucpv DC670/1200/1500/1800V и прошла необходимые испытания по IEC 61643-31.

Шаг 2. Выберите конфигурацию полюсов по типу заземления фотоэлектрической DC-системы

Фотоэлектрические DC-цепи могут выполняться как TN-DC с заземленным отрицательным полюсом или как плавающие IT-системы. От этого напрямую зависит выбор УЗИП 2P или 3P. CRESIN CSMS-B40 PV SPD предлагается в модульных исполнениях 2P и 3P и совместим с основными схемами заземления для разных значений Un.

TN-DC с заземленным отрицательным полюсом (типично для большинства коммерческих крышных PV): отрицательный полюс DC постоянно соединен с защитным проводником PE. Требуется защита только между положительным полюсом и PE, поэтому экономичного CSMS-B40 2P достаточно для PV-систем Un 600–1500V.

Плавающие IT PV-системы (автономные системы и PV в связке с накопителями): при нормальной работе ни DC+, ни DC- не соединены с землей. При одиночном замыкании на землю полный линейный потенциал Un может оказаться на исправном полюсе. Поэтому обязательна независимая защита DC+→PE и DC-→PE, а для предотвращения повреждения инвертора из-за несимметричного остаточного напряжения требуется CSMS-B40 3P.

Каждый полюс CSMS-B40 занимает всего 18mm по ширине, что экономит место в многоканальных комбайнер-боксах независимо от класса Un. Корпус выполнен из огнестойкого пластика, устройство устанавливается на стандартную DIN-рейку 35mm и имеет степень защиты IP20, поэтому подходит для ограниченного пространства комбайнер-боксов и DC-шкафов инверторов.

Шаг 3. Согласуйте УЗИП с ожидаемым током короткого замыкания системы

Для комбайнер-боксов и DC-шкафов инверторов при разных Un значения ожидаемого тока короткого замыкания различаются. Именно они определяют максимально допустимый номинал резервного предохранителя перед DC-УЗИП. Неверно выбранный предохранитель может не отключить цепь при внутреннем тепловом пробое УЗИП, что создает длительный короткий ток и риск пожара.

Параметры согласования CSMS-B40 по току короткого замыкания (одинаковы для всех версий PV Un)

Все четыре версии CSMS-B40 для Un 600/1000/1200/1500V допускают резервный предохранитель gG/gL до 125A. Сечение основного DC-кабеля: 6–35mm², момент затяжки 2.5Nm; опциональный провод дистанционной сигнализации: 0.5–1.5mm², момент затяжки контакта 0.25Nm. Стандартно предусмотрены тепловое отключение и визуальный индикатор неисправности; опционально доступны дистанционный контакт и модуль связи 485 для подключения к SCADA фотоэлектрической станции и раннего предупреждения о деградации модуля. Заводская гарантия — 3 года.

Алгоритм согласования по току короткого замыкания

Сначала подтвердите номинальное напряжение Un PV-системы, затем определите ожидаемый ток короткого замыкания в шкафу, где устанавливается УЗИП;

если ток короткого замыкания ниже допустимого значения для УЗИП соответствующего класса Un, выберите DC-предохранитель номиналом не более 125A;

для крупных солнечных станций Un=1500V с высоким током короткого замыкания перед CSMS-B40 следует устанавливать отдельные DC-разъединители в соответствии с требованиями IEC 60364-7-712 к PV-проводке.

Шаг 4. Стандартные точки подключения УЗИП для ступенчатой согласованной защиты

Согласно принципам комплексной защиты PV от перенапряжений, полноценная система грозозащиты должна иметь три согласованные DC-точки защиты, соответствующие номинальному напряжению Un: комбайнер-боксы, DC-входы инверторов и централизованные DC-распределительные шкафы крупных электростанций.

Стринговый комбайнер-бокс PV (первичная DC-защита): установите в каждом комбайнер-боксе CSMS-B40, соответствующий Un системы, чтобы отводить наведенные грозовые импульсы, приходящие по наружным кабелям модулей, и не допускать передачи большей части среднеэнергетических импульсов 8/20μs по длинным кабелям к инверторной. Правила подключения: положительный и отрицательный выводы УЗИП подключаются непосредственно к шинам комбайнер-бокса; длина PE-проводника должна быть не более 0.5m, без петель и прямоугольных изгибов, чтобы снизить наведенное напряжение.

DC-вход инвертора (вторичное ограничение напряжения): установите второй CSMS-B40, соответствующий Un системы, на DC-входе инвертора для подавления остаточных импульсов, пришедших по длинной линии от комбайнер-бокса, и ограничения остаточного напряжения до уровня, безопасного для силовой электроники. CSMS-B40 имеет время отклика ≤25ns и ток утечки ≤15μA; низкий ток утечки помогает избежать потерь генерации, а значение Up подобрано для каждого класса Un с учетом изоляционной стойкости типовых инверторов.

Централизованные DC-распределительные шкафы (только для крупных PV-станций Un=1500V): в многообъектных наземных станциях с номинальным DC-напряжением 1500V используются централизованные DC-шкафы. На каждой шине следует устанавливать версию CSMS-B40 для Un=1500V, чтобы уменьшить взаимное импульсное влияние между различными PV-блоками и обеспечить равномерную грозозащиту всей солнечной матрицы.

5. Шаг 5. Стандартные требования к монтажу в шкафу на DIN-рейку

Вся серия CRESIN CSMS-B40 для PV-систем Un 600–1500V устанавливается на универсальную DIN-рейку 35mm и имеет степень защиты IP20. Температура эксплуатации и хранения: -40℃…+80℃, относительная влажность 5%~95% без конденсации, допустимая высота ≤3000m. Это позволяет применять устройство в жестких условиях, включая пустынные районы и влажные прибрежные наружные шкафы. Основные правила установки:

устанавливайте УЗИП ближе к шине, чтобы сократить длину проводников и уменьшить наведенное напряжение;

оставляйте не менее 20mm свободного пространства сверху и снизу модулей для отвода тепла при рассеивании энергии импульса;

корпус шкафа, основание DIN-рейки и PE-выводы УЗИП должны быть подключены к общей шине уравнивания потенциалов для исключения разности потенциалов внутри шкафа;

связь 485 доступна опционально для интеллектуальных PV-станций всех классов Un. При деградации модуля или срабатывании теплового отключения сигнал автоматически передается на центральную платформу управления. Обслуживающий персонал может определить неисправный модуль по фронтальному индикатору без отключения массива.

Сравнительная таблица параметров УЗИП CSMS-B40 для фотоэлектрических систем (DC-ограничитель перенапряжения)

Четыре распространенные ошибки выбора DC-УЗИП для PV и связанные риски безопасности (особое внимание — путанице Un и Ucpv)

Использование УЗИП с Ucpv=DC1500V в PV-системе с номинальным Un=1500V: многие подрядчики путают номинальное напряжение системы Un с параметром Ucpv УЗИП. При низкой температуре Voc PV-модулей резко возрастает, поэтому Ucpv=DC1500V не дает достаточного запаса для системы Un=1500V. Длительный ток утечки может вызвать нагрев и выход УЗИП из строя, оставив инверторы без грозозащиты. Для системы Un=1500V требуется версия CSMS-B40 с Ucpv=DC1800V.

Применение УЗИП 2P в плавающих IT PV-системах любого класса Un: 2P-устройство обеспечивает защиту только DC+–PE. При одиночном замыкании на землю DC- может оказаться под полным напряжением Un без ограничения, что способно повредить DC-оптимизаторы. Поэтому во всех автономных и накопительных плавающих PV-системах независимо от Un следует применять CSMS-B40 3P.

Слишком длинные и уложенные петлями PE-проводники в комбайнер-боксах (актуально для всех классов PV Un): PE длиной более 0.5m с изгибами и петлями создает дополнительное наведенное напряжение при импульсе. В результате остаточное напряжение на оборудовании может существенно превысить допустимый уровень для данного Un, что снижает эффективность УЗИП.

Использование AC-устройств УЗИП для фотоэлектрических систем в фотоэлектрических DC-цепях с любым номинальным Un. AC-устройства УЗИП для фотоэлектрических систем не имеют специализированной системы гашения дуги постоянного тока, рассчитанной на диапазоны Un фотоэлектрических цепей. Сопровождающая дуга после импульса может не погаснуть самостоятельно и вызвать пожар в шкафу. Допускаются только специализированные DC-устройства, сертифицированные по IEC 61643-31, например УЗИП для фотоэлектрических систем серия CSMS-B40, подобранная под соответствующий PV Un.

Вывод и следующий шаг 

Пять основных контрольных пунктов правильного выбора PV DC-УЗИП по номинальному напряжению Un: сначала определите Un фотоэлектрической цепи, затем подберите Ucpv с учетом холодного Voc, выберите 2P/3P по схеме заземления DC, согласуйте резервный предохранитель с током короткого замыкания шкафа, реализуйте защиту в комбайнер-боксе и на входе инвертора и соблюдайте требования к монтажу на DIN-рейку.

CRESIN CSMS-B40 PV DC SPD выпускается в версиях для четырех основных номиналов Un: 600V, 1000V, 1200V и 1500V. Узкий модульный корпус поддерживает опциональную дистанционную сигнализацию и связь 485; гарантия — 3 года. Устройство подходит для бытовых распределенных систем, коммерческих крышных объектов и крупных наземных солнечных электростанций.

Если вам требуется полностью индивидуальное решение по УЗИП с учетом Un вашего PV-проекта, схемы заземления, компоновки комбайнер-боксов и уровня грозового риска, отправьте напряжение PV-стринга. Наши инженеры предложат подходящее исполнение CSMS-B40 по числу полюсов и Ucpv, соответствующее Un системы, а также схемы подключения и подбор резервных предохранителей.

Часто задаваемые вопросы

В чем разница между Un системы и Ucpv УЗИП в солнечных PV-проектах?

Un — номинальное DC-напряжение PV-стринга (600V/1000V/1200V/1500V). Ucpv — максимальное длительное рабочее напряжение DC-УЗИП, которое должно иметь достаточный запас для роста Voc при низкой температуре. Нельзя просто выбирать Ucpv равным Un системы: это может привести к увеличению тока утечки, перегреву и преждевременному отказу УЗИП.

Нужно ли устанавливать CSMS-B40 Type 2 DC SPD во всех PV-комбайнер-боксах?

Да. Наружные PV-массивы регулярно подвергаются наведенным грозовым и коммутационным DC-импульсам. CSMS-B40 Type 2 SPD способен отвести большую часть импульсов средней энергии 8/20μs на стороне комбайнер-бокса. При риске прямого удара молнии на основном вводе дополнительно применяют согласованный Type 1 или Type 1+2 SPD.

Когда выбирать CSMS-B40 PV SPD 2P, а когда 3P?

Для TN-DC с заземленным отрицательным полюсом, характерного для большинства коммерческих крышных установок, достаточно CSMS-B40 2P. Для плавающих IT-систем, где ни один DC-полюс не соединен с землей, требуется 3P SPD, обеспечивающий независимую защиту DC+→PE и DC-→PE и снижающий риск повреждения от несимметричного остаточного напряжения.

Какие параметры сравнивать при выборе PV DC-УЗИП для системы Un=1500V?

Одновременно проверяйте четыре параметра: соответствующее Ucpv (для PV Un=1500V требуется DC1800V), разрядную способность In и Imax, уровень защиты Up и максимально допустимый резервный предохранитель. Оценка УЗИП только по одному показателю, например Imax, может привести к неверному выбору.

Можно ли заменить CSMS-B40 DC SPD обычным AC-УЗИП в цепях PV-стринга?

Нет. Обычные AC-УЗИП не имеют специализированной системы гашения DC-дуги в соответствии с IEC 61643-31. После импульса сопровождающая дуга постоянного тока может продолжаться и создавать пожарный риск. В фотоэлектрических DC-цепях следует применять сертифицированные PV DC-УЗИП, такие как CSMS-B40.

Нужна ли двухступенчатая установка УЗИП (комбайнер-бокс + DC-вход инвертора) в PV-системе?

Рекомендуется для наземных и морских фотоэлектрических электростанций. Длинные DC-кабели между комбайнер-боксами и инверторами передают остаточные импульсы. Двухступенчатая координация CSMS-B40 позволяет дополнительно ограничить остаточное напряжение до безопасного уровня для силовых полупроводников инвертора.

Нужен ли для CSMS-B40 DC SPD отдельный резервный предохранитель?

Да. Для CSMS-B40 допускается резервный предохранитель gG/gL до 125A. Сначала определите ожидаемый ток короткого замыкания шкафа, затем выберите подходящий DC-предохранитель ниже 125A, чтобы обеспечить быстрое отключение при внутреннем тепловом пробое УЗИП.

Может ли PV DC-УЗИП полностью исключить повреждение инвертора от перенапряжений?

Ни один УЗИП не дает 100%-ной гарантии отсутствия отказов. Полноценная грозозащита зависит от правильного согласования Un и Ucpv, выбора конфигурации полюсов, коротких PE-проводников, надежного уравнивания потенциалов и согласованной двухступенчатой схемы УЗИП, а также корректного выбора CSMS-B40.

По вопросам выбора или размещения УЗИП отправьте нашей команде напряжение PV-стринга и чертежи, чтобы получить индивидуальное решение CSMS-B40. Мы также поддерживаем OEM/ODM-заказы на устройства защиты солнечных систем от перенапряжений. Свяжитесь с нами сегодня.