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Explicación de los SPD de CC Clase I, Clase II y Clase III: Una guía práctica para la protección contra sobretensiones en sistemas fotovoltaicos
Guía práctica sobre dispositivos de protección contra sobretensiones (DPS) de Clase I, Clase II y Clase III
Dispositivos de protección contra sobretensiones (SPD) de CC se utilizan en el lado de CC de los sistemas fotovoltaicos para limitar las sobretensiones transitorias y desviar la corriente de sobretensión antes de que dañe inversores, equipos de monitoreo, cajas combinadoras y otros componentes sensibles. Sin embargo, marcas como Clase I, Clase II, En, Imax, Arriba y Iscpv a menudo se malinterpretan.
Esta guía explica las clases de DPS de CC (Clase I, Clase II y Clase III) y muestra cómo interpretar la placa de características de un DPS fotovoltaico típico de 1000 V CC.
Principales conclusiones
- Clase I, Clase II y Clase III describen las clases de prueba de los DPS, no los grados de calidad del producto.
- La Clase I generalmente se asocia con DPS de Tipo 1 y la forma de onda de corriente de rayo de 10/350 μs.
- La Clase II se asocia generalmente con los SPD de Tipo 2 y la forma de onda de corriente de descarga de 8/20 μs.
- La Clase III se asocia generalmente con la protección fina de Tipo 3 y una prueba de onda combinada.
- Ucpv, In, Imax, Up e Iscpv describen diferentes características eléctricas y no son intercambiables.
- Un SPD de Clase II no debe considerarse automáticamente como protección contra la corriente directa del rayo.
¿Qué significan las clases de SPD?
La palabra Clase en un SPD normalmente se refiere a una clasificación de prueba. No significa que la Clase I sea un producto de calidad superior y la Clase II un producto de menor calidad. Tampoco describe una clase de aislamiento ni un grado de protección IP de la envolvente.
| Clase de prueba | Designación común del producto | Forma de onda de prueba principal | Función típica |
|---|---|---|---|
| Clase I | Tipo 1 | Impulso de corriente de 10/350 μs | Descarga parcial de corriente de rayo |
| Clase II | Tipo 2 | Impulso de corriente de 8/20 μs | Sobretensiones inducidas por rayos y maniobras de conmutación |
| Clase III | Tipo 3 | Onda combinada | Protección fina cerca de equipos sensibles |
| Clase I+II | Tipo 1+2 | 10/350 μs y 8/20 μs | Protección combinada contra corrientes de rayo y sobretensiones |
Estas clases de SPD no deben confundirse con las clases de sistemas de protección contra rayos LPS I, II, III y IV. Ambos sistemas utilizan números romanos similares pero describen temas diferentes.
SPD de CC Clase I / Tipo 1
Un SPD de Clase I o Tipo 1 está diseñado para manejar componentes de corriente de rayo de alta energía. Su forma de onda de prueba clave es típicamente de 10/350 μs: la corriente aumenta rápidamente y luego decae durante un período comparativamente largo, lo que confiere al impulso una energía mucho mayor que una sobretensión convencional de 8/20 μs con la misma corriente de pico.
La protección de Tipo 1 o Tipo 1+2 debe evaluarse cuando una instalación fotovoltaica cuenta con un sistema de protección contra rayos externo, cuando no se puede mantener la distancia de separación requerida o cuando la corriente de rayo puede ingresar a la instalación eléctrica a través del límite de una zona de protección contra rayos.
El parámetro clave del Tipo 1 es normalmente Iimp. Un valor de Imax elevado por sí solo no demuestra que un SPD sea adecuado para tareas de Tipo 1, ya que Imax se asocia normalmente con la forma de onda de 8/20 μs.
SPD de CC de Clase II / Tipo 2
La Clase II corresponde generalmente a un SPD de Tipo 2 probado con una forma de onda de corriente de 8/20 μs. Es la clase más común utilizada para la protección contra sobretensiones inducidas por rayos y transitorios de conmutación en Cajas de conexiones fotovoltaicas, equipos de distribución de CC y entradas de CC de inversores.
Un SPD de Tipo 2 también puede instalarse aguas abajo de un SPD de Tipo 1 como parte de un sistema de protección coordinado. No debe comercializarse como un descargador de corriente de rayo directo a menos que el producto también esté probado y declarado como Tipo 1 o Tipo 1+2.
SPD de Clase III / Tipo 3
Los SPD de Clase III o Tipo 3 proporcionan una protección fina cerca de los equipos sensibles. Se evalúan comúnmente utilizando un generador de onda combinada con una forma de onda de tensión de circuito abierto de 1.2/50 μs y una forma de onda de corriente de cortocircuito de 8/20 μs.
Los dispositivos de Tipo 3 funcionan normalmente con una protección de Tipo 1 o Tipo 2 aguas arriba. No están diseñados para absorber por sí solos toda la energía de sobretensión entrante.
Cómo leer la placa de características de un SPD de 1000 V CC
Ucpv: 1000 V CC
Ucpv es la tensión máxima de funcionamiento continuo para un SPD fotovoltaico. Es la tensión de CC más alta que puede aplicarse continuamente al SPD bajo las condiciones declaradas por el fabricante.
El Ucpv seleccionado no debe ser inferior a la tensión máxima de circuito abierto del conjunto fotovoltaico tras la corrección por la temperatura mínima esperada. La Voc del módulo aumenta a medida que desciende la temperatura, por lo que un sistema descrito como “1000 V CC” no puede utilizar automáticamente un SPD con Ucpv de 1000 V sin comprobar la tensión máxima en condiciones de frío.
Clase II
Esta marca indica una prueba de Clase II y normalmente una aplicación de Tipo 2. Se refiere principalmente a sobretensiones inducidas y de conmutación representadas por la forma de onda de 8/20 μs. No describe la calidad del producto ni la capacidad de cortocircuito.
In: 20 kA
En es la corriente de descarga nominal, normalmente especificada con una forma de onda de 8/20 μs para un SPD de Tipo 2. Se utiliza en la secuencia de prueba estándar y es un indicador importante de la capacidad de corriente de sobretensión repetible bajo las condiciones de prueba establecidas.
Imax: 40 kA
Imax es la corriente de descarga máxima, también asociada normalmente con la forma de onda de 8/20 μs. Es un valor de descarga límite más alto y no debe interpretarse como una corriente que el SPD pueda soportar de forma repetida.
In e Imax tampoco deben compararse directamente con Iimp a menos que se consideren las formas de onda asociadas. Un impulso de corriente de rayo de 10/350 μs contiene sustancialmente más energía que un impulso de 8/20 μs con el mismo valor pico.
Up: 4.0 kV
Arriba es el nivel de protección de tensión. Indica el nivel al cual el SPD limita la tensión bajo las condiciones de prueba especificadas. Up debe coordinarse con la tensión soportada al impulso del equipo protegido.
Un Up más bajo puede mejorar el margen de protección, pero Up no puede evaluarse por sí solo. Ucpv debe permanecer lo suficientemente alto para el sistema fotovoltaico, y la longitud del conductor de instalación debe minimizarse porque la inductancia del conductor añade tensión durante una sobretensión.
Iscpv: 10 kA
Iscpv es la corriente de cortocircuito fotovoltaica nominal del SPD. No es una capacidad de descarga de sobretensiones. Describe la corriente de cortocircuito fotovoltaica prospectiva para la cual el SPD y su dispositivo de desconexión son adecuados bajo las condiciones declaradas por el fabricante.
Este valor es particularmente importante en sistemas fotovoltaicos de CC, ya que un SPD averiado debe desconectarse de forma segura sin mantener un arco de CC peligroso.
5%–95% Humedad relativa
Esto describe normalmente el rango de humedad relativa permitido. Se debe consultar la hoja de datos completa para conocer condiciones tales como operación sin condensación, corrosión, formación de hielo y altitud.
−40°C a +85°C
Este es el rango de temperatura declarado. Para equipos instalados dentro de cajas combinadoras o envolventes exteriores, la temperatura interna del gabinete puede ser significativamente mayor que la temperatura ambiente exterior.
Interior e IP20
IP20 proporciona protección básica contra el acceso con los dedos y ciertos objetos sólidos, pero el segundo dígito “0” significa que no se declara protección contra el ingreso de agua. Un SPD con IP20 no debe exponerse directamente a la lluvia. Las aplicaciones fotovoltaicas en exteriores requieren una envolvente adecuada seleccionada según las condiciones ambientales.
¿Dónde se instalan los SPD de CC en un sistema fotovoltaico?
Los SPD de CC se instalan comúnmente en cajas combinadoras fotovoltaicas y cerca de las entradas de CC del inversor. El número y la ubicación adecuados dependen de la disposición del sistema, el tendido de cables, el concepto de protección contra rayos, la disposición de la puesta a tierra y los niveles de resistencia del equipo.
Cuando los cables de CC son largos, pueden ser necesarios SPD coordinados en ambos extremos. La ubicación final y la coordinación deben seguir el diseño de instalación aplicable y la norma IEC 61643-32 en lugar de una regla universal de un solo dispositivo.
¿Cuándo debe elegir Tipo 1, Tipo 2 o Tipo 1+2?
Considere el Tipo 1 o el Tipo 1+2 cuando:
- El edificio cuenta con un sistema de protección externa contra rayos.
- No se puede mantener la distancia de separación requerida.
- La corriente de rayo puede ingresar al cableado fotovoltaico o cruzar un límite de LPZ.
- La evaluación de riesgos del proyecto requiere capacidad de descarga de corriente de rayo.
Considere el Tipo 2 cuando:
- El riesgo principal es el rayo inducido o la sobretensión de conmutación.
- El SPD está instalado aguas abajo de un dispositivo Tipo 1.
- La caja combinadora fotovoltaica o la entrada del inversor requieren protección contra sobretensiones local sin una función de corriente de rayo directa.
La selección final siempre debe considerar Ucpv, Iimp cuando corresponda, In, Imax, Up, Iscpv, modo de protección, sistema de puesta a tierra, protección de respaldo y certificación, no solo el número de kA más grande en la etiqueta.
Errores comunes en la selección de SPD de CC
- Tratar la Clase II como un grado de calidad. Es una clase de ensayo, no una declaración de que el producto sea de segunda categoría.
- Comparar corrientes nominales sin considerar la forma de onda. 40 kA a 8/20 μs no es equivalente a 40 kA a 10/350 μs.
- Confundir la Iscpv con la corriente de descarga. La Iscpv se refiere a condiciones de cortocircuito en FV; In e Imax se refieren a la descarga de sobretensiones.
- Seleccionar la Ucpv basándose únicamente en la tensión nominal del sistema. Se debe calcular la Voc a temperatura fría.
- Ignorar la longitud del conductor. Las conexiones largas del SPD aumentan el voltaje efectivo que recibe el equipo protegido.
- Instalar equipos IP20 en exteriores sin una envolvente. El grado IP20 no ofrece protección contra el agua.
- Utilizar un dispositivo Tipo 2 donde se requiere un servicio de Tipo 1. El riesgo de impacto directo de rayo requiere la clase de prueba y el diseño de sistema correctos.
Conclusión
La selección correcta de un SPD para CC es una decisión de ingeniería coordinada. El SPD debe tener un voltaje de operación continua adecuado, la clase de prueba correcta, suficiente capacidad de descarga, un nivel de protección de voltaje apropiado y una seguridad adecuada contra cortocircuitos fotovoltaicos.
Para la placa de características del ejemplo, Clase II indica una aplicación de Tipo 2; In 20 kA e Imax 40 kA describen el rendimiento ante corrientes de sobretensión de 8/20 μs; Up 4.0 kV es el nivel de protección de voltaje; e Iscpv 10 kA es la capacidad nominal de cortocircuito fotovoltaico. Ninguno de estos valores puede sustituir a otro.
¿Necesita ayuda para seleccionar un SPD de CC para su sistema fotovoltaico? Envíe KUANGYA su tensión máxima del sistema, configuración de cadenas de módulos, temperatura mínima del sitio, posición de instalación, disposición de puesta a tierra y condiciones de protección contra rayos. Podemos recomendarle un modelo adecuado de Tipo 1, Tipo 2 o Tipo 1+2 para la aplicación.
Preguntas frecuentes
What is the difference between Class I and Class II DC SPDs?
Class I (Type 1) DC SPDs are tested with a 10/350 μs lightning-current impulse and are intended for installations where partial lightning current may enter the PV system. Class II (Type 2) DC SPDs are tested with an 8/20 μs waveform and mainly protect against induced lightning and switching surges.
Can a Type 2 SPD protect a PV system from direct lightning?
A Type 2 SPD is not automatically suitable for direct-lightning-current duty. Where lightning current can enter the installation, use a properly tested Type 1 or Type 1+2 SPD as required by the lightning protection and risk assessment.
How do I choose Ucpv for a DC SPD?
Choose a Ucpv rating that is not lower than the PV array maximum open-circuit voltage after correcting module Voc for the lowest expected site temperature. Also verify the inverter voltage limit and the manufacturer’s installation requirements.
Where should DC SPDs be installed?
Typical locations include PV combiner boxes and inverter DC inputs. Long cable routes or lightning protection zone boundaries may require coordinated SPDs at more than one location.
Standards Referenced
- IEC 61643-31 — Requirements and test methods for SPDs for photovoltaic installations.
- IEC 61643-32 — Selection and application principles for SPDs connected to the DC side of photovoltaic installations.
