Как выбрать устройство защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП) постоянного тока для солнечных электростанций в Испании

Солнечные фотоэлектрические системы подвержены воздействию переходных перенапряжений, вызванных близкими ударами молнии, коммутационными операциями и помехами, передаваемыми через подключенные электрические цепи. Эти явления могут привести к повреждению инверторов, оборудования мониторинга, сумматорных коробок и других чувствительных компонентов.

Выбор подходящего УЗИП постоянного тока для солнечных установок в Испании требует не только соответствия устройства номинальному напряжению системы. Проектировщики и монтажники также должны учитывать максимальное напряжение холостого хода фотоэлектрической системы, классификацию УЗИП, разрядную способность, уровень напряжения защиты, схему заземления системы, длину кабеля, место установки и применимые стандарты.

Однако выбор УЗИП постоянного тока включает в себя нечто большее, чем просто соответствие устройства номинальному напряжению системы. Проектировщики и монтажники также должны учитывать максимальное напряжение холостого хода фотоэлектрической системы, классификацию УЗИП, разрядную способность, уровень напряжения защиты, схему заземления системы, длину кабеля, место установки и применимые стандарты.

В данном руководстве объясняется, как выбрать УЗИП постоянного тока для солнечных установок в Испании, а также указана техническая информация, которую необходимо подтвердить перед запросом коммерческого предложения.

Почему солнечным фотоэлектрическим системам необходима защита от импульсных перенапряжений постоянного тока

Фотоэлектрические модули и соединительные кабели обычно устанавливаются на больших открытых площадях. Длинные кабельные трассы постоянного тока могут служить путями, по которым индуцированные молнией и связанные с коммутацией переходные перенапряжения достигают инвертора.

Импульс перенапряжения не обязательно должен быть вызван прямым ударом молнии в фотоэлектрическую установку. Близкие разряды молнии могут индуцировать переходные напряжения в кабелях постоянного тока, в то время как коммутационные операции внутри установки также могут создавать электрические помехи.

УЗИП постоянного тока предназначено для:

• Ограничения переходного напряжения до приемлемого уровня
• Отвода импульсного тока в систему защитного заземления
• Снижения электрической нагрузки на изоляцию инвертора
• Защиты компонентов сумматора (комбайнера) и системы мониторинга
• Снижение вероятности простоев, вызванных повреждениями из-за скачков напряжения

УЗИП не заменяет предохранитель, автоматический выключатель, разъединитель, систему заземления или систему внешней молниезащиты. Каждое устройство выполняет свою защитную функцию и должно быть скоординировано в рамках комплексного проекта фотоэлектрической системы.

Нормативные акты и стандарты, применимые в Испании

Низковольтные электроустановки в Испании регулируются «Электротехническим регламентом для низкого напряжения» (Reglamento Electrotécnico para Baja Tensión), широко известным как REBT. Применяемый проект также должен учитывать действующие технические инструкции, спецификации проекта, местные требования и стандарты, на которые ссылается регламент.

Официальный перечень стандартов Испании, связанных с REBT, включает:

• UNE-EN 61643-31 – Требования и методы испытаний для УЗИП, используемых в фотоэлектрических установках
• UNE-EN 61643-11 – Требования и методы испытаний устройств защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП), подключенных к низковольтным распределительным системам
• UNE-HD 60364-4-443 – Защита от переходных перенапряжений атмосферного происхождения или вызванных коммутацией

Для международных фотоэлектрических систем также важны следующие документы МЭК (IEC):

• IEC 61643-31 – Требования и методы испытаний УЗИП, применяемых в фотоэлектрических установках со стороны постоянного тока
• IEC 61643-32 – Принципы выбора и применения УЗИП для фотоэлектрических систем постоянного тока
• IEC 60364-7-712 – Требования к электромонтажу фотоэлектрических систем электроснабжения

Стандарт IEC 61643-31 применяется к устройствам защиты от перенапряжений (УЗИП), подключаемым к стороне постоянного тока фотоэлектрических установок с номинальным напряжением до 1500 В постоянного тока.

Требования к проекту могут различаться в зависимости от типа установки, оценки рисков, местоположения, конструкции инвертора, внешней системы молниезащиты, а также требований испанских органов власти или уполномоченного монтажника. Поэтому выбор продукции должен быть подтвержден проектировщиком или квалифицированным специалистом-электриком.

Шаг 1: Рассчитайте максимальное напряжение фотоэлектрической системы

Первым параметром выбора является максимальное длительное рабочее напряжение УЗИП для фотоэлектрической системы, обычно обозначаемое как Ucpv.

Не выбирайте УЗИП, основываясь только на номинальном рабочем напряжении инвертора.

Максимальное напряжение фотоэлектрической цепочки зависит от:

• Количества модулей, соединенных последовательно
• Напряжения холостого хода модуля, или Voc
• Минимально ожидаемая температура на объекте
• Температурный коэффициент модуля
• Коэффициенты запаса прочности, требуемые проектом

Напряжение фотоэлектрического модуля возрастает при понижении температуры. Следовательно, максимальное напряжение холостого хода всей цепочки в холодных условиях может быть выше, чем его значение при стандартных условиях испытаний.

Параметр Ucpv устройства защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП) должен соответствовать максимальному напряжению, которое может постоянно присутствовать на фотоэлектрической матрице.

Типовые классы напряжения

These are application examples, not automatic selection rules. The final SPD voltage must be based on the calculated maximum PV voltage and the manufacturer’s connection diagram.

Selecting an SPD with an insufficient Ucpv may cause premature operation, overheating, or disconnection. Selecting a voltage rating unnecessarily higher than required may result in a higher voltage protection level and less effective protection for sensitive equipment.

Step 2: Choose Type 1, Type 2, or Type 1+2

PV SPDs are normally classified according to the surge current they are designed to handle.

Тип 2 DC SPD

A Type 2 SPD is commonly used to protect against induced lightning surges and switching overvoltages.

Типичные области применения включают:

• Residential rooftop PV systems
• Commercial rooftop arrays
• DC combiner boxes
• Array distribution boxes
• DC inputs of inverters
• Systems where direct lightning current is not expected at the SPD location

Type 2 devices are normally specified using nominal discharge current На сайте and maximum discharge current Imax, based on an 8/20 μs current waveform.

Тип 1 DC SPD

A Type 1 SPD is designed to discharge partial lightning current. It may be required where the lightning protection design indicates that lightning current can enter the electrical installation.

Type 1 selection is typically associated with:

• Buildings equipped with an external lightning protection system
• Installations where the required separation distance cannot be maintained
• Exposed utility-scale PV systems
• Locations identified by the lightning risk assessment
• Points where partial direct lightning current may enter DC circuits

Type 1 capability is normally expressed using impulse discharge current Iimp, based on a 10/350 μs waveform.

Тип 1+2 DC SPD

A Type 1+2 SPD combines lightning-current and induced-surge protection in one device.

It may be considered for:

• Exposed PV sites
• Inverter inputs requiring combined protection
• Installations with external lightning protection
• Projects that specify both Type 1 and Type 2 performance at the same location

The SPD type must be selected according to the project’s lightning protection concept. It should not be chosen only because a higher type number appears more powerful.

Step 3: Compare In, Imax, Iimp, and Up

Different SPD ratings describe different aspects of performance.

Nominal discharge current: In

На сайте indicates the current that a Type 2 SPD can discharge repeatedly under the specified test conditions, normally using an 8/20 μs waveform.

It is one of the principal ratings used when comparing Type 2 SPDs.

Maximum discharge current: Imax

Imax is the maximum 8/20 μs discharge current that the SPD can handle under its specified test conditions.

A high Imax rating alone does not prove that an SPD is suitable for a particular installation. It must be considered together with In, Up, Ucpv, short-circuit behaviour, connection arrangement, and the applicable test standard.

Impulse discharge current: Iimp

Iimp is used for Type 1 and Type 1+2 devices and represents lightning impulse current capability using a 10/350 μs waveform.

When Type 1 protection is required, compare the Iimp value per pole or protection mode according to the project specification.

Voltage protection level: Up

Вверх indicates the residual voltage that appears across the SPD during the specified discharge test.

The Up value should be lower than the impulse withstand level of the equipment being protected. Connection cables also add voltage during a surge, so the effective protection level at the inverter can be higher than the SPD’s catalogue value.

This is why short, direct SPD connections are essential.

Step 4: Confirm the PV System Configuration

A PV DC circuit may be floating, functionally earthed, or configured according to a specific inverter topology. The SPD must use a connection arrangement suitable for that system.

Before selecting the number of poles or protection modes, confirm:

• Positive conductor configuration
• Negative conductor configuration
• PE connection
• Whether either DC pole is earthed
• Inverter insulation and monitoring method
• Required SPD wiring topology
• Number of MPPT inputs
• Number of strings and combiner boxes

Do not assume that an AC SPD with a similar voltage can be used on the PV DC side. PV systems have specific continuous-voltage and fault-current characteristics. The device should be designed and tested for photovoltaic DC applications according to IEC/UNE-EN 61643-31.

Step 5: Check Short-Circuit and Backup Protection Requirements

A PV SPD must be able to disconnect safely if it reaches the end of its service life.

Important parameters include:

• PV short-circuit withstand capability
• Internal thermal disconnector
• Required upstream backup fuse
• Maximum permissible backup protection
• Available prospective fault current
• Coordination with gPV fuses or DC circuit breakers

The external backup fuse should not be selected only according to the SPD’s physical size. Follow the SPD manufacturer’s data sheet and verify compatibility with the PV string current and the system’s fault characteristics.

The SPD protects against transient overvoltage. The gPV fuse or DC breaker protects against overcurrent and short-circuit conditions. One device cannot replace the other.

Step 6: Select the Correct Installation Location

Typical DC SPD locations include:

• PV array or string box
• Распределительная коробка постоянного тока
• Main DC distribution cabinet
• Вход постоянного тока преобразователя частоты
• Both ends of a long DC cable route

The most suitable arrangement depends on cable length, exposure, lightning protection design, equipment withstand level, and project risk assessment.

For a compact rooftop installation with short DC cable routes, a Type 2 SPD near the inverter may provide the required protection when permitted by the design.

For longer routes between the PV array and inverter, coordinated SPDs may be required at both ends. This reduces the voltage stress that can develop along the cable and improves protection for equipment at each location.

Some industry design guidance uses approximately 10 metres as a point at which additional coordination should be considered. This should not be treated as a universal rule for every Spanish installation. The final placement must follow the applicable design standard, risk assessment, cable routing, and equipment manufacturer’s instructions.

Step 7: Keep SPD Connections Short

Even a correctly rated SPD can provide poor protection if it is installed with long or badly routed cables.

During a surge, cable inductance creates additional voltage. Longer conductors can therefore increase the total voltage reaching the inverter.

Good installation practice includes:

• Keeping conductors as short and direct as possible
• Avoiding unnecessary cable loops
• Routing positive, negative, and PE connections appropriately
• Using the conductor size specified by the manufacturer
• Providing a reliable PE connection
• Avoiding sharp bends where practical
• Separating protected and unprotected conductors
• Following the SPD wiring diagram exactly

The objective is to reduce the total connection length and minimise the effective protection level at the protected equipment.

Step 8: Consider the Enclosure and Environment

DIN-rail SPD modules do not automatically provide outdoor protection. Their environmental protection depends on the enclosure in which they are installed.

For rooftop and outdoor PV systems in Spain, check:

• Enclosure IP rating
• Ambient temperature range
• UV exposure
• Condensation risk
• Вентиляция
• Высота
• Pollution level
• Terminal torque requirements
• Accessibility for inspection and replacement

The SPD’s declared ratings apply under the operating conditions stated in its data sheet. High internal cabinet temperatures should be considered, especially in outdoor enclosures exposed to direct sunlight.

Step 9: Plan Inspection and Replacement

SPDs are not permanent, maintenance-free components. Their protective elements can deteriorate after repeated surge events.

Useful maintenance features include:

• Визуальный индикатор состояния
• Replaceable plug-in cartridge
• Remote signalling contact
• Clear model and voltage identification
• Accessible DIN-rail mounting

The module should be inspected according to the maintenance plan and after significant lightning activity or a known surge event.

Replace the module when:

• The status indicator shows end of life
• The thermal disconnector has operated
• There are signs of overheating or damage
• The device fails inspection or testing
• Replacement is required by the manufacturer’s instructions

Always isolate the relevant DC circuit and follow safe working procedures before inspection or replacement.

Practical Selection Table

This table is a preliminary guide only. It does not replace the project risk assessment or the work of an authorised electrical designer.

Information to Send When Requesting a DC SPD Quotation

Providing complete technical information helps the supplier select the correct product and prevents delays.

Send the following details:

1. Country and project location
2. Residential, commercial, industrial, or utility-scale application
3. Maximum calculated PV string voltage
4. Nominal DC system voltage
5. Required Type 1, Type 2, or Type 1+2
6. Required In, Imax, or Iimp
7. Required voltage protection level
8. Number of poles and connection diagram
9. Система заземления
10. Inverter model and number of MPPT inputs
11. Место установки
12. Required quantity
13. Required certification and documentation
14. OEM label or packaging requirements
15. Delivery location and project schedule

If the SPD type is not yet confirmed, provide the PV module data, number of modules per string, minimum design temperature, inverter model, system drawing, and lightning protection information.

Common DC SPD Selection Mistakes

Avoid these common errors:

• Selecting the SPD only by nominal voltage
• Ignoring cold-condition PV string Voc
• Using an AC SPD on the DC side
• Choosing Type 2 where Type 1 capability is required
• Comparing products only by Imax
• Ignoring Up and equipment withstand voltage
• Installing the SPD with long connecting wires
• Using the wrong protection topology
• Ignoring backup-fuse requirements
• Installing indoor modules in an unsuitable outdoor enclosure
• Failing to inspect the status indicator
• Assuming one SPD automatically protects every part of a large PV installation

Как выбрать устройство защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП) постоянного тока для солнечных электростанций в Испании

Selecting a suitable УЗИП постоянного тока для солнечных установок в Испании requires coordination between the PV system voltage, lightning risk, SPD classification, installation location, earthing arrangement, and applicable Spanish requirements.

The most important steps are:

1. Calculate the maximum cold-condition PV voltage.
2. Select the correct Ucpv rating.
3. Determine whether Type 1, Type 2, or Type 1+2 is required.
4. Compare In, Imax, Iimp, and Up.
5. Confirm the system topology and number of protection modes.
6. Check short-circuit and backup-protection requirements.
7. Choose suitable installation locations.
8. Keep connecting conductors short.
9. Verify enclosure and environmental conditions.
10. Plan inspection and cartridge replacement.

KUANGYA supplies DC SPDs for solar PV applications in 600 V, 1,000 V, and 1,500 V configurations, including Type 2 and Type 1+2 options.

View the KUANGYA DC SPD range for photovoltaic systems or contact us with your system voltage, SPD type, discharge-current requirements, wiring configuration, quantity, and project location to request a data sheet and B2B quotation.

Часто задаваемые вопросы

Is a Type 2 SPD suitable for every rooftop PV system?

Not automatically. Type 2 is widely used for induced lightning and switching surges, but the final selection depends on the lightning protection system, risk assessment, equipment location, and project requirements.

Can I use a 1,000 V SPD in a 1,000 V PV system?

Only if the SPD’s Ucpv is suitable for the maximum calculated PV voltage under the lowest expected temperature. Do not rely only on the nominal system description.

What is the difference between In and Imax?

In is the nominal discharge current used to evaluate repeated Type 2 surge performance. Imax is the maximum 8/20 μs discharge current the SPD can withstand under specified test conditions.

When is a Type 1+2 SPD used?

It is used where the design requires both partial lightning-current discharge and Type 2 surge-limiting performance at the same installation point.

Where should the DC SPD be installed?

Common locations include the combiner box and inverter DC input. Long cable routes or exposed systems may require coordinated SPDs at more than one location.

Which standard applies to photovoltaic DC SPDs in Spain?

UNE-EN 61643-31 is the principal Spanish standard covering requirements and test methods for SPDs used in photovoltaic installations. The complete installation must also follow the REBT and other applicable technical requirements.

Technical References

• Spain’s Low-Voltage Electrotechnical Regulation – REBT
• 2025 Spanish list of standards referenced by the REBT
• IEC 61643-31: Requirements for PV surge protective devices
• IEC 61643-32: Selection and application of PV DC SPDs
• IEC 60364-7-712: Requirements for PV installations

This article provides general technical guidance. Final SPD selection and installation should be verified by the responsible project designer or an authorised electrical professional in accordance with current Spanish requirements.