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

Это примеры применения, а не правила автоматического выбора. Конечное напряжение УЗИП должно основываться на расчетном максимальном напряжении фотоэлектрической системы и схеме подключения производителя.

Выбор УЗИП с недостаточным значением Ucpv может привести к преждевременному срабатыванию, перегреву или отключению. Выбор номинального напряжения, неоправданно превышающего требуемое, может привести к повышению уровня защиты по напряжению и снижению эффективности защиты чувствительного оборудования.

Шаг 2: Выберите тип 1, тип 2 или тип 1+2

УЗИП для фотоэлектрических систем обычно классифицируются в соответствии с импульсным током, на который они рассчитаны.

Тип 2 DC SPD

УЗИП типа 2 обычно используются для защиты от наведенных грозовых перенапряжений и коммутационных перенапряжений.

Типичные области применения включают:

• Бытовые крышные фотоэлектрические системы
• Коммерческие крышные фотоэлектрические установки
• Блоки объединения постоянного тока (DC combiner boxes)
• Распределительные щиты фотоэлектрических массивов
• Входы постоянного тока инверторов
• Системы, в которых не ожидается прямое воздействие тока молнии в месте установки УЗИП

Устройства типа 2 обычно характеризуются номинальным разрядным током На сайте и максимальным разрядным током Imax, основанными на форме волны тока 8/20 мкс.

Тип 1 DC SPD

УЗИП типа 1 предназначено для отвода части тока молнии. Оно может потребоваться в случаях, когда проект молниезащиты указывает на возможность попадания тока молнии в электроустановку.

Выбор типа 1 обычно связан с:

• Здания, оборудованные внешней системой молниезащиты
• Электроустановки, в которых невозможно обеспечить требуемое разделительное расстояние
• Открытые фотоэлектрические системы промышленного масштаба
• Места, определенные по результатам оценки риска воздействия молнии
• Точки, в которых частичный прямой ток молнии может проникнуть в цепи постоянного тока

Характеристики УЗИП типа 1 обычно выражаются через импульсный ток разряда Iimp, основанный на форме волны 10/350 мкс.

Тип 1+2 DC SPD

УЗИП типа 1+2 объединяет в одном устройстве защиту от токов молнии и наведенных перенапряжений.

Может рассматриваться для:

• Открытых площадок размещения фотоэлектрических систем
• Входов инверторов, требующих комбинированной защиты
• Установок с внешней системой молниезащиты
• Проектов, требующих обеспечения характеристик как Типа 1, так и Типа 2 в одной точке

Тип УЗИП должен выбираться в соответствии с концепцией молниезащиты проекта. Его не следует выбирать только потому, что более высокий номер типа кажется более мощным.

Шаг 3: Сравните In, Imax, Iimp и Up

Различные номинальные параметры УЗИП описывают разные аспекты производительности.

Номинальный разрядный ток: In

На сайте указывает ток, который УЗИП типа 2 может многократно отводить при заданных условиях испытаний, обычно с использованием формы волны 8/20 мкс.

Это один из основных номинальных параметров, используемых при сравнении УЗИП типа 2.

Максимальный разрядный ток: Imax

Imax это максимальный разрядный ток с формой волны 8/20 мкс, который УЗИП может выдержать при заданных условиях испытаний.

Высокое значение Imax само по себе не доказывает, что УЗИП подходит для конкретной установки. Его необходимо рассматривать в совокупности с In, Up, Ucpv, поведением при коротком замыкании, схемой подключения и применимым стандартом испытаний.

Импульсный разрядный ток: Iimp

Iimp используется для устройств типа 1 и типа 1+2 и представляет собой способность выдерживать ток молниевого импульса с формой волны 10/350 мкс.

При необходимости защиты типа 1 сравните значение Iimp на полюс или режим защиты в соответствии со спецификацией проекта.

Уровень защиты по напряжению: Up

Вверх указывает остаточное напряжение, возникающее на УЗИП во время заданного испытания на разряд.

Уровень Up должен быть ниже уровня импульсного выдерживаемого напряжения защищаемого оборудования. Соединительные кабели также добавляют напряжение во время скачка, поэтому эффективный уровень защиты на инверторе может быть выше, чем значение, указанное в каталоге УЗИП.

Именно поэтому крайне важны короткие и прямые подключения УЗИП.

Шаг 4: Подтверждение конфигурации фотоэлектрической системы.

Цепь постоянного тока фотоэлектрической системы может быть изолированной, функционально заземленной или сконфигурированной в соответствии с конкретной топологией инвертора. УЗИП должен использовать схему подключения, подходящую для данной системы.

Перед выбором количества полюсов или режимов защиты подтвердите:

• Конфигурация положительного проводника
• Конфигурация отрицательного проводника
• Подключение защитного заземления (PE)
• Заземлен ли какой-либо из полюсов постоянного тока
• Метод изоляции и контроля инвертора
• Требуемая топология подключения УЗИП
• Количество входов MPPT
• Количество стрингов и сумматоров (комбайнеров)

Не следует полагать, что УЗИП переменного тока с аналогичным напряжением можно использовать на стороне постоянного тока фотоэлектрической системы. Фотоэлектрические системы имеют специфические характеристики постоянного напряжения и токов повреждения. Устройство должно быть спроектировано и испытано для применения в фотоэлектрических системах постоянного тока в соответствии со стандартом IEC/UNE-EN 61643-31.

Шаг 5: Проверка требований к защите от короткого замыкания и резервной защите

УЗИП для фотоэлектрических систем должно безопасно отключаться по истечении срока службы.

Важные параметры включают:

• Стойкость к токам короткого замыкания в фотоэлектрических системах
• Внутренний терморасцепитель
• Требуемый вышестоящий резервный предохранитель
• Максимально допустимая резервная защита
• Ожидаемый ток короткого замыкания в сети
• Координация с предохранителями типа gPV или автоматическими выключателями постоянного тока

Внешний резервный предохранитель не должен выбираться только на основе физических размеров УЗИП. Следуйте техническому паспорту производителя УЗИП и проверьте совместимость с током фотоэлектрической цепи и характеристиками неисправностей системы.

УЗИП защищает от переходных перенапряжений. Предохранитель gPV или автоматический выключатель постоянного тока защищает от перегрузки по току и короткого замыкания. Одно устройство не может заменить другое.

Шаг 6: Выбор правильного места установки

Типичные места установки УЗИП постоянного тока включают:

• Фотоэлектрический массив или распределительная коробка
• Распределительная коробка постоянного тока
• Главный распределительный шкаф постоянного тока
• Вход постоянного тока преобразователя частоты
• Оба конца длинной линии кабеля постоянного тока

Наиболее подходящая схема зависит от длины кабеля, условий эксплуатации, проекта молниезащиты, уровня устойчивости оборудования к перенапряжениям и оценки проектных рисков.

Для компактных крышных установок с короткими трассами кабелей постоянного тока, УЗИП типа 2, установленное рядом с инвертором, может обеспечить необходимый уровень защиты, если это допускается проектом.

Для более длинных трасс между фотоэлектрическим массивом и инвертором может потребоваться установка согласованных УЗИП на обоих концах. Это снижает напряжение, которое может возникнуть вдоль кабеля, и улучшает защиту оборудования в каждой точке.

В некоторых отраслевых руководствах по проектированию расстояние около 10 метров используется как точка, при которой следует рассмотреть дополнительное согласование. Это не должно рассматриваться как универсальное правило для каждой установки в Испании. Окончательное размещение должно соответствовать применимым стандартам проектирования, оценке рисков, прокладке кабелей и инструкциям производителя оборудования.

Шаг 7: Обеспечьте минимальную длину соединений УЗИП

Даже правильно подобранное УЗИП может обеспечить низкий уровень защиты, если оно установлено с использованием длинных или неправильно проложенных кабелей.

Во время скачка напряжения индуктивность кабеля создает дополнительное напряжение. Таким образом, более длинные проводники могут увеличить общее напряжение, достигающее инвертора.

Правила качественного монтажа включают:

• Обеспечение минимально возможной длины и прямолинейности проводников
• Исключение ненужных петель кабеля
• Надлежащую прокладку положительных, отрицательных и защитных проводников (PE)
• Использование сечения проводников, указанного производителем
• Обеспечение надежного защитного заземления (PE)
• Избегание резких изгибов там, где это практически возможно
• Разделение защищенных и незащищенных проводников
• Точное соблюдение схемы подключения устройства защиты от перенапряжений (УЗИП)

Цель состоит в том, чтобы сократить общую длину соединений и минимизировать эффективный уровень защиты оборудования.

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.

Распространенные ошибки при выборе УЗИП постоянного тока

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.

If your project has already reached the stage of deciding between Type 1, Type 2 and Type 1+2 protection, continue with our detailed guide to Type 1 vs Type 2 SPD for solar PV in Spain.

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.