由于用于光伏裝置的直流電涌保護(hù)設(shè)備必須設(shè)計(jì)為暴露在陽(yáng)光下，因此它們極易受到雷電的影響。光伏陣列的容量與其暴露的表面積直接相關(guān)，因此閃電事件的潛在影響隨著系統(tǒng)規(guī)模的增加而增加。在照明頻繁發(fā)生的情況下，未受保護(hù)的光伏系統(tǒng)可能會(huì)對(duì)關(guān)鍵組件造成反復(fù)和重大損壞。這會(huì)導(dǎo)致大量的維修和更換成本、系統(tǒng)停機(jī)和收入損失。正確設(shè)計(jì)，安裝的地凱科技電涌保護(hù)裝置（SPD）與工程防雷系統(tǒng)結(jié)合使用時(shí)，可大程度地減少雷電事件的潛在影響。
防雷系統(tǒng)結(jié)合了空氣端子、適當(dāng)?shù)囊戮€、所有載流組件的等電位連接和適當(dāng)?shù)慕拥卦淼然驹?，可提供防止直接撞擊的頂篷。如果您的光伏站點(diǎn)有任何雷電風(fēng)險(xiǎn)，我強(qiáng)烈建議聘請(qǐng)具有該領(lǐng)域?qū)I(yè)知識(shí)的專業(yè)電氣工程師，在必要時(shí)提供風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究和保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
了解防雷系統(tǒng)和SPD之間的區(qū)別很重要。防雷系統(tǒng)的目的是通過大量載流導(dǎo)體將直接雷擊引導(dǎo)到大地，從而使結(jié)構(gòu)和設(shè)備免于處于放電路徑或被直接擊中。SPD應(yīng)用于電氣系統(tǒng)，以提供接地的放電路徑，以使這些系統(tǒng)的組件免受雷電或電力系統(tǒng)異常的直接或間接影響引起的高壓瞬變。即使有外部防雷系統(tǒng)，如果沒有SPD，雷電的影響仍然會(huì)對(duì)組件造成重大損壞。
出于本文的目的，我假設(shè)某種形式的防雷保護(hù)已經(jīng)到位，并檢查了額外使用適當(dāng)SPD的類型，功能和好處。結(jié)合適當(dāng)設(shè)計(jì)的防雷系統(tǒng)，在關(guān)鍵系統(tǒng)位置使用 SPD 可保護(hù)主要組件，例如逆變器、模塊、匯流箱中的設(shè)備以及測(cè)量、控制和通信系統(tǒng)。
除了直接雷擊陣列的后果外，互連電源布線非常容易受到電磁引起的瞬變的影響。雷電直接或間接引起的瞬變，以及公用事業(yè)開關(guān)功能產(chǎn)生的瞬變，使電氣和電子設(shè)備暴露在持續(xù)時(shí)間極短（數(shù)十到數(shù)百微秒）的非常高的過電壓中。暴露在這些瞬態(tài)電壓下可能會(huì)導(dǎo)致災(zāi)難性的組件故障，這些故障可能因機(jī)械損壞和碳跟蹤而明顯，或者不明顯但仍會(huì)導(dǎo)致設(shè)備或系統(tǒng)故障。
長(zhǎng)期暴露于較低幅度的瞬變會(huì)使光伏系統(tǒng)設(shè)備中的介電和絕緣材料變質(zhì)，直到最終擊穿。此外，電壓瞬變可能會(huì)出現(xiàn)在測(cè)量、控制和通信電路上。這些瞬變可能看起來是錯(cuò)誤的信號(hào)或信息，導(dǎo)致設(shè)備故障或關(guān)閉。SPD的戰(zhàn)略放置緩解了這些問題，因?yàn)樗鼈兂洚?dāng)短路或鉗位設(shè)備。
SPD的技術(shù)特性
光伏應(yīng)用中常用的SPD技術(shù)是金屬氧化物壓敏電阻（MOV），它用作電壓鉗位器件。其他SPD技術(shù)包括硅雪崩二極管，受控火花隙和氣體放電管。后兩者是顯示為短路或撬棍的開關(guān)設(shè)備。每種技術(shù)都有自己的特點(diǎn)，使其或多或少適合特定應(yīng)用。這些設(shè)備的組合也可以協(xié)調(diào)，以提供比單獨(dú)提供的特性。表1列出了光伏系統(tǒng)中使用的主要SPD類型，并詳細(xì)說明了它們的一般操作特性。
SPD必須能夠在瞬態(tài)存在的短時(shí)間內(nèi)足夠快地改變狀態(tài)，并在不失效的情況下釋放瞬態(tài)電流的大小。設(shè)備還必須最小化SPD電路上的壓降，以保護(hù)其所連接的設(shè)備。最后，SPD功能不應(yīng)干擾該電路的正常功能。
SPD操作特性由幾個(gè)參數(shù)定義，無論誰(shuí)選擇SPD，都必須了解這些參數(shù)。本主題需要可以在此處涵蓋的更多詳細(xì)信息，但以下是應(yīng)考慮的一些參數(shù)：大連續(xù)工作電壓、交流或直流應(yīng)用、標(biāo)稱放電電流（由幅度和波形定義）、電壓保護(hù)級(jí)別（SPD 放電時(shí)存在的端電壓特定電流）和臨時(shí)過電壓（可以在不損壞 SPD 的情況下施加特定時(shí)間的連續(xù)過電壓）。
使用不同組件技術(shù)的SPD可以放置在相同的電路中。但是，必須謹(jǐn)慎選擇它們，以確保它們之間的能量協(xié)調(diào)。具有較高額定放電值的組件技術(shù)必須放電可用瞬態(tài)電流的大幅度，而另一種組件技術(shù)將剩余瞬態(tài)電壓降低到較低的幅度，因?yàn)樗尫诺碾娏鬏^小。
SPD 必須有一個(gè)集成的自保護(hù)裝置，如果設(shè)備發(fā)生故障，該裝置會(huì)將其與電路斷開。為了使這種斷開連接顯而易見，許多SPD顯示一個(gè)標(biāo)志，指示其斷開連接狀態(tài)。通過一組完整的輔助觸點(diǎn)指示SPD的狀態(tài)是一項(xiàng)增強(qiáng)功能，可以為遠(yuǎn)程位置提供信號(hào)。另一個(gè)需要考慮的重要產(chǎn)品特性是SPD是否使用手指安全的可拆卸模塊，該模塊允許在沒有工具或需要斷電電路的情況下輕松更換故障模塊。
地凱科技光伏裝置的交流電涌保護(hù)器件注意事項(xiàng)
閃電從云層到防雷系統(tǒng)、光伏結(jié)構(gòu)或附近的地面會(huì)導(dǎo)致相對(duì)于遠(yuǎn)處地面參考的局部地電位上升?？缭竭@些距離的導(dǎo)體使設(shè)備暴露在很大的電壓下。地電位上升的影響主要發(fā)生在并網(wǎng)光伏系統(tǒng)與服務(wù)入口處的公用設(shè)施之間的連接點(diǎn)，即局部接地與遠(yuǎn)處參考接地電連接的點(diǎn)。
浪涌保護(hù)器應(yīng)放置在服務(wù)入口處，以保護(hù)逆變器的公用側(cè)免受損壞瞬變的影響。在此位置看到的瞬變具有很高的幅度和持續(xù)時(shí)間，因此必須通過具有適當(dāng)高放電電流額定值的浪涌保護(hù)來管理。與 MOV 協(xié)調(diào)使用的受控火花隙是實(shí)現(xiàn)此目的的理想選擇?；鸹ㄏ都夹g(shù)可以通過在雷電瞬變期間提供等電位鍵合功能來釋放高雷電流。協(xié)調(diào)的MOV能夠?qū)堄嚯妷后槲坏娇山邮艿乃健?/span>
除了地電位上升的影響外，逆變器的交流側(cè)還可能受到雷電引起的和市電開關(guān)瞬變的影響，這些瞬變也出現(xiàn)在服務(wù)入口處。為了盡量減少潛在的設(shè)備損壞，應(yīng)盡可能靠近逆變器的交流端子應(yīng)用適當(dāng)額定的交流電涌保護(hù)，并為具有足夠橫截面積的導(dǎo)體提供最短和最直的路線。不實(shí)施此設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)會(huì)導(dǎo)致放電期間SPD電路中的壓降高于必要的電壓，并使受保護(hù)設(shè)備暴露于高于必要的瞬態(tài)電壓。
地凱科技光伏裝置的直流電涌保護(hù)器件注意事項(xiàng)
對(duì)附近接地結(jié)構(gòu)（包括防雷系統(tǒng)）的直接撞擊以及可能為 100 kA 的云間和云內(nèi)閃光會(huì)導(dǎo)致相關(guān)的磁場(chǎng)，從而將瞬態(tài)電流感應(yīng)到光伏系統(tǒng)直流電纜中。這些瞬態(tài)電壓出現(xiàn)在設(shè)備端子處，導(dǎo)致關(guān)鍵部件的絕緣和介電故障。
將SPD放置在位置可以減輕這些感應(yīng)和部分雷電流的影響。SPD平行放置在通電導(dǎo)體和接地之間。當(dāng)發(fā)生過電壓時(shí)，它將狀態(tài)從高阻抗器件更改為低阻抗器件。在這種配置中，SPD釋放相關(guān)的瞬態(tài)電流，大限度地減少設(shè)備端子上存在的過電壓。該并聯(lián)器件不承載任何負(fù)載電流。所選的SPD必須經(jīng)過專門設(shè)計(jì)，額定和批準(zhǔn)，可用于直流光伏電壓。集成的SPD斷開必須能夠中斷更嚴(yán)重的直流電弧，這在交流應(yīng)用中是找不到的。
以 Y 配置連接 MOV 模塊是大型商業(yè)和公用事業(yè)規(guī)模光伏系統(tǒng)上常用的 SPD 配置，大開路電壓為 600 或 1，000 Vdc。Y 的每個(gè)支腿都包含一個(gè)連接到每個(gè)極和接地的 MOV 模塊。在非接地系統(tǒng)中，每個(gè)極之間以及極和接地之間有兩個(gè)模塊。在這種配置中，每個(gè)模塊的額定電壓是系統(tǒng)電壓的一半，因此即使發(fā)生極地故障，MOV 模塊也不會(huì)超過其額定值。
非電源系統(tǒng)浪涌保護(hù)注意事項(xiàng)
正如電力系統(tǒng)設(shè)備和組件容易受到雷電的影響一樣，與這些裝置相關(guān)的測(cè)量、控制、儀器儀表、SCADA和通信系統(tǒng)中的設(shè)備也是如此。在這些情況下，電涌保護(hù)的基本概念與電源電路上的概念相同。但是，由于該設(shè)備通常對(duì)過壓脈沖的容忍度較低，并且更容易受到錯(cuò)誤信號(hào)的影響，并且由于在電路中添加串聯(lián)或并聯(lián)組件而受到不利影響，因此必須更加注意添加的每個(gè)SPD的特性。根據(jù)這些組件是通過雙絞線、CAT 6 以太網(wǎng)還是同軸射頻進(jìn)行通信，需要特定的 SPD。此外，為非電源電路選擇的SPD必須能夠故障地釋放瞬態(tài)電流，以提供足夠的電壓保護(hù)水平，并避免干擾系統(tǒng)的功能 - 包括串聯(lián)阻抗，線對(duì)線和接地電容以及頻率帶寬。
SPD光伏浪涌保護(hù)器的常見誤用
SPD已應(yīng)用于電源電路多年。大多數(shù)當(dāng)代電源電路都是交流系統(tǒng)。因此，大多數(shù)電涌保護(hù)設(shè)備都設(shè)計(jì)用于交流系統(tǒng)。不幸的是，最近引入的大型商業(yè)和公用事業(yè)規(guī)模的光伏系統(tǒng)以及部署的系統(tǒng)數(shù)量不斷增加，導(dǎo)致為交流系統(tǒng)設(shè)計(jì)的SPD誤用到直流側(cè)。在這些情況下，由于直流光伏系統(tǒng)的特性，SPD 性能不佳，尤其是在其故障模式下。
MOV為用作SPD提供了出色的特性。如果它們被正確評(píng)級(jí)和正確應(yīng)用，它們將以高質(zhì)量的方式執(zhí)行該功能。但是，像所有電氣產(chǎn)品一樣，它們可能會(huì)失敗。故障可能是由環(huán)境加熱、放電電流大于設(shè)備設(shè)計(jì)處理的電流、放電次數(shù)過多或暴露于連續(xù)過壓條件下引起的。
因此，SPD 設(shè)計(jì)有熱操作隔離開關(guān)，必要時(shí)將它們與通電直流電路的并聯(lián)連接分開。由于當(dāng)SPD進(jìn)入故障模式時(shí)，一些電流流過，因此當(dāng)熱斷開開關(guān)工作時(shí)會(huì)出現(xiàn)輕微的電弧。當(dāng)施加在交流電路上時(shí)，發(fā)電機(jī)供電電流的一個(gè)過零點(diǎn)會(huì)熄滅該電弧，并且SPD安全地從電路中移除。如果將相同的交流SPD施加到光伏系統(tǒng)的直流側(cè)，尤其是高電壓，則直流波形中的電流不會(huì)過零。正常的熱操作開關(guān)無法熄滅電弧電流，并且設(shè)備發(fā)生故障。
在MOV周圍放置一個(gè)并聯(lián)熔斷旁路電路是克服直流故障電弧熄滅的一種方法。如果熱斷開工作，其斷開觸點(diǎn)上仍會(huì)出現(xiàn)電弧;但是該電弧電流被重定向到包含保險(xiǎn)絲的并聯(lián)路徑，電弧熄滅，保險(xiǎn)絲中斷故障電流。
SPD 之前的上游熔斷器（可能應(yīng)用于交流系統(tǒng)）不適用于直流系統(tǒng)。當(dāng)發(fā)電機(jī)功率輸出降低時(shí)，操作保險(xiǎn)絲的短路可用電流（如在過流保護(hù)裝置中）可能不足。因此，一些SPD制造商在其設(shè)計(jì)中考慮到了這一點(diǎn)。
