GB／T 18802.32-2021  低压电涌保护器 第32部分：用于光伏系统的电涌保护器 选择和使用导则

8802.322021/IEC6164

光伏系统中可能需要保护的设备包括： 逆变器，包括与低压交流系统的接口和与直流系统的接口； 光伏阵列； 光伏系统自带布线； 安装在逆变器和光伏阵列之间的部件； 用于控制和监测光伏系统的设备 过电压会降低或破坏光伏系统的性能甚至导致故障，因此光伏系统应做过电压防护。 评估过电压防护的必要性以及选择恰当的保护方式，需要制造商提供设备耐受电压的信息，如果该 信息不易获得，则可以使用9.1.2和表2中提供的设备耐冲击电压额定值Uw作为参考。分流的雷电流 可能导致意外闪络继而引发火灾，有效的电涌保护措施可有助于降低火灾风险（参见GB/T21714相关 部分）

煤炭标准02.322021/IEC61643

以下几种情况可能导致光伏系统中出现过电压： 雷电直击（S1)到建筑物的外部LPS或雷击建筑物和/或光伏系统附近（S2）； 分散到交直流电网中的雷电直击电流（S3）和雷电感应电流（S4）； 一由配电网造成的过电压，例如由于切换操作引起的过电压。 注1：S1,S2,S3和S4在GB/T21714相关部分中有具体定义。 注2：GB/T16895.10一2010中描述了过电压特征。 在SPD选型时，需要特别考虑由电子逆变器/整流器在交流侧产生的重复操作过电压（尖峰）， 本部分中的电涌保护要求基于以下假设：通过合理布线或屏蔽措施（例如使用适当的电缆管理系 统），连接光伏系统直流部件的电缆可以充分避免遭受雷电直击风险

D2.32—2021/IEC61643

6.2不同光伏系统的要求

6.2.1无外部LPS的光伏系统

图1无外部LPS情况的SPD安装示意图

部LPS情况的SPD安装

一般情况下，应如图1所示在直流侧（位置①和④）安装两个SPD，同时在逆变器交流侧安装两个 PD（位置③和②）。 注：当使用具有屏蔽层的直流电缆时，在与此类电缆连接的设备接口处可实现感应过电压防护。 以下情况不需要安装位置②中的SPD： ·主配电柜的SPD与变器之间的距离小于10m，PE导线靠近交流导线（见9.1.3），此时，可只 在位置③的主配电柜安装SPD；或 ·逆变器和主配电柜连接到同一个接地极，SPD连接导线长度均小于或等于0.5m（例如逆变器

一般情况下，应如图1所示在直流侧（位置①和④）安装两个SPD，同时在逆变器交流侧安装两个 PD（位置③和②）。 注：当使用具有屏蔽层的直流电缆时，在与此类电缆连接的设备接口处可实现感应过电压防护。 以下情况不需要安装位置中的SPD： ·主配电柜的SPD与逆变器之间的距离小于10m，PE导线靠近交流导线（见9.1.3），此时，可只 在位置③的主配电柜安装SPD；或 ·逆变器和主配电柜连接到同一个接地极，SPD连接导线长度均小于或等于0.5m（例如逆变器

位于主配电柜内）。 以下情况不需要安装位置④中的SPD： ·逆变器和光伏阵列之间的距离小于10m，安装在位置1的SPD的电压保护水平（U,)小于或等 于光伏阵列0.8倍耐冲击电压额定值Uw（见9.2.4）；或 ·位置①中安装的SPD的电压保护水平（U,）小于或等于光伏阵列0.5倍耐冲击电压额定值Uw， 同时PE导线靠近直流导线

与不满足安全间隔距离5的情况相比，这是更优的解决方案。 相比6.2.3，采用减少间隔距离s要求的措施（例如采用多个或网状引下导体），或使用与装置隔离 的外部LPS（光伏系统是该装置的一部分），则是更优的方法。 外部LPS与被保护装置隔离的方法可能仅用于光伏系统附近（部分隔离的LPS)

图2光伏系统与外部LPS满足安全间隔距离（s）情况的SPD安装示意图

02.322021/IEC61643

于光伏阵列0.8倍耐冲击电压额定值Uw（见9.2.4）；或 位置①中安装的SPD的电压保护水平（U,)小于或等于光伏阵列0.5倍耐冲击电压额定值Uw，同 时PE导线靠近直流导线。

图3光伏系统与外部LPS不满足安全间隔距离（s）情况的SPD安装示意图

光伏系统与外部LPS不满足安全间隔距离（s）情况的SPD安装示意图

当安装SPD后，光伏系统其他部分可能与SPD连接到相同的等电位连接带，此时可要求 合类试验要求。 在这种配置中，交直流导体可视为等电位连接带的并联导体。图A.1、表A.1和表A.2提供了有关 SPD选型的更多信息， 位置①②③①需选择安装I类试验SPD。位置①和②的SPD应尽可能靠近逆变器安装，如图3所 示。位置④的SPD应尽可能安装在靠近光伏阵列的位置。 一般情况下，安装位置②和③的SPD是必要的，除非逆变器和主配电柜连接到同一个接地极，连接 电缆长度小于或等于0.5m（例如逆变器位于主配电柜内），此时可以不安装位置②的SPD

在光伏系统中安装电涌保护器（SPD)的要求

9选择和安装用于光伏系统的SPD

9.1交流侧SPD 的选择

9.1.2根据标称放电电流I.和冲击放电电流Im选择SPD

9.1.3根据电压保护水平U.选择SPD

9.1.4交流侧SPD的安装

点与光伏逆变器之间的距离很近时（E<10m）在

点与光伏逆变器之间的距离较远时（E≥10m）在

9.2直流侧SPD的选择

2.2直流侧SPD标称放电电流I.和冲击放电电流Imm的选择

9.2.3直流侧SPDUcpv的选择

所有SPD保护模式（正/负，正/地和负/地）的最大持续工作电压UcPV应大于或等于光伏阵列在所 有使用条件下的最大开路电压UoxMAx（更多信息参见附录B）。 注：直流导线和地之间的电压波形取决于逆变器技术，并不总是平滑的直流电压，在直流侧选择SPD宜考虑直流 纹波。

9.2.4直流侧SPD电压保护水平U，的选择

9.2.6直流侧SPD连接导体的横截面积

图6光伏系统直流侧过电压保护示例

多极SPD的内部连接方案或直流侧具有单保护模

图7和图8给出了将SPD连接到光伏系统的示例。 过电压保护可采用图7和图8中具有单一保护模式（A,B，C......X，Y,Z)的SPD的组合，也可 多极SPD。SPD中使用的保护元件可以是电压限制型，电压开关型或两者的组合。SPD模块（A

C，X，Y和Z)也称为SPD的电流支路。这种电流支路可以不同于多极SPD的单一保护模式（例如在Y 连接和△连接中）。X，Y和Z可以是具有单一保护模式的三个相同的SPD。 注：如果制造商未宣称每种保护模式的电压保护水平，则需要叠加单个模块SPD的电压保护水平以获得总电压保

9.2.8直流侧SPD的Iscpv选择

图7光伏直流侧不接地的SPD连接示例

图8光伏直流侧可靠接地的SPD连接示例

如果SPD在其寿命结束时变为低阻抗状态，则故障电流将取决于光伏串的数量、SPD的安装点和 辐照水平。由于光伏组件的非线性特性，光伏组件的短路电流略高于最大功率点（MPP)的电流。这使 得光伏系统内的短路检测变得困难，因为所产生的故障电流可能不会使过电流保护装置（例如熔断器或 断路器）动作。对于外部过电流保护装置或集成在SPD中的过电流保护装置也是如此。 SPD短路电流额定值IscPv应大于或等于SPD安装点处的光伏阵列产生的最大短路电流IscMAx 更多信息参见附录B。 光伏系统中的SPD可能因以下原因损坏： 由于承受大量未超过其标称值的雷击导致热崩溃，引起其内部组件的缓慢劣化； 由于承受超出其标称值的电应力而突然失效，从而导致其阻抗突然降低。 因此，SPD应配备专用保护装置，适用于在任何辐照条件（高或低）和任何光伏阵列提供的电流水 6

9.2.9SPD的协调配合

SPD的安装方式应确保其方便检查

根据简化方法确定被雷电防护系统保护的不同建筑内SPD的Imm或I，的值

.2根据6.2.3在屋顶上安装有光伏系统的建筑

当间隔距离无法保持，并且光伏组件的金属结构连接到接闪器系统（LPS)时，本条款给出了确定 有外部LPS的光伏系统直流侧放电电流峰值的指南。 图A.1的示例是基于具有两个外部引下线和电压限制型SPD的建筑结构的试验和仿真。该布置 使得表A.1中的Iimm（10/350us）和I.（8/20us）具有不同的值

ZA ... ZA2 外部引下线的阻抗； Z... Z2 直流电源导线的阻抗； ZpE 等电位连接导体的阻抗； PE / PAS 等电位连接条； I I.. 2 通过直流SPD(1,2)的每个节点（或分支)的电流； I Tol 通过直流SPD的总电流（3)； I...I 通过交流SPD的每个节点的电流（4...7)。

图A.1确定具有两个外部引下线的建筑内SPD放电电流值的示例

表A.1安装在带有外部LPS的建筑物屋顶上的光伏系统直流侧的 电压限制型SPD的Imm（I10/350）和I.(Is/20）的值（如果间隔距离不满足

电压限制型SPD也可以是电压限制型元件和电压开关型元件串联连接的组合型SPD。 对于此应用，如果使用电压限制型SPD，有两种选择： 使用根据表A.1中规定的Iimp=I10/35o的I类试验SPD和表A.1中规定的I.=I8/20的Ⅱ类 试验SPD； 使用Iimp等于表A.1中规定的Is/20峰值的I类试验SPD。 针对外部引下线少于4根的Ⅲ/IV类雷电防护水平，有两种试验类别的SPD供选择： 一I类试验SPD的Iimp至少5kA/保护模式；IⅡ类试验SPD的I。至少为8.5kA/保护模式； 或者只选择I类试验SPD的Iimp至少8.5kA/保护模式， 取决于不同SPD技术所带来阻抗和其他特性，电压开关型SPD的分流效果与电压限制性SPD不 当根据I类试验选择电压开关型SPD时，Iimp=I10/350值见表A.2。

表A.2安装在带有外部LPS的建筑物屋， 二的光伏系统的直流侧的

电压开关型SPD也可以是电压开关型元件和电压限制型元件并联连接的组合型SPD。 如果LPS与光伏组件框架或结构框架不满足间隔距离要求，二者之间进行金属连接，则建议使用 屏蔽电缆作为直流电缆。在这种情况下房地产标准规范范本，屏蔽层应能承载等于IToal的部分雷电流。屏蔽层两端应 接地。 当每个太阳能电池板（光伏阵列)都安装SPD时，考虑到不同SPD之间的分流，可减小表A.1和表 A.2中规定的8/20和10/350的电流值，

3802.322021/IEC6164

使用仅根据1类试验的电压限制型SPD，Iimp等于表A.3中针对电压限制型SPD的Is/20。 使用根据表I类试验的电压开关型SPD，Iimp等于表A.3中针对电压开关型SPD的I10/350。 例如，可以选择： 电压限制型SPD： ·根据I类试验，每种模式Iimp至少5kA，并按照Ⅱ类试验，每种模式I。至少15kA； ·或根据I类试验，每种模式Iimp至少15kA。 一或者，如果使用电压开关型SPD： ·根据I类试验，每种模式Iimp至少10kA。 注：表A.3可能不包括对逆变器设施外壳（操作室)的雷电直击。如果要考虑这种情况，则需要开展特定的仿真。 还建议光伏阵列和中央逆变站之间的直流电缆使用屏蔽电缆，以减小雷电流对直流系统的感应作 用。在这种情况下，针对每个汇流箱，电缆屏蔽层必须能够承载IToal的部分雷电流。电缆屏蔽层应两 端接地。 在使用多个串式逆变器的大型光伏发电厂中，表A.3给出的值适用于串式逆变器交流侧和中央变 压器低压侧的I类试验SPD。在串式逆变器的直流侧，假定在直流侧只设置一组SPD时，II类试验 SPD通常是足够的

图B.1光伏电流源的示意图

图B.2非线性光伏电流电源的UI特性

02.322021/IEC61643

对于低辐照和高辐照水平的试验，应使用光伏电源模拟器。如果线性电源在低辐照水平下（直到最 大功率点）的特性与非线性光伏电源相当时，则也可接受三种不同线性电源的组合。 具有不同内部设计和技术的SPD，当在直流条件下试验时，使用电压限制型元件、电压开关型元件 或二者的组合可能有不同的表现，这取决于试验时所使用电源的UI特性。它们可能在正常运行下产 生续流。寿命终止条件下的失效特性取决于所使用的试验电源的UI特性。试验电源应能够模拟光伏 系统的实际情况。光伏阵列是非线性电流源，电压和电流的值取决于当前温度和太阳辐照。SPD的特 性，包括其内部设计及其内部或外部脱离器（熔断器），应考虑最高太阳辐照和低太阳辐照。如果使用线 生直流源进行试验，则应了解结果可能与使用非线性光伏源或特定光伏源模拟器的结果不同。这意味 着需要具有更高短路电流的线性源以达到真实光伏电源或光伏源模拟器的最大功率点（MPP）。 SPD保护模式上预期的最大直流电压和最大直流电流可通过计算得到，详见附录B.2和B.3。SPD 的U和I的选定值或额定值应不小于计算的最大值

混凝土结构B,2Uoc MAx的计算