Современные бытовые фотоэлектрические (PV) системы в большой степени зависят от устройств защиты от перенапряжений (УЗИП), которые защищают инверторы, аккумуляторы и бытовые приборы от ударов молнии и коммутационных перенапряжений. Однако один вопрос продолжает вызывать споры у монтажников и владельцев домов:
Нужно ли устанавливать автоматический выключатель перед УЗИП (SPD)?
В реальных PV-распределительных щитах обычно встречаются две схемы:
УЗИП установлен без какого-либо автомата до него
УЗИП установлен с автоматическим выключателем или предохранителем до него
На первый взгляд обе схемы выглядят приемлемо. Но с точки зрения электрических характеристик и долгосрочной безопасности они существенно различаются.
В этой статье мы даём чёткое инженерное объяснение, которое поможет вам правильно спроектировать систему защиты вашей солнечной установки.
Почему УЗИП иногда выходит из строя по режиму короткого замыкания
Устройства защиты от перенапряжений (УЗИП) в PV-системах можно разделить на две основные категории в зависимости от их ключевых компонентов:
1. Ограничители перенапряжения (на основе MOV)
Такие УЗИП используют варисторы на основе оксида металла (MOV) для поглощения кратковременных перенапряжений.
MOV-варисторы работают быстро и эффективно, но склонны к отказу по режиму короткого замыкания в следующих ситуациях:
Мощные импульсы тока молнии
События временного перенапряжения (TOV)
Длительное тепловое старение
Когда варистор достигает конца срока службы или подвергается экстремальному импульсу, он может перейти в состояние постоянного короткого замыкания. Если такой УЗИП не отключить немедленно, он создаёт серьёзную пожароопасность.
2. Коммутирующие УЗИП (на основе газоразрядников – GDT)
УЗИП с газоразрядными трубками (GDT) обладают высокой пропускной способностью по токам молнии. Однако в гибридных схемах, где GDT комбинируются с MOV-модулями, варисторная часть по-прежнему испытывает значительные тепловые нагрузки.
Независимо от внутреннего исполнения, УЗИП является «жертвенным» устройством – его режим отказа необходимо учитывать при проектировании системы.
Зачем нужен автоматический выключатель перед УЗИП?
Если УЗИП выходит из строя по режиму короткого замыкания, ток короткого замыкания от сети или инвертора потечёт по ответвлению УЗИП.
Если до УЗИП не установлен аппарат, способный отключить этот ответвление, устройство может:
Перегреться
Начать дымить
Воспламениться
Тем самым ставятся под угрозу:
PV-распределительный щит
Кабели и проводка
Подключённое оборудование
Само здание
Поэтому многие международные стандарты и производители рекомендуют устанавливать резервный защитный аппарат перед каждым УЗИП – так называемое устройство резервной защиты УЗИП (backup protector).
Такой аппарат обеспечивает:
✔ Надёжное отключение вышедшего из строя УЗИП в режиме КЗ
✔ Продолжение работы остальной части электроустановки
✔ Предотвращение термических повреждений и пожара
✔ Отсутствие ложных срабатываний при нормированных импульсах молнии
Иными словами:
Автоматический выключатель защищает УЗИП. УЗИП защищает систему.
Что такое устройство резервной защиты УЗИП?
Резервная защита – это не только автоматический выключатель. В этой роли могут использоваться:
Автоматический выключатель модульного исполнения (MCB)
Плавкий предохранитель
Специальное устройство резервной защиты УЗИП (оптимизированное под токи молнии)
Назначение у всех одно:
при переходе УЗИП в режим короткого замыкания резервный аппарат должен быстро отключить ответвление УЗИП.
По сравнению со стандартными автоматами и предохранителями, специализированные устройства резервной защиты УЗИП обладают:
Повышенной стойкостью к токам молнии
Более быстрым отключением аварийных режимов
Меньшим количеством ложных срабатываний
Лучшей согласованностью с тепловым поведением MOV-варисторов
Компания ONCCY предлагает специальные устройства резервной защиты для УЗИП, разработанные для защиты PV-систем по цепям постоянного и переменного тока.
Требования к автоматическому выключателю перед УЗИП
Не каждый автоматический выключатель подходит для цепей защиты от перенапряжений. К нему предъявляются два ключевых требования:
1. Он не должен срабатывать при прохождении тока молнии
Во время испытаний с импульсами тока 8/20 мкс и напряжения 1,2/50 мкс автоматический выключатель должен оставаться включённым.
Качественный резервный автомат для УЗИП выдерживает не менее 20 стандартных импульсов перенапряжения без ложных отключений.
2. Он обязан сработать при коротком замыкании УЗИП
Если УЗИП выходит из строя и превращается в «чистый» короткий замыкатель, автоматический выключатель должен:
Обнаружить короткое замыкание
Прервать ток КЗ
Быстро и надёжно отключить ответвление УЗИП
Это необходимое условие для обеспечения безопасности и минимизации пожароопасности.
Как выбрать подходящий автомат или предохранитель для защиты УЗИП?
При выборе резервного защитного аппарата следует учитывать несколько технических аспектов:
Каждый полюс УЗИП должен иметь свой собственный защитный полюс.
В PV-системах постоянного тока, а также в сетях TN/TT переменного тока каждый режим защиты УЗИП требует отдельного защитного устройства.Коммутационная способность должна быть выше максимального тока короткого замыкания в данной точке.
Если ожидаемый ток КЗ составляет 6 кА, 10 кА или более, автомат или предохранитель должен иметь соответствующую или бо́льшую отключающую способность.Корректная координация с характеристиками УЗИП.
Производители предоставляют таблицы совместимости, например:
Таблица выбора устройств резервной защиты УЗИП ONCCY (как показано на иллюстрации).
Эти таблицы обеспечивают согласованную работу:
Максимального разрядного тока УЗИП
Характеристик встроенного теплового разъединителя
Времятоковой характеристики резервного автомата
Повредит ли ток молнии автоматический выключатель?
Этот вопрос задают очень часто, но на практике он не представляет проблемы.
Ток молнии в ответвлении УЗИП длится всего наносекунды–микросекунды, чего недостаточно, чтобы модульный автомат успел сработать или чтобы его контакты успели повредиться.
В реальных установках:
УЗИП принимает на себя импульс тока
Автоматический выключатель не отключается
Контакты не получают повреждений
Автоматы рассчитываются на времена срабатывания порядка миллисекунд, а не наносекунд.
Следовательно, токи молнии не повреждают контакты автоматического выключателя.
Бывают ли случаи, когда УЗИП можно установить без автомата до него?
С технической точки зрения некоторые производители допускают прямое подключение УЗИП без отдельного резервного аппарата, если:
Выбранный выше по цепи автоматический выключатель корректно рассчитан
Схема подключения и максимальный ток КЗ соответствуют данным УЗИП
Национальные стандарты разрешают такое решение
Тем не менее, для бытовых PV-систем – особенно в регионах с высокой грозовой активностью – настоятельно рекомендуется устанавливать специальное устройство резервной защиты УЗИП.
Это обеспечивает:
Повышенную безопасность
Более высокую надёжность в долгосрочной перспективе
Упрощённую диагностику и обслуживание системы
Итоги: нужно ли устанавливать автомат перед УЗИП?
Да – в большинстве фотоэлектрических систем автоматический выключатель или предохранитель перед УЗИП является необходимым элементом.
Типовые рекомендации:
Бытовые PV-системы: устанавливать автомат/предохранитель последовательно с УЗИП
Зоны с высокой грозовой активностью: практически обязательно
Щиты переменного тока: настоятельно рекомендуется
DC-combiner box PV-систем: каждый полюс УЗИП должен иметь собственную защиту
Использование специализированных устройств резервной защиты УЗИП: лучшее инженерное решение
Наличие резервного защитного устройства:
Предотвращает пожары из-за отказа УЗИП по режиму короткого замыкания
Обеспечивает непрерывную работу основной PV-системы
Повышает общий уровень безопасности и надёжности
Соответствует принципам проектирования, заложенным в стандартах IEC, GB и NEC
FAQ: часто задаваемые вопросы о резервной защите УЗИП
1. Будет ли автомат отключаться при каждом ударе молнии?
Нет. Корректно подобранный резервный аппарат выдерживает нормированные импульсы молнии без срабатывания.
2. Можно ли использовать плавкий предохранитель как резервную защиту УЗИП?
Да. Благодаря простой конструкции и высокой отключающей способности предохранители широко применяются в DC-combiner box солнечных систем.
3. Почему нельзя просто подключить УЗИП напрямую, без дополнительной защиты?
Потому что при отказе УЗИП по режиму КЗ отсутствие резервной защиты создаёт серьёзный риск пожара для всей установки.
4. Всегда ли УЗИП выходит из строя с коротким замыканием?
Большинство УЗИП на основе MOV имеют тенденцию завершать ресурс именно отказом по режиму короткого замыкания, поэтому резервная защита необходима.
5. Какое решение является оптимальным?
Использование специализированного устройства резервной защиты УЗИП, например оптимизированных моделей ONCCY, обеспечивает корректную координацию и максимальный уровень безопасности.
Заключение: безопасное проектирование PV-систем начинается с правильной защиты от перенапряжений
УЗИП защищает ваш PV-инвертор и здание от последствий ударов молнии и перенапряжений.
Но само устройство защиты тоже нуждается в защите.
Установка автоматического выключателя, предохранителя или специального резервного устройства УЗИП до самого УЗИП – самый эффективный способ:
Предотвратить риски пожара
Обеспечить долгосрочную стабильность работы системы
Поддерживать непрерывное электроснабжение
Соблюдать международные требования по безопасности
Для бытовых и коммерческих солнечных систем наиболее безопасная и профессиональная конфигурация выглядит так:
УЗИП + правильно выбранное резервное защитное устройство = оптимальная защита.