保护您的电动汽车和太阳能系统免受电涌

电动汽车充电系统和太阳能光伏装置面临的浪涌风险状况与传统的电气负载不同。 双向功率流、频繁的直流-交流转换和密集的电力电子使这些系统对外部电网干扰和内部产生的瞬态敏感。 有效的保护取决于跨直流和交流区域使用浪涌保护设备的协调、分层使用，而不是依赖单一的防御点。

为什么电动汽车和太阳能系统面临更高的浪涌风险

太阳能光伏系统以大多数电气装置所不具备的方式暴露在直流侧。 长光伏串电缆充当快速上升过电压的天线，而高直流工作电压则降低了瞬态应力出现的误差范围。 即使没有直接雷电，诱导和开关相关的浪涌也可能达到破坏性水平。

逆变器位于这种风险的中心。 它们使用高频功率半导体连续在直流输入和交流输出之间切换。 这些设备是高效但无情的。 重复电压尖峰加速绝缘磨损，降低半导体结，并在灾难性故障发生之前缩短使用寿命。

电动汽车充电器增加了另一层漏洞。 从电网的角度来看，EV 充电器不是被动负载。 是一个具有整流器、直流链路电容器、控制逻辑和通信接口的受控功率转换系统。 电网切换事件、公用事业故障或附近的大负载操作可以注入直接传播到这些敏感阶段的干扰。

至关重要的是，许多破坏性事件并不引人注目。 常规开关、电容器组接合或逆变器换向会产生随着时间的推移累积应力的浪涌。 这种提醒很重要，因为保护策略必须解决频繁、中等的瞬态，而不仅仅是极端的极端情况。

太阳能光伏系统的浪涌保护策略

太阳能装置中的浪涌保护应由系统区而不是各个组件接近。 每个区域都有不同的曝光曲线，需要特定的保护作用。

光伏串与逆变器之间的直流侧保护

光伏系统的直流侧在日光下持续通电，通常以数百或数千伏的电压运行。 安装在光伏阵列和逆变器之间的适当选择的直流 SPD 为瞬态能量提供了一条可控制的路径，以从逆变器输入中转移。

需要考虑的关键点：

• 直流电路的电压是持续的，所以SPD必须专门针对直流行为而设计。
  
• 电缆长度和布线增加了对感应瞬态的暴露。
  
• 靠近逆变器的保护限制了到达敏感电子设备的残余电压。
  

A 浪涌保护装置 对于太阳能电池板电路，不是关于停止浪涌，而是将电压限制在逆变器可以重复的水平。

变频器输出端的交流侧保护

一旦电力转换为交流电，逆变器输出就会暴露于电网干扰。 上游、公用事业故障或附近的工业负载切换事件会引入向逆变器返回的浪涌。

安装在逆变器输出或主配电接口上的交流 SPD 用于在这些过压对变频器的输出级和内部直流链路施加压力之前钳制这些过电压。 这在电网连接系统中尤为重要，在这些系统中，根据运行条件，双向流动。

为什么 DC 和 AC SPDS 之间的协调很重要

直流侧和交流侧设备不能独立工作。 协调性差会导致能量共享不均，一台设备上的压力过大，或到达逆变器的残余电压升高。

良好的协调可确保：

• 直流侧 SPD 管理阵列发起的瞬态。
  
• AC 侧 SPD 处理网格起源的干扰。
  
• 随着浪涌通过系统传播，残余电压逐渐降低。
  

2 型电涌保护装置在太阳能装置中的作用

在大多数固定光伏安装中，浪涌保护装置 2 适合直流和交流位置。 这些设备旨在处理与开关和间接雷击效应相关的重复瞬态能量，而无需为服务进入场景保留的极端放电容量。

为什么 3 型仅用于电子产品的下游

3 型设备适用于低能耗残留浪涌，绝不应作为唯一的保护措施安装。 在太阳能系统中，它们可以用于下游保护监控电子设备或通信接口，但只有在上游保护已经限制了浪涌能量时。

电动汽车充电系统的浪涌保护策略

应从电网连接开始，从车辆接口处开始，从电网的角度分析电动汽车充电系统。

电网到配电面板到电动汽车充电器

浪涌通常通过交流电源进入。 为 EV 充电器提供的配电面板上的 AC SPD 降低了输入瞬态的幅度。 这是第一层防御，在充电器连接到长馈线或室外设备时尤其重要。

内部电源电子灵敏度

充电器内部，交流电直流，通过直流链路级处理，并由高速开关设备进行调节。 这些级对过电压很敏感，特别是随着时间的推移会降低电容器和半导体的重复尖峰。

没有上游电压限制，内部组件被迫吸收它们从未设计过的应力。

通信和控制电路暴露

现代电动汽车充电器包括用于负载管理、计费和车辆协调的通信接口。 这些低压电路对通过功率级的残余浪涌具有高度的敏感性。

3 型器件可以在内部或控制电路接口处使用以限制这些残余电压，但它们完全依赖于上游保护功能才能正常工作。

当类型 2 是强制性的

在大多数电动汽车充电装置中，尤其是商业和车队环境中， 浪涌保护装置 2 型 供应面板的单元不是可选的。 频繁切换、高利用率和关键正常运行时间的组合需要可预测的浪涌限制。

住宅、商业和车队的差异

住宅充电器经常与其他家庭负载共享面板，从而增加了内部开关瞬态的暴露。 商业装置面临更高的故障电流和电网交互。 车队充电引入了多个充电器的同时负载切换，增加了内部产生的干扰。 每种情况都加强了对协调的面板级保护的需求，而不是仅依赖本地电子产品。

混合混合系统中的交流和直流 SPD 协调

结合光伏发电、储能和电动汽车充电的混合系统提出了独特的协调挑战。

交流 SPD 和 DC SPD 不可互换。 直流电路持续维持电压，而交流电路通过零交叉。 为一种环境设计的设备可能过早地失效或在另一种环境中表现出不可预测的行为。

浪涌能量的传播方式也不同。 在直流电路中，能量可以持续更长时间，从而增加组件的热应力。 在交流系统中，能量在各相位上分布，并被波形零交叉周期性中断。

不适当的协调通常会导致一种设备比预期的吸收更多的能量。 这导致系统保护的过早退化和错误置信。 渐进式电压限制通过确保每个 SPD 级逐步减少浪涌幅度来解决这个问题，而不是强制单个设备完成所有工作。

在混合系统中，这意味着：

• DC SPD 管理阵列和电池侧干扰。
  
• AC SPD 管理电网和负载侧干扰。
  
• 下游设备仅处理低能耗残差。
  

接地、键合和浪涌性能（非代码、实用）

接地质量直接影响任何电涌保护设备的性能。 SPD 不会消除浪涌能量。 它转移了它。 如果导流路径具有高阻抗，则系统中其他地方的电压会升高。

设备外壳、安装结构和接地导体之间的不良粘合会在浪涌事件中产生不均匀的电位。 即使存在SPD，这种不均匀的电位也应力绝缘和电子接口。

实际情况：

• 短而直的接地连接可提高响应时间。
  
• 一致的键合降低了系统组件之间的差分电压。
  
• SPD 无法补偿设计不佳的接地路径。
  

将接地作为系统设计的一部分而不是事后的想法，可以提高每个保护层的有效性。

对照表

电动汽车和太阳能浪涌保护中的常见设计错误

一个常见的错误是依靠单个 SPD 来保护整个系统。 这种方法忽略了浪涌能量如何在不同的导体和电压之间分布。

另一个问题是忽略光伏系统中的直流侧保护。 仅保护交流输出会使逆变器暴露于阵列发起的瞬态，这些瞬态永远不会到达电网接口。

像简单负载一样处理EV充电器也是有问题的。 充电器积极塑造功率流并产生需要上游电压限制的内部开关扰动。

最后，在没有上游保护的情况下安装 Type 3 设备会给人一种虚假的安全感。 这些设备不是设计用于处理一次浪涌能量，并且在误用时会迅速降解。

长期可靠性和维护注意事项

SPD 逐渐降解。 每次浪涌事件都会略微降低其转移能量的能力。 这种降级是正常的和可预测的，但前提是在系统规划期间得到确认。

电动汽车和太阳能装置预计将运行数十年。 保护策略应包括基于暴露水平的检查间隔、状态监测和计划更换，而不是等待故障。

可预测的保护支持可预测的正常运行时间。 这在电动汽车充电和太阳能发电中比许多其他电气应用更重要，因为停机直接影响能源可用性和运营规划。

结论

电动汽车充电系统和太阳能光伏装置需要协调的浪涌保护策略，以反映其系统的拓扑和操作行为。 浪涌保护设备的有效使用取决于正确的放置、交流和直流环境之间的协调以及对性能的现实期望。

这些系统中的保护与绝对预防无关。 它是关于通过周到的系统设计来控制风险、限制对敏感电子产品的压力以及支持长期可靠性的。

常见问题