微型斷路器在新能源配電直流系統(tǒng)中的作用

微型斷路器以其迅速分?jǐn)喙收想娐返目煽啃院凸收吓懦笠子诨謴?fù)供電的便利性，在終端交流配電系統(tǒng)中的保護(hù)作用被電氣設(shè)計人員所認(rèn)可，隨著以光儲為核心的新能源產(chǎn)業(yè)的興起，電氣設(shè)計人員也開始將微型斷路器用于用戶側(cè)新能源電氣裝置的嘗試。為保證用戶側(cè)新能源配電系統(tǒng)的安全和充分發(fā)揮斷路器的保護(hù)作用，用于新能源直流配電系統(tǒng)的微型斷路器的設(shè)計選用應(yīng)關(guān)注下列要素。1符合的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)通常意義上的微型斷路器是供非電氣專業(yè)人員操作使用的控制保護(hù)電器，屬于IEC60898（GB/T10963）“電氣附件家用及類似場所用過電流保護(hù)斷路器”標(biāo)準(zhǔn)體系范疇，其中符合IEC60898-2、IEC60898-3(GB/T10963.2、GB/T10963.3)標(biāo)準(zhǔn)的微型斷路器(MCB)可用于額定低壓不超過440V直流配電系統(tǒng)的過電流保護(hù)。但對于高于440V直流系統(tǒng)的保護(hù)用斷路器應(yīng)選用符合IEC60947-2（GB/T14048.2）《低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備第2部分?jǐn)嗦菲鳌返臄嗦菲?，此類低壓斷路器屬于專業(yè)人員操作使用的電氣設(shè)備，可用于DC1500V以下的直流配電系統(tǒng)的過電流故障保護(hù)。如果計劃將微型斷路器用于電壓在DC1500V的用戶側(cè)直流配電系統(tǒng)中，同時不排除非電氣專業(yè)人員操作時，該微型斷路器在符合IEC60947-2（GB/T14048.2）標(biāo)準(zhǔn)的同時，其安裝后的正面操作部分的安全性能還應(yīng)符合IEC60898（GB/T10963）系列標(biāo)準(zhǔn)中的相關(guān)要求。2最大工作電壓與額定絕緣電壓根據(jù)IEC60947-1及IEC60947-2標(biāo)準(zhǔn)斷路器有兩個重要的電壓參數(shù)：——額定工作電壓：電器的額定工作電壓是一個與額定工作電流組合共同確定電器用途的電壓值,它與相應(yīng)的試驗和使用類別有關(guān)。對于單極電器,額定工作電壓一般規(guī)定為跨極二端電壓。對于多極電器,額定工作電壓規(guī)定為相間電壓；——額定絕緣電壓：電器的額定絕緣電壓是一個與介電試驗電壓和爬電距離有關(guān)的電壓值。通常電器沒有明確規(guī)定額定絕緣電壓,則規(guī)定的工作電壓的最高值被認(rèn)為是額定絕緣電壓值。由于直流電流分?jǐn)嗯c交流電流分?jǐn)鄼C理上的差異，小型直流斷路器采用多極串聯(lián)滅弧的方式，也可以分?jǐn)喔哂陬~定工作電壓的故障電流。但如此串聯(lián)應(yīng)用于高電壓直流配電系統(tǒng)后，相鄰極間電壓最高可能是系統(tǒng)電壓，如果系統(tǒng)電壓高于斷路器的額定絕緣電壓，則有可能出現(xiàn)運行中極間短路的風(fēng)險。因此在任何情況下斷路器的最大工作電壓值不應(yīng)超過額定絕緣電壓值。3分?jǐn)嚯娏髋c斷路器的電流極性斷路器分?jǐn)嘀绷麟娏髦饕捎玫姆椒ㄖ饕峭ㄟ^快速拉出電弧，觸頭間電壓維持穩(wěn)定弧壓達(dá)到滅弧的目的。為保證快速拉出電弧和送入滅弧室，直流斷路器通常采用以下兩種磁吹的設(shè)計：——通過電流走向設(shè)計，利用線路電流產(chǎn)生的電磁場將電弧拉長并推入滅弧室；——通過外加一個恒定的磁場將特定電流流向產(chǎn)生的電弧拉長并推入滅弧室。前者電流產(chǎn)生的磁場磁極隨電流流向而改變，可保證磁場對電流的作用方向不變，從而保證電弧進(jìn)入滅弧室，采用此方案設(shè)計的直流斷路器無需標(biāo)出斷路器的接線極性，通常稱為無極性直流斷路器。為保證一定的磁場強度和對電弧的有效分?jǐn)?，此類斷路器在電流路徑和斷口?shù)量上均要進(jìn)行深入設(shè)計，設(shè)計的復(fù)雜度要高于交流斷路器。后者外加磁場的磁場方向是恒定的，電弧在磁場中的運動方向隨電流的流向而改變，如果運動方向不是將電弧送入滅弧室而是推入其他空間中，將引起斷路器內(nèi)機構(gòu)損壞或產(chǎn)生更大的危險，因此此類直流斷路器有明確的電流流向極性標(biāo)示，稱為有極性斷路器。此類斷路器結(jié)構(gòu)相對簡單且磁場強度穩(wěn)定，對于空間緊湊的微型斷路器而言實現(xiàn)較為方便，可以用于沒有反向電流輸出的末端電器負(fù)載線路保護(hù)。對于光伏和儲能系統(tǒng)中，陽光強度的變化和電池的充放電均會造成線路中電流流向的改變，因此對于光儲直流系統(tǒng)中連接光伏和儲能電池的直流斷路器均應(yīng)采用無極性直流斷路器。同時應(yīng)考慮斷路器的臨界分?jǐn)嚯娏魇欠駶M足直流系統(tǒng)中的正常功能性開斷要求。4保護(hù)特性傳統(tǒng)意義上符合IEC60898(GB/T10963)和IEC60947-2(GB/T14048.2)的斷路器基本上是用于配電線路保護(hù)的斷路器，同時在供電電源上也是以變壓器、發(fā)電機等繞組類設(shè)備為主,其標(biāo)準(zhǔn)的保護(hù)特性曲線也是在保證線路安全和上游供電設(shè)備安全的基礎(chǔ)上，減少線路中電氣設(shè)備投入或異常時的沖擊電流對系統(tǒng)運行可靠性影響的，并不能實現(xiàn)對于線路中下游設(shè)備的完全保護(hù)。對于光儲直流配電領(lǐng)域，PV電源及儲能電池的保護(hù)特性要求與發(fā)電機類電源設(shè)備的保護(hù)要求有很大的差異，鑒于目前多數(shù)小型直流斷路器均是在傳統(tǒng)交流斷路器基礎(chǔ)上派生開發(fā)的現(xiàn)實，對于用于光儲直流配電系統(tǒng)的直流斷路器其保護(hù)特性，不能簡單在原交流斷路器保護(hù)特性上簡單的乘上一個直流系數(shù)后直接應(yīng)用。應(yīng)根據(jù)光儲直流配電系統(tǒng)的特點重新設(shè)計整定一個較為適用的保護(hù)曲線。5使用的環(huán)境要素用于用戶側(cè)光儲直流配電系統(tǒng)保護(hù)的直流斷路器通常安裝于戶外光伏匯流箱或戶外儲能配電箱中，通常的使用環(huán)境溫度被要求到-40°C至+70°C,溫度適用范圍遠(yuǎn)大于IEC60898和IEC60947產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)要求的-5°C至+40°C的低壓電器使用范圍，這就不僅要求斷路器的制造商提供更為寬泛的溫度修正曲線，還需要通過選材和電氣設(shè)計滿足在寬范圍下斷路器保護(hù)的可靠性。采用特殊的微型斷路器用于用戶側(cè)光儲直