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(jì)人員所認(rèn)可，隨著以光儲(chǔ)為核心的新能源產(chǎn)業(yè)的興起，電氣設(shè)計(jì)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(jì)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(chǎng)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(duì)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(jì)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(shí)不排除非電氣專業(yè)人員操作時(shí)，該微型斷路器在符合IEC60947-2（GB/T14048.2）標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，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(gè)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(gè)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(yàn)和使用類別有關(guān)。對(duì)于單極電器,額定工作電壓一般規(guī)定為跨極二端電壓。對(duì)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(gè)與介電試驗(yàn)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(jī)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(yùn)行中極間短路的風(fēng)險(xiǎn)。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(jì)：——通過電流走向設(shè)計(jì)，利用線路電流產(chǎn)生的電磁場(chǎng)將電弧拉長(zhǎng)并推入滅弧室；——通過外加一個(gè)恒定的磁場(chǎng)將特定電流流向產(chǎn)生的電弧拉長(zhǎng)并推入滅弧室。前者電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)磁極隨電流流向而改變，可保證磁場(chǎng)對(duì)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(jì)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(chǎng)強(qiáng)度和對(duì)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(jì)，設(shè)計(jì)的復(fù)雜度要高于交流斷路器。后者外加磁場(chǎng)的磁場(chǎng)方向是恒定的，電弧在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)方向隨電流的流向而改變，如果運(yùn)動(dòng)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(jī)構(gòu)損壞或產(chǎn)生更大的危險(xiǎn)，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(duì)簡(jiǎn)單且磁場(chǎng)強(qiáng)度穩(wěn)定，對(duì)于空間緊湊的微型斷路器而言實(shí)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(duì)于光伏和儲(chǔ)能系統(tǒng)中，陽光強(qiáng)度的變化和電池的充放電均會(huì)造成線路中電流流向的改變，因此對(duì)于光儲(chǔ)直流系統(tǒng)中連接光伏和儲(chǔ)能電池的直流斷路器均應(yīng)采用無極性直流斷路器。同時(shí)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(shí)在供電電源上也是以變壓器、發(fā)電機(jī)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(shí)的沖擊電流對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行可靠性影響的，并不能實(shí)現(xiàn)對(duì)于線路中下游設(shè)備的完全保護(hù)。對(duì)于光儲(chǔ)直流配電領(lǐng)域，PV電源及儲(chǔ)能電池的保護(hù)特性要求與發(fā)電機(jī)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(shí)，對(duì)于用于光儲(chǔ)直流配電系統(tǒng)的直流斷路器其保護(hù)特性，不能簡(jiǎn)單在原交流斷路器保護(hù)特性上簡(jiǎn)單的乘上一個(gè)直流系數(shù)后直接應(yīng)用。應(yīng)根據(jù)光儲(chǔ)直流配電系統(tǒng)的特點(diǎn)重新設(shè)計(jì)整定一個(gè)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(chǔ)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(chǔ)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(jì)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(chǔ)直