微型断路器在新能源配电直流系统中的作用

微型断路器以其迅速分断故障电路的可靠性和故障排除后易于恢复供电的便利性，在终端交流配电系统中的保护作用被电气设计人员所认可，随着以光储为核心的新能源产业的兴起，电气设计人员也开始将微型断路器用于用户侧新能源电气装置的尝试。为保证用户侧新能源配电系统的安全和充分发挥断路器的保护作用，用于新能源直流配电系统的微型断路器的设计选用应关注下列要素。1符合的产品标准通常意义上的微型断路器是供非电气专业人员操作使用的控制保护电器，属于IEC60898（GB/T10963）“电气附件家用及类似场所用过电流保护断路器”标准体系范畴，其中符合IEC60898-2、IEC60898-3(GB/T10963.2、GB/T10963.3)标准的微型断路器(MCB)可用于额定低压不超过440V直流配电系统的过电流保护。但对于高于440V直流系统的保护用断路器应选用符合IEC60947-2（GB/T14048.2）《低压开关设备和控制设备第2部分断路器》的断路器，此类低压断路器属于专业人员操作使用的电气设备，可用于DC1500V以下的直流配电系统的过电流故障保护。如果计划将微型断路器用于电压在DC1500V的用户侧直流配电系统中，同时不排除非电气专业人员操作时，该微型断路器在符合IEC60947-2（GB/T14048.2）标准的同时，其安装后的正面操作部分的安全性能还应符合IEC60898（GB/T10963）系列标准中的相关要求。2最大工作电压与额定绝缘电压根据IEC60947-1及IEC60947-2标准断路器有两个重要的电压参数：——额定工作电压：电器的额定工作电压是一个与额定工作电流组合共同确定电器用途的电压值,它与相应的试验和使用类别有关。对于单极电器,额定工作电压一般规定为跨极二端电压。对于多极电器,额定工作电压规定为相间电压；——额定绝缘电压：电器的额定绝缘电压是一个与介电试验电压和爬电距离有关的电压值。通常电器没有明确规定额定绝缘电压,则规定的工作电压的最高值被认为是额定绝缘电压值。由于直流电流分断与交流电流分断机理上的差异，小型直流断路器采用多极串联灭弧的方式，也可以分断高于额定工作电压的故障电流。但如此串联应用于高电压直流配电系统后，相邻极间电压最高可能是系统电压，如果系统电压高于断路器的额定绝缘电压，则有可能出现运行中极间短路的风险。因此在任何情况下断路器的最大工作电压值不应超过额定绝缘电压值。3分断电流与断路器的电流极性断路器分断直流电流主要采用的方法主要是通过快速拉出电弧，触头间电压维持稳定弧压达到灭弧的目的。为保证快速拉出电弧和送入灭弧室，直流断路器通常采用以下两种磁吹的设计：——通过电流走向设计，利用线路电流产生的电磁场将电弧拉长并推入灭弧室；——通过外加一个恒定的磁场将特定电流流向产生的电弧拉长并推入灭弧室。前者电流产生的磁场磁极随电流流向而改变，可保证磁场对电流的作用方向不变，从而保证电弧进入灭弧室，采用此方案设计的直流断路器无需标出断路器的接线极性，通常称为无极性直流断路器。为保证一定的磁场强度和对电弧的有效分断，此类断路器在电流路径和断口数量上均要进行深入设计，设计的复杂度要高于交流断路器。后者外加磁场的磁场方向是恒定的，电弧在磁场中的运动方向随电流的流向而改变，如果运动方向不是将电弧送入灭弧室而是推入其他空间中，将引起断路器内机构损坏或产生更大的危险，因此此类直流断路器有明确的电流流向极性标示，称为有极性断路器。此类断路器结构相对简单且磁场强度稳定，对于空间紧凑的微型断路器而言实现较为方便，可以用于没有反向电流输出的末端电器负载线路保护。对于光伏和储能系统中，阳光强度的变化和电池的充放电均会造成线路中电流流向的改变，因此对于光储直流系统中连接光伏和储能电池的直流断路器均应采用无极性直流断路器。同时应考虑断路器的临界分断电流是否满足直流系统中的正常功能性开断要求。4保护特性传统意义上符合IEC60898(GB/T10963)和IEC60947-2(GB/T14048.2)的断路器基本上是用于配电线路保护的断路器，同时在供电电源上也是以变压器、发电机等绕组类设备为主,其标准的保护特性曲线也是在保证线路安全和上游供电设备安全的基础上，减少线路中电气设备投入或异常时的冲击电流对系统运行可靠性影响的，并不能实现对于线路中下游设备的完全保护。对于光储直流配电领域，PV电源及储能电池的保护特性要求与发电机类电源设备的保护要求有很大的差异，鉴于目前多数小型直流断路器均是在传统交流断路器基础上派生开发的现实，对于用于光储直流配电系统的直流断路器其保护特性，不能简单在原交流断路器保护特性上简单的乘上一个直流系数后直接应用。应根据光储直流配电系统的特点重新设计整定一个较为适用的保护曲线。5使用的环境要素用于用户侧光储直流配电系统保护的直流断路器通常安装于户外光伏汇流箱或户外储能配电箱中，通常的使用环境温度被要求到-40°C至+70°C,温度适用范围远大于IEC60898和IEC60947产品标准要求的-5°C至+40°C的低压电器使用范围，这就不仅要求断路器的制造商提供更为宽泛的温度修正曲线，还需要通过选材和电气设计满足在宽范围下断路器保护的可靠性。采用特殊的微型断路器用于用户侧光储直