光伏系統(tǒng)保護(hù)熔斷器標(biāo)準(zhǔn)變化全方位解讀

隨著太陽(yáng)能光伏發(fā)電的裝機(jī)容量的不斷攀升，光伏陣列的保護(hù)不斷得到重視。據(jù)了解，IEC62548 Ed.1 .0《光伏（PV）發(fā)電機(jī)組裝置和安全要求》（《Installation and safety requirements for photovoltaic PV) generators》）的CDV(委員投票稿)在2011年9月16日已投票通過，其CCDV(Draft Circulated as Committee Draft with Vote)也計(jì)劃在今年7月份IEC中央辦公室發(fā)布，也就是說，關(guān)鍵的技術(shù)層面內(nèi)容已確定，正式標(biāo)準(zhǔn)估計(jì)在2012年下半年或2013年將會(huì)發(fā)布。另外，光伏熔斷器標(biāo)準(zhǔn)IEC 60269-6 Ed.1的再次修改也在進(jìn)行中。新標(biāo)準(zhǔn)的誕生和已有標(biāo)準(zhǔn)的修改，都體現(xiàn)了最新的技術(shù)要求，體現(xiàn)了先進(jìn)性，很值得工程技術(shù)人員研究重視，保證選型設(shè)計(jì)更合理和可靠。
　　IEC62548覆蓋了功率50W以上、開路電壓30V以上的所有光伏發(fā)電機(jī)組。對(duì)IEC62548標(biāo)準(zhǔn)中涉及的過電流保護(hù)部分歸納如下：
　　1.過電流保護(hù)的的必要性：光伏陣列中發(fā)生在光伏板、光伏連接箱或光伏板接線部分的短路，和那些發(fā)生在光伏陣列接線的接地故障，都可能產(chǎn)生過電流。光伏系統(tǒng)中的故障電流不能斷開其中的過電流保護(hù)器件的光伏陣列，將有可能產(chǎn)生電??；對(duì)于光伏板和相關(guān)的設(shè)備制造商要求提供過電流保護(hù)的，要按其要求提供保護(hù)；對(duì)于制造商沒有規(guī)定過電流保護(hù)的則要依照IEC62548標(biāo)準(zhǔn)中要求設(shè)置過電流保護(hù)。
　　光伏熔斷器標(biāo)準(zhǔn)IEC 60269-6中則還提出，光伏逆變器故障產(chǎn)生的回?fù)綦娏鳎诠夥蹟嗥鞯念~定分?jǐn)嗄芰Ψ秶鷥?nèi)的，光伏熔斷器也能提供保護(hù)，避免對(duì)陣列電纜和光伏板的損害。
　　2.過電流保護(hù)熔斷體和熔斷器支持件的選擇：由于溫度越低光伏板的開路電壓越大，考慮到該特點(diǎn)，光伏陣列、光伏子陣列、光伏串和光伏板的最大電壓，應(yīng)根據(jù)安裝地點(diǎn)預(yù)期的最低氣溫按光伏板制造商的說明來修正，對(duì)于光伏板制造商沒有提供修正方法的，應(yīng)依照標(biāo)準(zhǔn)要求修正確定光伏陣列的最大電壓。IEC62548標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的修正系數(shù)如下表。
　　單晶硅和多晶硅光伏板最大電壓修正系數(shù)
　　應(yīng)用于光伏陣列保護(hù)的熔斷體應(yīng)符合以下要求：
　　a.額定電壓大于等于根據(jù)安裝地點(diǎn)預(yù)期最低氣溫按光伏板制造商的說明或者上表來修正得出的最大電壓；
　　b.直流熔斷體；
　　c.額定分?jǐn)嗄芰Σ坏陀趤碜怨夥嚵?、和其他連接的電源如電池、發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)的故障電流，如存在的話；
　　d.符合IEC60269-6標(biāo)準(zhǔn)并適合PV過電流和短路保護(hù)的型號(hào)。
　　應(yīng)用于光伏陣列保護(hù)的熔斷體支持件應(yīng)符合以下要求：
　　a.額定電壓大于等于根據(jù)安裝地點(diǎn)預(yù)期最低氣溫按光伏板制造商的說明或者上表來修正得出的最大電壓；
　　b.額定電流大于等于對(duì)應(yīng)熔斷體的額定電流；
　　c.保護(hù)等級(jí)適合安裝地點(diǎn)且不低于IP 2X。
　　3. 過電流保護(hù)熔斷體額定電流的選擇和安裝位置要求等
　　對(duì)于光伏串的保護(hù)，熔斷器應(yīng)安裝在光伏串導(dǎo)線連接到光伏子陣列導(dǎo)線的位置，如子陣列匯流箱等光伏匯流箱位置，且正負(fù)極位置都要安裝，如下列光伏系統(tǒng)簡(jiǎn)圖所示。熔斷體的額定電流應(yīng)在1.4-2.4ISC—MOD的范圍內(nèi)，ISC—MOD是指光伏板或光伏串在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下的短路電流，是光伏板制造商規(guī)定在產(chǎn)品銘牌上的規(guī)格值。在此要注意的是，對(duì)于一些光伏板，在其工作的前幾周或前幾個(gè)月，其ISC—MOD比名義值要高些。
　　對(duì)于光伏子陣列的保護(hù)，熔斷器應(yīng)安裝在光伏子陣列導(dǎo)線連接到光伏陣列導(dǎo)線的位置，如光伏陣列匯流箱等光伏連接箱位置，且正負(fù)極位置都要安裝，如下列光伏系統(tǒng)簡(jiǎn)圖所示。熔斷體的額定電流應(yīng)在1.25-2.4ISC S—ARRAY的范圍內(nèi)，ISC S—ARRAY是指光伏子陣列在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下的短路電流，其等于光伏串短路電流ISC—MOD的n倍，n是子陣列中并列的光伏串?dāng)?shù)。
　　對(duì)于整個(gè)光伏陣列的保護(hù)，熔斷器應(yīng)安裝在光伏陣列導(dǎo)線和應(yīng)用電路導(dǎo)線連接位置，一般安裝在電池和電池組與充電控制器之間，并盡可能靠近電池位置安裝，如下列光伏系統(tǒng)簡(jiǎn)圖所示，是用于保護(hù)系統(tǒng)和導(dǎo)線，防止其他地點(diǎn)光伏陣列或其他連接的電源，如電池或電池組等故障電流的流入，如果熔斷體的額定值很靠近下限選定，則對(duì)光伏陣列導(dǎo)線和充電控制器都提供了保護(hù)，這時(shí)、光伏陣列和充電充電控制器之間的光伏陣列導(dǎo)線不需要再為之設(shè)置保護(hù)，同樣，正負(fù)極位置都要安裝。
　　該位置熔斷體的額定電流應(yīng)在1.25-2.4ISC ARRAY的范圍內(nèi)，ISC ARRAY是指光伏陣列在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下的短路電流，其等于光伏串短路電流ISC—MOD的N倍，N是陣列中并列的光伏串總數(shù)。對(duì)于額定電流很大的，可能沒有對(duì)應(yīng)的熔斷器規(guī)格，則通常采用過電流保護(hù)繼電器等其他過電流保護(hù)器件。
　　鑒于相關(guān)的IEC62548標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容已經(jīng)基本確定、IEC60269-6標(biāo)準(zhǔn)本身也需要完善，現(xiàn)在IEC對(duì)2010年出版的IEC60269-6 光伏系統(tǒng)保護(hù)用熔斷器標(biāo)準(zhǔn)作了再次修改。修訂稿（CD）已經(jīng)發(fā)出給各成員國(guó)，最主要的變化包括兩點(diǎn)，其一是修改額定電流為32A以下(含32A)的熔斷體的約定熔斷電流和約定不熔斷電流，原來要求熔斷體通過1.45倍額定電流時(shí)應(yīng)在1個(gè)小時(shí)內(nèi)熔斷，且通過1.13倍額定電流時(shí)不應(yīng)在1個(gè)小時(shí)內(nèi)熔斷，修改后，要求通過1.35倍額定電流時(shí)應(yīng)在1個(gè)小時(shí)內(nèi)熔斷，且通過1.05倍額定電流時(shí)不應(yīng)在1個(gè)小時(shí)內(nèi)熔斷。修改后，對(duì)于額定電流32A以內(nèi)的光伏熔斷體，IEC規(guī)格和UL規(guī)格幾乎完全相同了。另一點(diǎn)是在其附錄B B【光伏熔斷體保護(hù)光伏組件串和光伏方陣應(yīng)用指南】中，增加了熔斷體額定電流值選擇指導(dǎo)，其內(nèi)容即為上述歸納出的IEC62548標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于過電流保護(hù)額定電流的選擇方法等。
　　標(biāo)準(zhǔn)的變化反映出了兩個(gè)需要重視的問題，其一，太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)光伏板的發(fā)電量設(shè)計(jì)一般不會(huì)超出11A, 通常應(yīng)用于光伏發(fā)電系統(tǒng)匯流箱的熔斷器的額定電流規(guī)格不會(huì)超出20A，應(yīng)用最多的是在8-15A范圍內(nèi)，所以都屬于其約定熔斷電流和約定不熔斷電流參數(shù)要調(diào)整的系列范圍。
　　也就是說，對(duì)于匯流箱中保護(hù)光伏串的熔斷器要求在更小的故障電流條件下就能斷開，原來要求當(dāng)故障電流大小為熔斷體的額定電流值的1.45倍時(shí)，熔斷體應(yīng)在1個(gè)小時(shí)內(nèi)斷開，現(xiàn)在IEC則希望要求故障電流為其額定電流值的1.35倍時(shí)熔斷體就在1個(gè)小時(shí)內(nèi)斷開，這樣對(duì)光伏板的保護(hù)將更為有效，當(dāng)然也對(duì)熔斷體就提出了更高的要求。所以、從保護(hù)有效性和可靠性考慮，匯流箱中的熔斷器應(yīng)優(yōu)先選擇那些在電流為額定電流值的1.35倍時(shí)就能在1個(gè)小時(shí)內(nèi)熔斷的斷熔斷體，現(xiàn)在這些要求更高并被UL等第三方安規(guī)機(jī)構(gòu)確證的產(chǎn)品有如BUSSMANN的PV-xA10 、HOLLYLAND的HC10PV系列等。
　　要實(shí)現(xiàn)更安全可靠的保護(hù)，除優(yōu)先選擇約定熔斷電流更低的熔斷器外，對(duì)熔斷體額定值的大小選擇則是另一個(gè)要重視的問題，對(duì)于應(yīng)用于光伏串保護(hù)的熔斷器，UL標(biāo)準(zhǔn)NFPA 70TM National Electrical Code第690條“太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)”中提出該熔斷體的額定電流應(yīng)選擇大于等于1.56Isc，Isc為光伏串最低溫度時(shí)的最大短路電流，在此、其熔斷體規(guī)格是UL標(biāo)準(zhǔn)的光伏熔斷體。
　　對(duì)于IEC規(guī)格的光伏熔斷體，此前IEC沒有具有具體規(guī)定的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，本文作者曾提出了對(duì)于IEC光伏熔斷體的額定電流按照1.42 Isc選擇，并發(fā)表刊登在《太陽(yáng)能》2011.09期的“光伏陣列保護(hù)用熔斷器的選擇分析”一文中?，F(xiàn)在IEC62548標(biāo)準(zhǔn)中提出了光伏陣列過電流保護(hù)的安全要求、并作出了詳細(xì)的規(guī)定，這樣、對(duì)于IEC規(guī)格的光伏熔斷器的應(yīng)用就有了一個(gè)明確的指導(dǎo)規(guī)范，這將極大地利于廣大從事光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工程師設(shè)計(jì)借鑒，保證選型設(shè)計(jì)更合理、可靠。