光伏阵列保护用熔断器的选择分析(二)

好利来(中国)电子科技股份有限公司 ■ 赖文辉

随着光伏发电的装机容量的不断攀升，光伏阵列的保护不断得到重视。据了解，IEC 62548Ed.1.0《光伏(PV)发电机组装置和安全要求》(《Installation and safety requirements for photovoltaic(PV) generators》)的CDV(委员投票稿)在2011年9月16日已投票通过，其CCDV(Draft Circulated as Committee Draft with Vote)也计划在今年7月份IEC中央办公室发布，也就是说，关键的技术层面内容已确定，正式标准估计在2012年下半年或2013年将会发布。另外，光伏熔断器标准IEC 60269-6Ed.1.0的再次修改也在进行中。新标准的诞生和已有标准的修改，都体现了最新的技术要求，体现了先进性，很值得工程技术人员研究重视，保证选型设计更合理和可靠。

IEC 62548覆盖了功率50W以上、开路电压30V以上的所有光伏发电机组。对IEC 62548标准中涉及的过电流保护部分归纳如下：

一 过电流保护的的必要性

光伏阵列中发生在光伏板、光伏连接箱或光伏板接线部分的短路以及发生在光伏阵列接线的接地故障，都可能产生过电流。光伏系统中的故障电流不能断开其中的过电流保护器件的光伏阵列，将有可能产生电弧；对于光伏板和相关设备制造商要求提供过电流保护的，要按其要求提供保护；对于制造商没有规定过电流保护的则要依照IEC 62548标准的要求设置过电流保护。

光伏熔断器标准IEC 60269-6中还提出，光伏逆变器故障产生的回击电流，若在光伏熔断器的额定分断能力范围内，光伏熔断器也能提供保护，避免对阵列电缆和光伏板的损害。

二 过电流保护熔断体和熔断器支持件的选择

考虑到温度越低光伏板的开路电压越大的特点，光伏阵列、光伏子阵列、光伏串和光伏板的最大电压，应根据安装地点预期的最低气温按光伏板制造商的说明来修正；对于光伏板制造商没有提供修正方法的，应依照标准要求修正确定光伏阵列的最大电压。IEC 62548标准中规定的修正系数如表1所示。

应用于光伏阵列保护的熔断体应符合以下要求：

(1) 额定电压大于等于根据安装地点预期最低气温按光伏板制造商的说明或表1修正得出的最大电压；

表1 单晶硅和多晶硅光伏板最大电压修正系数

(2) 直流熔断体；

(3) 如果存在故障电流，则额定分断能力不低于来自光伏阵列和其他连接的电源(如电池、发电机和电网的故障电流)；

(4) 符合IEC 60269-6标准并适合PV过电流和短路保护的型号。

应用于光伏阵列保护的熔断体支持件应符合以下要求：

(1) 额定电压大于等于根据安装地点预期最低气温按光伏板制造商的说明或表1修正得出的最大电压；

(2) 额定电流大于等于对应熔断体的额定电流；

(3) 保护等级适合安装地点且不低于IP 2X。

三 过电流保护熔断体额定电流的选择和安装位置要求等

对于光伏串的保护，熔断器应安装在光伏串导线连接到光伏子阵列导线的位置，如子阵列汇流箱等光伏汇流箱位置，且正负极位置都要安装，如图1所示。熔断体的额定电流应在(1.4～2.4)Isc-MOD的范围内，Isc-MOD为光伏板或光伏串在标准测试条件下的短路电流，是光伏板制造商规定在产品铭牌上的规格值。在此要注意的是，对于一些光伏板，在其工作的前几周或前几个月，其Isc-MOD比定义值要高。

对于光伏子阵列的保护，熔断器应安装在光伏子阵列导线连接到光伏阵列导线的位置，如光伏阵列汇流箱等光伏连接箱位置，且正负极位置都要安装，如图1所示。熔断体的额定电流应在(1.25～2.40)Isc-ARRAY的范围内，Isc-ARRAY为光伏子阵列在标准测试条件下的短路电流，其值为光伏串短路电流Isc-MOD的n倍，n是子阵列中并列的光伏串数。

对于整个光伏阵列的保护，熔断器应安装在光伏阵列导线和应用电路导线连接位置，一般安装在电池和电池组与充电控制器之间，并尽可能靠近电池位置安装。如图1所示，熔断器是用于保护系统和导线，防止其他地点光伏阵列或其他连接的电源，如电池或电池组等故障电流的流入。若熔断体的额定值靠近下限选定，则对光伏阵列导线和充电控制器都提供保护，这时，光伏阵列和充电充电控制器之间的光伏阵列导线无需再设置保护。同样正负极位置都要安装。该位置熔断体的额定电流应在(1.25～2.40)Isc-ARRAY的范围内，Isc-ARRAY为光伏阵列在标准测试条件下的短路电流，其值为光伏串短路电流Isc-MOD的N倍，N为阵列中并列的光伏串总数。对于额定电流很大的，可能没有对应的熔断器规格，通常采用过电流保护继电器等其他过电流保护器件。

鉴于相关的IEC 62548标准内容已基本确定，而IEC 60269-6标准本身需要完善，IEC对2010年出版的IEC 60269-6光伏系统保护用熔断器标准作了再次修改。修订稿(CD)已经发出给各成员国，最主要的变化包括两点：一是修改额定电流为32A以下(含32A)的熔断体的约定熔断电流和约定不熔断电流。原来要求熔断体通过1.45倍额定电流时，应在1h内熔断，且通过1.13倍额定电流时不应在1h内熔断；修改后，要求通过1.35倍额定电流时应在1h内熔断，且通过1.05倍额定电流时不应在1h内熔断。修改后，对于额定电流32A以内的光伏熔断体，IEC规格和UL规格几乎完全相同。另一点是在其附录[光伏熔断体保护光伏组件串和光伏方阵应用指南]中，增加了熔断体额定电流值选择指导，其内容即为上述归纳出的IEC 62548标准中关于过电流保护额定电流的选择方法等。

标准的变化反映出两个需要重视的问题：一是太阳能光伏发电系统光伏板的发电量设计一般不会超出11A，通常应用于光伏发电系统汇流箱的熔断器的额定电流规格不会超出20A，应用最多的是在8～15A范围内，所以都属于其约定熔断电流和约定不熔断电流参数要调整的系列范围。也就是说，对于汇流箱中保护光伏串的熔断器要求在更小的故障电流条件下就能断开，原来要求当故障电流大小为熔断体的额定电流值的1.45倍时，熔断体应在1h内断开，现在IEC则希望要求故障电流为其额定电流值的1.35倍时熔断体就在1h内断开，这样对光伏板的保护将更为有效，当然也对熔断体提出了更高的要求。所以，从保护有效性和可靠性考虑，汇流箱中的熔断器应优先选择那些电流为额定电流值的1.35倍时就能在1h内熔断的断熔断体。现在这些要求更高并被UL等第三方安规机构确证的产品有：BUSSMANN的PV-xA10、HOLLYLAND的HC10PV系列等。

图1 光伏系统简图

要实现更安全可靠的保护，除优先选择约定熔断电流更低的熔断器外，对熔断体额定值的大小选择则是另一个需要重视的问题。对于应用于光伏串保护的熔断器，UL标准NFPA 70TM National Electrical Code第690条“太阳能光伏系统”中提出，该熔断体的额定电流应选择≥1.56Isc，Isc为光伏串最低温度时的最大短路电流，在此其熔断体规格是UL标准的光伏熔断体。对于IEC规格的光伏熔断体，此前IEC没有具有具体规定的相关标准，本文作者曾提出了对于IEC光伏熔断体的额定电流按照1.42Isc选择，见文献[3]。现在IEC 62548标准中提出光伏阵列过电流保护的安全要求，并作出详细规定，这样，对于IEC规格的光伏熔断器的应用就有了一个明确的指导规范，将有利于广大从事光伏系统的设计工程师设计借鉴，保证选型设计更合理、可靠。

[1] IEC 62548Ed.1.0CDV, Installation and safety requirements for photovoltaic (PV) generators[S].

[2] IEC 60269-6A1Ed.1, Low-voltage fuses-Part 6:Supplementary requirements for fuse-links for the protection of solar photovoltaic energy systems[S].

[3] 赖文辉. 太阳能光伏发电系统光伏阵列保护用熔断器的选择分析[J].太阳能, 2011, 9: 19－20.

[4] NFPA 70-2008, National electrical code¨ [S].

[5] GB/T 16895.32－2008/IEC 60364-7-712: 2002, 建筑物电气装置 第7-712部分：特殊装置或场所的要求 太阳能光伏(PV)电源供电系统[S].