深入浅出理解光伏直流系统(二)，gpv

第二部分 熔断器在整个光伏系统的使用位置和种类

在欧美国家熔断器在整个光伏系统的使用位置一般有如下几个位置，我们以ABB公司(收购Power One后，世界排名第二)在北美市场的逆变器为例[4]：

1. 直流汇流箱进线侧：保护光伏电池组串(gPV级熔断器，IEC标准为60269-6)

2. 集中式逆变器直流进线侧DC fuses for DC input connections：保护直流侧进线连接(gPV级熔断器)

3. 集中式逆变器内部模块保护Inver DC fuse：保护逆变器模块(aR级熔断器，IEC标准为60269-4)

4. 集中式逆变器内充电接触器的熔断器保护Charging circuit fuses：预充电回路接触器保护(gPV级熔断器)

5. 接地故障报警检测GFPD，Ground Fault Protection Device：用于接地故障报警(gPV级熔断器)

6. 集中式逆变器交流侧AC fuses：保护逆变器模块和交流侧主线路电器(aR级熔断器)

其中aR和gPV级熔断器是熔断器的种类。共计6个位置，熔断器的使用可以说是承担了汇流箱和逆变器几乎全部直流侧的过电流保护和大部分交流侧的过电流保护，在样本中ABB公司仅在100kW逆变器机型上使用了直流断路器(型号为S804PV-S80)，在低压电器的选型上颇耐人寻味。在表4中作者列举了常见的熔断器种类，从使用位置来看，可以得知熔断器在集中式光伏并网发电系统中是电力电子线路保护的主力军。从欧美地区大面积和长时间的使用情况来看，只要能够正确选用熔断器，不但能长期稳定保护整个电气系统内的元器件，更能有效保护集中式逆变器本身。若想了解更多的信息可以参考上一篇拙作中作者统计的欧美各国世界排名靠前的集中式逆变器厂家(ABB, Schneider Electric，Eaton，KACO等)的低压电器选型情况。

表4. 常见熔断器的使用类别

第一个小写字母指示了熔断器的分断范围。

※“g”代表全范围分断能力熔断体，意指该熔断体能够分断从最小熔化电流直至其分断能力的所有过电流。全范围分断能力熔断体能用作为单独的保护器件。

※ “a”代表部分范围分断能力熔断体，意指该熔断体只能够分断其额定电流的某个倍数的高电流。部分范围分断能力熔断体设计成只能用于短路保护，因此可用于与其它提供过流保护的器件的组合。它们也常用作其它有较低分断能力的开关器件(如接触器或断路器)的后备保护。

第二个及以后的大写字母指示了特性，即标明使用类别，定义了应用范围。

专题：gPV级熔断器概念的提出

gPV既可以认为是用于光伏直流系统的普适性熔断器(general purpose fuse for photovoltaic applications)，也代表了其是全范围分断能力的熔断器。

这一类的熔断器的概念是随着IEC 60269-6标准的提出而诞生的，在此之前欧洲地区曾采用gR作为直流侧的保护用熔断器，gPV级熔断器的概念提出后，gR熔断器在光伏直流侧的位置被取代。美国UL2579标准(Fuses for Photovoltaic Systems)最初在2007年12月份提出。这些标准的提出是基于熔断器的基础标准UL248之上，结合光伏系统的特点(在2011年就提出了光伏熔断器电压可以用于高达DC1500V的光伏系统)，规定了更多符合光伏线路保护特点的试验要求。

总结下来，光伏系统保护用熔断体(gPV级熔断器)用于直流电路应满足如下要求[5]：

(1)额定分断能力至少为10kA。

(2)约定不熔断电流Inf为1.13In，约定熔断电流If为1.45In(UL标准If为1.35In)。

(3)额定电流验证以3000个电流循环进行。

(4)增加可接受的热感应漂移水平验证和在50℃条件下的功能验证，且熔断体的约定电流和分断能力试验在可接受的热感应漂移水平验证后进行。

其中电流循环测试就是针对光伏现场的实际工程环境下不断变化的温度和电流负荷，保障了gPV级熔断器长期稳定地运行。而且标准规定的只是最低的要求，从实际使用上来看，欧美地区的熔断器在现场表现非常稳定与可靠。

另外，gPV级熔断器在预报整个光伏直流系统的接地故障中贡献非常大，2013年美国的圣地亚国家实验室就选取了共8家熔断器制造商的gPV熔断器，如：Cooper-Bussman PV-10A10F、Mersen HPM6M 600V、LittelFuse KLKD、Socomec 1000V 10*38gR、ABB E9F gPV10*38mm、Hill Technical 10*38mm、SIBA URZ-DMI 10*38mm和Df Electric 600VDC 10*38mm作为研究对象，深入地研究了接地故障报警(GFPD)的敏感度问题。[6]

那么gPV级熔断器在时间电流曲线上和别的熔断器有什么区别呢?图3表明了gPV级熔断器相应速度非常快，在进入1.45In(UL标准If为1.35In)的熔断电流范围内就开始熔断，保证在直流环境下，系统短路故障电流较低的情况下也能够迅速有效地分断短路电流。

因为直流电流本身的特点(与交流相比没有过零点的情况)所以越快动作，才会更有效地降低短路故障对系统的冲击，做到可靠地分断直流故障电流。

图3. gPV级熔断器与其他类型熔断器时间-电流曲线的区别[11]