光伏直流隔离开关的选择及应用

时间:2021-05-06

工作原理

光伏直流隔离开关在操作时,动、静触头之间应符合规定要求的绝缘距离,触头应能承载正常回路条件下电流及在规定时间内异常条件下的电流,并且具有明显的断开标志(ON/OFF)。初始状态时候棘轮与上盖板卡扣互相咬合(棘轮固定),旋钮在转动过程中,对扭簧施加作用力,同时扭簧又对棘轮施加作用力,等旋钮旋转到大约70°时,扭簧的弹力到达峰值,带动上盖板和棘轮分离,实现开关的分闸。光伏系统通常是600~1500V高压直流电,带电分闸合闸操作时,不可避免的会产生电弧,如果静触头的布局位置不合理性、灭弧材料质量差,或者灭弧速度慢,容易造成开关烧毁,严重存在安全隐患。

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产品选型

现在使用的隔离开关是一层层叠加,达到多路保护的目的(普兆产品目前做多可达到10层)。因为光伏发电的特殊性,正负极都需要保护,因此隔离开关两层组成一个回路。作为光伏系统零部件,普兆直流隔离开关因其专业完整的产品系列,目前在80%逆变器厂商均有安装使用。根据产品不同使用场景,客户的要求不同,相应的产品特点也不同,具体分类如下:


(1) 触点安装方向:反触点、正触点、水平触点

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这3种触点方向本身并无优劣只分,对隔离开关本身的性能也不会产生影响。这样分类设计主要是从实际现场安装考虑,就是从其引出的光伏线对电路板是否有干涉和安装工人的操作方便度来分类选择触点方向。因为结构设计的细微差别,相同层数的隔离开关尺寸会有3~5mm的差别。


(2) 根据是否要固定在支架上,带耳可选:

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耳朵的作用主要是固定作用,如果不需要特别固定,可以不考虑这个特点。普兆目前的产品,正触点和反触点的隔离开关是有带耳的,而反触点直流开关是没有这个耳的。


(3) 根据现场安装要求,带锁可选:

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因为在澳洲和北美地区,工程师在检修光伏系统的时候,往往会考虑非专业人员误操作,在隔离开关OFF时,旋钮的锁扣上加以把安全锁,从而保证维修人员的安全。普兆直流隔离开关产品对于多种安装方式HM,PM,DB,DC,EL均可挂锁。

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(4) 根据旋钮的大小,分为A/B两种旋钮:

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之所以会有两种大小不一的旋钮,主要是从用户角度考虑。B旋钮长度较长,方便客户旋转,但缺点是在空间有限的条件下,会对旁边的直流端子产生干涉,无法旋转;A旋钮尺寸小巧,操作灵活,但操作力相对大一些。

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(5) 根据安装位置的不同,分为内置隔离开关(防护等级IP20)和外置隔离开关(防护等级IP66)

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在光伏系统里安装隔离开关。目前除了澳洲强制要求外置隔离开关外,其它地区选择内置集成在逆变器中。近期,巴西光伏市场的快速发展,对配电模块安装(DB)系列需求特别旺盛,普兆的PEDSC120R-DB32产品月出货量达5W。

另外,在选型的时候,还有一些细节,如旋钮开关方向、跳线的类别、旋钮的颜色,配件的要求等细节,需要根据不同的要求,单独选型。


安规要求

在认证测试标准里,不论哪个地区都会特别强调光伏用隔离开关的电寿命和接通分断能力,区别只是在于亚洲和欧洲(DC-PV1),澳洲(DC-PV2),北美地区(UL)具体的要求不同,表一列出了接通分断的不同要求,表二列出了电寿命和机械寿命的不同要求:


I/IeU/Ue测试次数
DC-PV11.51.055
DC-PV24
1.055
UL21.0550

表一  接通分断测试要求


亚洲/欧洲澳洲北美
机械寿命970097004000
电寿命300300
6000

表二  电寿命和机械寿命测试要求

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接通分断测试波形图

从列表的参数可以看出,UL标准对产品的要求更苛刻,更贴近极限测试!

要满足这些要求,原材料的选择至关重要,普兆目前触点是从日本进口的NGK铍铜,其高散热性,高导电性可以满足使用要求;另外,结构设计也很关键,动簧片双插口,同时与两只静簧片插合或分开电路中有两个断点,保证接触可靠性,增强断开电路的可靠性内置弹簧贮能机构较短的开关转换时间,极大地缩短了燃弧的时间长度,有力地保证了接触对的物理性能和接触性能。目前,普兆直流隔离开关产品已经取得了TUV,CE,CB,SAA,UL权威认证,为光伏系统的安全保驾护航。

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另外,外壳材料的选择需要满足V0-94的耐火要求,触头需要满足至少48小时的盐雾测试;整机在70℃不降载和海拔2000m不降载,以及为了适应恶劣环境的要求,需要进行耐湿热循环测试。