Comprender las similitudes y diferencias entre fusibles, disyuntores y seccionadores

La industria fotovoltaica (PV) está experimentando un rápido desarrollo bajo la tendencia general del desarrollo orientado a la neutralidad de carbono, lo que, sin embargo, ha generado cada vez más problemas en torno a la seguridad de las plantas de energía a medida que se utilizan ampliamente los módulos de mayor potencia. Los diseños de sistemas fotovoltaicos aumentan en complejidad a medida que se encuentran aplicaciones y situaciones de uso cada vez más nuevas. Cómo implementar el diseño de protección del lado de CC siempre ha sido la preocupación y la disputa en la industria. Fundamentalmente, la causa principal es la falta de comprensión del fusible, el disyuntor y el seccionador que generalmente se utilizan para la protección del sistema fotovoltaico.

El fusible, el disyuntor y el seccionador, debido a sus funciones similares (aislamiento, protección contra cortocircuitos, etc.), son propensos a confusión y malentendidos en la industria. Sin embargo, de hecho, son dispositivos totalmente diferentes, ya que son significativamente diferentes en principio de protección, requisitos estándar, escenario de aplicación y efecto protector. En cuanto al establecimiento de un sistema de protección de distribución, es necesario comprender completamente los requisitos de producción bajo escenarios de aplicación, de modo que los dispositivos puedan implementarse razonablemente en función de sus propias características para dar una aplicación adecuada a sus funciones, mejorando así la seguridad laboral y fiabilidad de la estación.

Fusible: refiriéndose a un protector de corriente que consta de elemento fusible y cartucho. El elemento fusible se apagará por el calor producido por sí mismo cuando la corriente supere un límite durante un cierto tiempo y, en este caso, el circuito se cortará para que se pueda lograr el propósito de protección.

Figura: Principio de Protección por Fusible

Cortacircuitos: se refiere a un dispositivo de conmutación mecánico que es capaz de encender/apagar y transportar corriente y consta de un sistema de contacto, un sistema de extinción de arco, un actuador y una unidad de disparo. Se utiliza para cortar un circuito con una falla para lograr el propósito de protección. En caso de cortocircuito, el resorte de contrafuerza será vencido por un campo magnético producido por una corriente más alta, en este caso el actuador será accionado por la unidad de disparo para apagarse inmediatamente. En caso de sobrecarga, las tiras bimetálicas se deformarán hasta cierto punto a una temperatura creciente debido al aumento de la corriente, para activar el actuador y apagarlo. Cuanto mayor sea la corriente, menor será el tiempo para esta acción protectora.

En virtud de una buena capacidad de extinción de arco, el interruptor automático es capaz de cortar una corriente de cortocircuito más alta y puede usarse repetidamente, ya que sus características de protección generales no se ven afectadas por el tiempo o el entorno.

Figura: Principio de Protección por Disyuntor

Desconectador: servir principalmente como un aislador que puede formar un punto de ruptura aparente entre los aparatos eléctricos que se revisan y la fuente de alimentación, para garantizar la seguridad en el trabajo de revisión. En el pasado, el seccionador operado manualmente se proporcionaba en el lado de CC del inversor de cadena. Junto con el desarrollo inteligente de la estación fotovoltaica, el seccionador operado manualmente se reemplaza por un seccionador operado por motor.

Seccionador motorizado : El seccionador operado manualmente se reemplaza por un seccionador operado por motor que puede actuar eléctricamente en un modo de detección de corriente en la cadena mediante el uso de un transformador de corriente para el control de las señales del inversor + DSP. Se sabe que a 1*In, la vida eléctrica puede llegar a 100 -300 ciclos, mientras que a 4*In, solo 5 ciclos. Sin embargo, el seccionador motorizado que ha sustituido al seccionador manual es solo una mejora en el modo de actuación, por lo que no puede considerarse un protector.

Con una corriente térmica de hasta 50A, el seccionador es capaz de actuar rápidamente a una corriente inferior a 40A (la corriente nominal). Cabe señalar que en el caso de varios a uno (como 5 cadenas por MPPT), la corriente de reflujo puede superar los 50 A y generar calor acumulado dentro del seccionador, lo que puede provocar deformaciones y atascos en el portacontactos móvil interno.

Figura: Seccionador Motorizado y Principio de Acción

Para resumir los principios de protección y acción de estos tres dispositivos: el fusible y el disyuntor son protectores que pueden realizar una protección mecánica confiable mediante acciones físicas sin necesidad de ningún circuito externo, mientras que el seccionador es un aislador que depende de un circuito externo para la detección. , control, etc. para actuar de forma fiable y eléctrica, lo que significa que en caso de fallo de alimentación o fallo en el circuito de control, el rendimiento del seccionador puede verse restringido, lo que puede generar un riesgo de falta de actuación.

Tabla: Diferencias entre los Tres Dispositivos

II. Diferencias significativas entre los requisitos de protección contra variantes de normas

GB/T 14048.2-2020 (IEC 60947-2:2019) se aplica actualmente al disyuntor, mientras que GB/T 14048.3-2017 (IEC 60947-3:2015) se aplica actualmente al seccionador. Existen diferencias significativas entre estos dos estándares en protección térmica, protección magnética, múltiplos de corriente nominal de cortocircuito para la capacidad de conexión/interrupción, etc.

tercero Requisitos específicos sobre protectores en diferentes diseños de sistemas fotovoltaicos (diferencias en escenarios de aplicación)

Hay requisitos específicos sobre la protección en el lado de CC del sistema fotovoltaico en GBT e IEC, específicamente como sigue:

1) En cuanto a un módulo con 3 cadenas o más a una ruta de MPPT, se necesita un protector contra sobrecorriente.

Nota: Ns – número de cadenas conectadas en paralelo; ISC-MOD: corriente de cortocircuito del módulo fotovoltaico; IMOD-MAX-OCPR: índices máximos de protección contra sobrecorriente para módulos fotovoltaicos.

2) Se requiere que el protector contra sobrecorriente sea un fusible o disyuntor especial que cumpla con los estándares.

Debido a la incapacidad de protección, el seccionador operado por motor es totalmente diferente del interruptor automático y el fusible en funciones, y esta es la causa principal por la que el seccionador está excluido del rango de protectores en las normas relevantes.

IV. Incapacidad del seccionador para proteger eficazmente el módulo (roto) en la prueba de campo (diferencias en el efecto protector)

¿Cuál es el riesgo de proporcionar únicamente un seccionador accionado por motor (sin fusible, disyuntor y otros protectores)? Diferentes diseños para la seguridad del inversor darán lugar a diferentes consecuencias por sobrecorriente, específicamente como sigue:

1) Módulo con 2 cadenas a 1 ruta de MPPT: en caso de falla, la corriente máxima de cortocircuito o corriente de reflujo en el sistema es igual a la corriente de cortocircuito en el módulo, sin impacto en la seguridad del sistema incluso el seccionador no actúa.

2) Módulo con 3 cadenas o más (aquí con 5 cadenas tomadas como ejemplo) a 1 ruta de MPPT: con 1 cadena se cortocircuita en caso de falla, la corriente en las otras 4 cadenas fluirá hasta el punto donde se produzca el cortocircuito. ocurre, y por lo tanto4 veces la corriente de cortocircuito estará en el circuito en falla. Las partes relevantes se dañarán por sobrecorriente ininterrumpida hasta que se produzca un incendio si el seccionador no actúa en este caso.

Revise los experimentos de prueba recientemente preocupados por expertos de la industria sobre esta base:

Prueba de conexión inversa para cadenas: Se tomó uno de los caminos para realizar la prueba de conexión inversa (inversamente entre el ánodo y el cátodo), es decir, se formó un circuito con este camino tomado de la cadena y los otros 4 caminos, y en este caso se formó una corriente de 70 A por la corriente de reflujo de tales 4 caminos de cuerdas. Una vez que ocurrió una falla, el seccionador no actuó, lo que resultó en un rápido aumento de temperatura en las partes relevantes. En este caso, el diodo del módulo explotó a una temperatura superior a 150°C.

Prueba anti-reflujo para strings : Se tomó uno de los caminos para realizar la prueba de flujo inverso y, en este caso, la corriente de flujo inverso (hasta 30 A) fluyó desde los otros 4 caminos de cadenas hasta la cadena en falla. Una vez que ocurrió una falla, el seccionador no actuó, lo que resultó en un rápido aumento de la temperatura en los módulos y circuitos relevantes (a 76,8 °C, por 49 °C en un minuto).

Resumen: El seccionador motorizado no es equivalente a un interruptor automático.

El seccionador operado por motor es diferente del interruptor automático en el principio de protección (acción) y los requisitos estándar, y por lo tanto, estos dos no son reemplazables entre sí. El seccionador se puede utilizar como una configuración de redundancia junto con dicho protector como disyuntor para mejorar la capacidad de protección del sistema, pero nunca debe proporcionarse de forma independiente como sustituto del fusible o del disyuntor.

Se debe tener cuidado al seleccionar y configurar los protectores de seguridad.