深度解析：安全至上的光伏直流系统

第四部分 熔断器的选用

熔断器选用大致可以从两个方面入手，首先是外形方面，如光伏系统常见的有汇流箱内使用的10.3*38mm或14*65mm圆柱形熔断器。集中式逆变器普遍使用的是刀型触头管状熔断器(又叫NH型熔断器，NH是德文—Niederspannungs Hochleitungs 低压高分断能力的缩写，英文缩写为HRC)。

然后要根据光伏系统的电气参数进行正确选择，可以按照如下问题考虑，

1. 熔断器工作在直流(DC)还是交流(AC)的工作环境?

2. 系统电压多少?(600V，1000V还是1500V)

3. 额定工作电流多少?

4. 预期的短路电流多大?(分断能力要求至少达到多少kA)

5. 是否需要降容?

专题：如何正确选择汇流箱进线侧的gPV级熔断器？

光伏熔断器额定电压等级的确定：

Un≥1.2Uoc(STC)

注：根据NEC690.7的规定，若光伏系统需要在零下40摄氏度以下的温度运行，应将系数1.2提升为1.25

光伏熔断器安培等级确定五步走：

STEP1. 判定最大线路电流

对于光伏线路输出的最大电流Imax根据NEC 690.8(A)(2)，应该按照并联在一起的各个组串的电流的最大值来计算，公式如下(以n串为例)：

Imax=(Isc1+ Isc2+ Isc3+…+ Iscn)*1.25

STEP2. 判定名义上的熔断器安培等级

NEC690.8(B)(1)(a)规定考虑过电流保护装置保险系数时不能低于125%，换句话说就是过电流保护装置不能再其名义安培等级下超过80%范围内持续工作(1/0.8=1.25，125%)。

In= Imax*1.25

In= Imax*1.25= (Isc1+ Isc2+ Isc3+…+ Iscn)*1.25*1.25

≈(Isc1+ Isc2+ Isc3+…+ Iscn)*1.56

STEP3. 如有必要，需要对超出的正常工作范围的极端环境进行降容处理

Irated= In/Kf

(Kf为降容系数)

图4.CH10*38降容系数表

STEP4. 确定熔断器的电流等级

Irated 通常情况下不是正好等于熔断器的标准电流等级，应该按照就大不就小的原则确定属于标准电流等级的熔断器。

汇流箱内使用的熔断器电流等级有如下安培数：

1，2，3，4，5，6，7，8，10，12，15，16，20，25。

STEP5. 验证熔断器保护的电缆

最后需要验证选取的标准电流等级的熔断器安培数小于或等于选取的电缆导体的安培等级，若不符合要求处于安全考虑需要将电缆的线径提升。

总结：光伏熔断器安培等级确定五步骤的结论公式：

I rated=Isc*1.56/Kf

注：

1. 若熔断器安装的环境温度可能超过40℃，考虑将其安装到阴凉处，尽量避免阳光直射。这将 减轻熔断器的受热程度，对于温度引起的降容将不用再考虑。

2. 如果温度无法避免的超过40 ℃，请接着考虑高温的持续时间。如果熔断器暴露在高温的持续时间不超过2小时，对于温度引起的降容也不用再考虑。

3. 如果需要降容，可以按照熔断器制造厂提供的降容系数表进行考虑。

4. 在户外现场的汇流箱工作温度可达50 ℃，若被阳光直射的话，内部温度会达到或超过55-60 ℃，这时候就需要考虑到降容。经过降容考虑的熔断器的安培等级可能会更高但这个电流等级(在寒冷环境下的)不要超过电缆的安培等级和组件背面标注的熔断器安培等级。

第五部分 熔断器的限流特性

具备限流特性(Current-limiting Fuse)可以说是熔断器在过电流保护方面能够脱颖而出的重要因素。这一概念或许让人感到迷惑，过电流保护装置动作后，电路断开，线路中的电流自然达到了零点。但是其实限流特性指的是面对故障电流，过电流保护装置到底能够多快才能动作。即短路故障发生时，线路会在很短的时间内达到电流的峰值。如果过电流保护装置能够非常快的动作将严格限制线路内的故障电流使其达不到峰值，，从而有效地保护了系统中的电器元件。而断路器要做到这一点，价格会非常昂贵。

Non-current limiting current-limiting

图5.不具限流特性(Noncurrent-limiting)与限流特性(Current-limiting)的过电流保护电器的区别

感悟

国内低压电气工程界的前辈任元会先生(《工业与民用配电设计手册》作者，参加注册电气工程师考试的朋友们一定不会对这本书感到陌生)在2003年撰写的《低压熔断器和断路器的比较和应用》一文开篇中这样描述道：“都什么年代了，还使用熔断器!”“熔断器已经过时了!“这话似乎很有道理，但又是一个实际面对的技术问题。(《低压电器》2003 No.5)。正如任老文中指出的那样，在低压配电系统保护电器的应用中，只有正确和全面的认识，才能合理地选用保护电器。

当得知美国的登月探测车(以太阳能电池板作为电源)和阿帕奇武装直升机电气系统采用的过电流保护装置就是熔断器后，在吃惊之余，深感对这一低压电器的正确认识或许才刚刚开始。