光伏电站组件级快速关断器装置&直流电弧电弧故障探检测模块AFCI

本文提纲：

第一部分：光伏电站组件级快速关断器装置及光伏电站组件级快速关断方案

第二部分：电弧故障断路器/分布式光伏电弧故障断路器/光伏直流电弧故障断路器的区别与应用

第三部分：电弧故障保护器/光伏直流电弧故障探测器技术要求

第一部分：SLGR3300/A光伏电站直流电弧拉弧故障检测监测器AFDD+SLGR3300/R光伏电站光伏组件级快速关断装置（PVRSS）完成组件级的快速关断方案

光伏电站起火的原因有很多，最主要原因是直流拉弧导致的火灾产生的原因居多。光伏电站设计寿命一般为25年，随着汇流箱、逆变器、线缆接头等电气设备的老化，火灾事故几率呈指数上升。同时光伏电站的事故救援却非常困难的，在火灾发生时常规灭火手段又束手无策。在分布式光伏电站建设较早的国外在面对这种情况大多选择眼睁睁地看着它烧毁而毫无办法。为解决此类情况，SLGR3300光伏电站光伏组件级快速关断技术、光伏组件级快速关断装置、分布式光伏直流电弧故障探测检测模块及断路器实施方案。顺势而为，应运而生。

一：什么是光伏组件级快速关断？

光伏系统的快速关断，就是快速关断每一块光伏组件与组件之间的连接，这一概念是美国国家电工规范(National Electrical Code，简称NEC) 提出的。并经历了以下发展阶段：

1、在2014年的NEC2014 690.12版《组件级自我关断解决方案》标准发布，即对光伏系统的快速关断作出了要求。

2、2017版的NEC690.12中，对此快速关断又做了严格的要求，该条款将于2019年1月生效，更新了光伏快速关闭系统（PVRSS）要求。最显著的变化与阵列内部的电压有关。最常见的实现方式规定，以距离到光伏矩阵305mm为界限，在快速关断装置启动后30S内，界限范围外电压降低到30V以下，界线范围内电压降低到80V以下，也就是要求实现“组件级关断”。

3、最新2020版的标准中，将“快速关断”的说法进一步修改扩大，提出了“光伏危险控制系统”（PV hazard control systems）。新标准要求光伏系统中具有“光伏危险控制系统”，使光伏系统在危急情况时是一个可控制的状态，也就是说可以利用“光伏危险控制系统”，实现组件级别的关断，在快速关断启动后30S内，界线范围内电压降低到80V以下。

二、为什么直流电弧危害大？与交流电弧的区别在哪里？

在交流系统中，电弧不是一个问题，因为当电压交替时，交流电弧往往会自熄，对于标准50HZ电网中每秒通过0伏特一百次。为了使电弧具有自维持性，启动电弧的条件必须连续存在。直流电保持在连续电压，一旦建立电弧，只要直流电压存在，它就会继续存在。正是由于直流电弧不过零点，交流电弧过零点。交流电弧在电压过零时容易熄灭，直流电弧没有电压过零现象比交流电弧更难熄灭。而光伏电站均为直流系统所以才导致以下为什么光伏组件级快速关断这么重要的话题。

三、为什么光伏组件级快速关断这么重要？

由所述由于直流电弧更难熄灭。而由于光伏技术的进步，光伏产品的功率等级和电流电压又不断提高，光伏系统从最初的600V设计提高至1000V，并更高电压1500V升级，更高的电压更容易导致起火。系统发生火灾后，仍会产生几百乃至上千伏的高电压，如果消防员贸然施救，会对消防员的生命安全造成极大威胁。所以组件级快速关断就势在必行。消防人员可以迅速切断组件之间的连接，对电站实施安全救援。

四、电弧故障检测探测器（AFDD）和光伏快速关断系统（PVRSS）有何区别？

在本号前一文中我们阐述了：SLGR3300分布式光伏电站直流电弧拉弧故障检测监测器快速关断装置AFDD的功能特点和方案设计。也就是说AFDD(SLGR3300/A装置)只是完成光伏电站直流电弧拉弧的检测和监测，发现了电弧的存在，需要完成组件级的快速关断才能杜绝灾害的进一步发生。这就是SLGR3300光伏电站光伏组件级快速关断技术光伏组件级快速关断装置（PVRSS）受控完成组件级的快速关断。

五、为什么光伏快速关机如此重要？光伏快速关断设备（PVRSE）和光伏快速关断系统（PVRSS）有什么区别？

光伏阵列通常安装在住宅和商业物业上。虽然光伏阵列设备需要经过认证（第三方权威检测报告）以确保免受电击和火灾风险的安全，但这些认证并未考虑消防员在火灾期间可能与他们在阵列周围工作的所有特定互动。消防员在执行任务时可能会受到电击危险。光伏快速关断系统（PVRSS）为消防员提供了一种停止或降低光伏阵列电压和电流的方法，以便他们可以保护自己免受电气危害，同时仍然有效地完成工作。

用于分布式能源资源的逆变器、转换器、控制器和互连系统设备的安全标准，对光伏快速关断设备 （PVRSE） 和光伏快速关断系统 （PVRSS） 的定义如下：

PVRSE – 用于PVRSS的设备，用于启动，断开，隔离或衰减PV系统的受控导体。

PVRSS – 由PVRSE组成的系统，除了断开，隔离或衰减光伏系统的受控导体外，还用于启动、通信、控制。

六、国内光伏电站安全的相应规范要求

国家能源局在《关于加强分布式光伏发电安全工作的通知》中有如下相关要求：

1：保证汇流箱、逆变器、线缆接头等连接牢固，要避免虚接引发直流拉弧。

2：要求光伏组件应具有安全关断保护功能。

3：强化直流拉弧检测监测，消除各类安全隐患。

4：要安装电弧故障断路器或采用具有相应功能的组件，实现电弧智能检测和快速切断功能

七、国内光伏电站直流电弧监测及组件级快速关断方案

SLGR3300/A光伏电站直流电弧拉弧故障检测监测器快速关断装置AFDD

SLGR3300/R光伏电站组件级快速关断装置套件PVRSS

方案特点：满足我国国家能源局在《关于加强分布式光伏发电安全工作的通知》中相关要求。符合NEC690.12条款规定快速关断法规要求同时增加了组串监测功能：可实时监测组串状态具备新型光伏电站的智能特点。

第二部分：电弧故障断路器/分布式光伏电弧故障断路器/光伏直流电弧故障断路器区别与应用

SLGR3300电弧故障断路器-电弧故障检测模组、电弧故障探测模块可配套内置于传统直流断路器中，形成满足能源局要求的电弧故障断路器。也可以单独组成故障电弧检测探测箱。

本号小编按：国家能源局也于2021年11月26日发布《关于加强分布式光伏发电安全工作的通知（征求意见稿）》，明确提出分布式光伏要安装电弧故障断路器，“反孤岛装置”，并具有安全关断保护功能，能实现电弧智能检测和快速切断功能和反孤岛效应。也就是说，征求意见定稿之后，为了确保分布式光伏发电的安全，光伏发电企业要强制安装电弧故障保护器AFDD。此要求为光伏的有序安全高质量发展具有重要的指导意义。放眼全眼新能源分布式光伏的发展在欧美也经历了同样的发展立法阶段。那么什么是电弧故障断路器/分布式光伏电弧故障断路器/光伏直流电弧断路器呢？他们的区别有哪些？如何选型才能满足国家通江局的要求呢？本文就直流电弧产生的原因，直流电弧与交流电弧的区别，分布式光伏电弧的特点伤害，如何防止灾害的发生等相关技术及应用作一简要介绍。受小编水平所限，如有不足之处，还请专家以悲悯之心，宽怀之量多加教导批评！故障电弧检测模块，故障电弧探测器。

一、什么叫电弧故障？直流电弧与交流电弧区别在哪？

• 按照电弧故障发生时电弧与电路连接关系，可将电弧故障（Arc Fault，AF）分为串联电弧故障（Series Arc Fault，SAF）、并联电弧故障（Parallel Arc Fault，PAF）、接地电弧故障（Grounding Arc Fault，GAF）和复合电弧故障（Complex Arc Fault，CAF）。各种电弧之间相互演化进展。
• 交流电弧：在交流系统中，电弧不是一个问题，因为当电压交替时，交流电弧往往会自熄，对于标准50HZ电网中每秒通过0伏特一百次。为了使电弧具有自维持性，启动电弧的条件必须连续存在。
• 直流电弧：直流电保持在连续电压，一旦建立电弧，只要直流电压存在，它就会继续存在。正是由于直流电弧不过零点，交流电弧过零点。交流电弧在电压过零时容易熄灭，直流电弧没有电压过零现象比交流电弧更难熄灭。而光伏电站均为直流系统，所产生的直流电弧极易衍生重大灾害的发生。所以国家能源在《关于加强分布式光伏发电安全工作的通知（征求意见稿）》，明确提出分布式光伏要安装电弧故障断路器。所以这里指的电弧故障断路器是指分布式光伏电弧故障断路器或者光伏直流电弧故障断路器。

二、光伏直流电弧的特点与种类

1. 串联电弧 – 当 PV 产生电流时连接断开时，会发生串联电弧。直流电路中的任何间歇性连接都有可能产生直流电弧故障。这些连接可以包括模块内的焊接接头，压缩型电线连接，连接到PV模块的引线上使用的连接器，直流隔离器中的连接，逆变器中的连接，逆变器中的任何直流电路或串式电路中的任何直流电缆。
2. 并联电弧 – 当绝缘系统发生击穿并且电流在正极和负极之间流动时，就会发生并联电弧。同一直流电路中两个极性相反的导体通常彼此靠近运行。由于动物咀嚼它们，紫外线击穿，脆化，开裂，水分进入和机械损坏，两根电线之间的绝缘可能会变得无效。平行电弧故障可以沿着导体继续向沿途燃烧材料的阵列方向发展。
3. 接地电弧 – 此故障只需要一个绝缘系统接地。这可以是太阳能模块框架，太阳能电池阵列架，屋顶或任何其他接地表面。

通常，故障可以作为一种类型的故障（例如串联故障）开始，但会发展成不同类型的故障（例如并联故障）。

智昊电气SLGR3300光伏直流电弧故障检测模组是根据分布式光伏直流电弧的特点所研发的分布式光伏直流电弧检测探测模组，可配套内置于传统直流断路器中，形成满足能源局要求的电弧故障断路器。也可放置在汇流箱，逆变器中完成产品的升级形成具备直流电弧检测及保护功能的相应设备。

三、分布式光伏是什么会导致的直流电弧故障？

• 导体连续性的击穿：

1. 由于安装不良而导致的接头松动
2. 由于连接质量差而导致的接头松动
3. 接头随时间推移的腐蚀

• 绝缘系统故障：

1. 由于紫外线照射导致绝缘层随时间推移而退化
2. 由于温度变化（热 - 冷）引起的绝缘开裂
3. 绝缘层因老化而退化
4. 啮齿动物、昆虫、鸟类对绝缘的破坏
5. 安装过程中绝缘损坏
6. 未来建筑工程对绝缘的破坏
7. 水进入电缆、导管。
8. 因安装不良而进入直流隔离器
9. 由于密封件随时间推移而退化而进入直流隔离器
10. 进水到逆变器
11. 进水到太阳能模块或接线盒

四、电弧故障断路器/分布式光伏电弧故障断路器/光伏直流电弧故障断路器区别与选型

综上所述应于于分布式光伏现场的电弧故障断路器是指以直流电弧故障为特征的电弧故障断路器，也称为分布式光伏电弧故障断路器或光伏直流电弧故障断路器。

五、SLRG3300分布式光伏直流电弧故障检测功能模组(故障电弧检测模块、故障电弧探测器)

为了达到国家能源局的要求，解决光伏直流电弧产生的危害，市场纷纷推出光伏直流电弧故障探测器、电弧故障保护器AFDD、光伏直流电弧检测装置，故障电弧检测模块、故障电弧探测器、光伏电弧故障断路器，光伏电弧故障保护器等等，其实都可以基于智昊电气SLRG3300直流电弧故障检测模组为基本技术核心衍生的产品形态。如：AFDD：故障电弧检测器。AFCI：故障电弧断路器。PV-RSS：光伏快速关断系统。SLGR3300光伏直流电弧故障检测模组是根据分布式光伏直流电弧的特点所研发的分布式光伏直流电弧检测探测模组，可配套内置于传统直流断路器中，形成满足能源局要求的电弧故障断路器。也可放置在汇流箱，逆变器中完成产品的升级形成具备直流电弧检测及保护功能的相应设备。并可结合光伏组件级快速关断装置联动完成光伏电站的安全保护方案。满足国家能源局也于11月26日发布《关于加强分布式光伏发电安全工作的通知（征求意见稿）》中的相应要求。

第三部分：电弧故障保护器/光伏直流电弧故障探测器技术要求

PV AFCI 设备必须检测到 300 W 或更高的电弧，并在两秒的最大时间段内中断它。