碳中和大勢下，光伏產業快速發展，隨著大功率元件廣泛應用、光伏系統設計複雜化、應用場景多樣化等趨勢，電站安全問題日益突出。其中直流側配電保護一直是行業痛點，追本溯源是對光伏系統中常用的熔斷器、斷路器、隔離開關等三種配電保護器件理解有誤。
由於三者名字聽起來十分類似，似乎都有隔離、短路的作用，因此，經常被行業混淆、誤解，實際上是不同型別的器件。無論是從作用原理、標準要求，還是從應用場景、保護效果，都存在很大差異！配電保護系統需充分理解系統應用場景保護需求，根據器件特性合理部署，每一種器件發揮適當的功能，讓電站更加安全可靠。
01
原理作用不同
熔斷器：
一種過電流保護器件，由熔體、熔管等構成，當電流超過一定數值時，達到規定的時間，由熔體自身產生的熱量熔斷熔體，斷開電路，從而起到保護的作用。
圖：熔斷器工作原理
斷路器：
能接通、承載以及分斷電流的一種機械開關電器。由觸頭系統、滅弧系統、操作機構、脫扣器等構成，發生故障時可切斷故障電路進行保護。短路時，大電流產生的磁場克服反力彈簧，脫扣器拉動操作機構，開關瞬時跳閘；過載時，電流變大發熱量加劇，雙金屬片變形到一定程度推動機構動作，使開關跳閘。電流越大，動作時間越短。
斷路器滅弧能力強，可分斷大短路電流，並可多次保護，整體保護特性不受時間、環境影響變化。
圖：斷路器工作原理
隔離開關：
主要起到隔離作用，使被檢修電氣裝置與電源有明顯斷開點，保證檢修工作安全。以往組串逆變器直流側均具有人工操作的手動隔離開關。隨著光伏電站更加智慧化，手動關斷方式升級為電動關斷。
電動隔離開關：
透過逆變器電流互感器檢測組串電流+DSP訊號控制的方式實現電動分斷，將手動升級為電動。據瞭解，1倍電流下可實現100-300次接通分斷，4倍電流下僅可實現5次接通分斷。但是手動隔離開關升級為電動隔離開關只是關斷方式的升級，並不能當作保護器件來用。
開關本體的發熱電流最大50A，在額定電流為40A以內使用，可發揮其快速分斷的能力；需注意的是，在多匯一場合下（如5路組串接入1路MPPT），電流倒灌超過50A，開關內部熱量不易散發，易出現內部動觸頭支架變形卡死等問題。
圖：電動隔離開關及系統原理
綜上三種器件原理可見：熔斷器和斷路器屬於保護器件，不依賴外部電路，透過物理作用實現可靠的機械式保護；隔離開關屬於隔離器件，電動隔離能否可靠斷開依賴於檢測、控制等外部迴路，當系統掉電或控制迴路出現故障時，隔離開關效能受限，存在斷不開的風險。
表：三種電子元器件的差異
02
各自遵循的標準不同，對各種保護要求存在較大差異
斷路器現行國家標準為GB/T 14048。2-2020（採用IEC 60947-2：2019國際標準），隔離開關現行國家標準為GB/T 14048。3-2017（採用IEC 60947-3：2015國際標準）。兩者所從屬的標準對熱保護、磁保護、額定短路電流的接通或分斷倍數等有較大差異。
03
應用場景不同，光伏系統對不同設計方案的保護器件有明確要求
對於光伏直流側保護要求，GBT及IEC等相關標準均做出了明確規定：
1）
單路MPPT接入3串及以上元件，需配置過流保護器件。
注：
Ns代表組串並聯數量，ISC-MOD代表光伏元件短路電流，IMOD-MAX-OCPR代表光伏元件最大過電流保護額定值。
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2）
過流保護器件需是符合標準的專用熔斷器或斷路器。
電動隔離開關並不具備保護能力，其功能作用與斷路器、熔斷器完全不同，這也是相關標準未將隔離開關納入保護器件的根本原因。
04
保護效果不同，現場測試隔離開關無法有效保護 引起元件損壞
單獨使用電動隔離開關，未部署熔斷器、斷路器等保護器件，有何風險？從逆變器安全設計方案來看，不同型別的設計方案，過流後果不同：
1）
1路MPPT接入2串元件：
發生故障後，系統中最大的短路電流或倒灌電流均只有1倍元件短路電流，隔離開關無法斷開也不影響系統安全。
2）
1路MPPT接入3串及以上元件：
以1路MPPT接入5路為例，發生故障後，1個迴路發生短路其餘4串電流將會流向短路點，故障迴路將承受4倍短路電流。若隔離開關無法斷開，相關部件將因持續過流而損壞直至發生火災。
在此基礎上，回顧下近期業內人士關注的實測實驗：
組串反接實測：
選取其中一路開展正負極反接測試，該組串與其他4路形成迴路，4路組串電流倒灌形成70A電流。故障發生後，隔離開關未能跳脫，對應元件溫度急劇上升，元件二極體溫度超過150℃當場炸裂。
組串反灌實測：
選取1路開展反灌測試，其餘4串電流反灌進故障組串，反灌電流達到30。故障發生後，隔離開關未能跳脫，對應元件與線路溫度急劇上升，一分鐘內飆升了49℃（升溫至76。8℃）。
05
總結：電子隔離開關無法等同斷路器
電動隔離開關與斷路器原理作用、遵從標準均有不同，無法相互取代。隔離開關可作為冗餘器件與斷路器等保護器件組合，提升系統保護能力，但不能替代熔斷器或斷路器作為保護器件單獨使用。
安全保護器件選擇與部署，須謹慎。
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