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三言两语 光储柔直流配电系统中的过电流保护
发布时间:2022-10-06 04:51:13 来源:欧宝足球 作者:欧宝会员端

  随着以光储为核心的低压直流配电系统的普及,直流配电系统中的过电流保护及保护产品的研发应用日益成为工程设计人员的重视,由于光储直流配电系统中从电源到负荷与传统的交流配电系统中对应电气设备有着本质上的不同,因此按传统过电流保护思路设计系统保护和相关产品已经不能真正对直流配电系统起到线.

  与传统的交流配电系统采用变压器降压转换不同,光储直流配电系统是利用各类以电力电子为核心的变流器建立和维持不同等级电压,电力电子耐受过电流的能力与金属线圈的耐受能力完全不同,以目前常用的IGBT为例,在最大允许输出功率下,电力电子的过流要依据下列两个关键值:

  电力电子的过电流保护范围,应集中在额定电流Ic 与最大可重复电流Icrm 之间,如果按反延时范围也应是在这个范围,通常电力电子器件在正常的使用温度下可以承受110%Ic 10秒以上的过载电流。 因此多数变流器设备厂家多设定110%Ic 10秒延时和2Ic 立即关断两个保护点。 实际使用中,由于设计人员通常会按IGBT的50%-60%额定电流(Ic )选择IGBT, 因此,即使考虑到使用中温升的影响,变流器设备厂家设计的内部保护性关断通常可以起到很好的自身保护作用。

  在传统的交直流配电系统中,由于配电金属导线与变压器或发电机中金属线圈的耐受过载能力范围相差不大,考虑到不同设备的电动斥力与抗冲击能力不同,传统的低压配电系统的过电流保护设计多是基于金属导线的外绝缘和电动力设计。对于直流配电系统中另一供电设备电池组而言,由于电池本身内阻限制,电池组过载状态下放电时间应在分-小时的时间等级上,过载电流可以为数倍的额定电流。因此传统采用直流发电机和电池供电的直流配电系统的各类过电流保护元件,其设计的过载不动作电流均在1.1倍的额定电流以上,2倍额定电流的过载动作时间通常不小于10秒,下图分别所示的依据IEC60269-4半导体熔断器标准的gR型快速熔断器和依据IEC60898-2交直流小型短路器标准的微型断路器的过电流保护特性:

  从前面的分析可以看出对于电力电子变流器很难长时很难承受2Ic以上的故障电流,但传统的过电流保护电器很难保证在数毫秒内分断这样的故障电流,以电力电子变流器为核心的直流配电系统无论是短路故障发生在何时何处,其短路故障电流也是额定电流的几倍至十几倍,因此对于直流短路故障的保护还是依赖于变流器本身的短路保护设计,现代电子变流器的短路故障保护设计:

  (1)电子变流器主动自关断设计变流器在系统出现2Ic以上的故障电流时,变流器出于自我保护的目的主动进行关断保护。此短路保护方式不考虑直流配电系统中各类过流保护电器的作用和保护电器之间的保护配合,易影响相邻支路的正常供电。

  ideThrough)是指在系统发生短路故障时,当故障电流峰值达到设定限值时,电子变流器主动采用电流限制技术,将变流器输出电流限制在一个对于变流器而言的安全值并持续数百毫秒,有利于系统中的过流保护电器选择性的分断故障电流,待系统故障电流消除后,变流器恢复正常供电电压保证系统的正常供电,下图简要示意了SCRT的基本原理图2 变流器的SCRT穿越技术

  5.直流系统的综合过流保护设置从前面的直流配电系统中变流器和常规低压过流保护电器的特性分析可以看出,没有短路电流穿越技术的变流器和常规低压过流保护电器架构的直流配电系统很难达到可靠安全供电的要求,在以电力电子为核心的直流配电系统中采用具有SCRT技术的变流器和以综合继电保护设备控制直流开关元件,依据IEC60364低压电气装置安全标准的要求针对系统中的过电流故障进行有选择的保护性控制是未来直流配电系统过电流保护的发展方向。

  以电力电子变流器为核心的各类直流配电系统正以不同形式进入我们的生活,对直流系统保护的相关技术和电气设备的研究开发工作也在有序进行,相信随着研发工作的不断深入,未来的光储柔直流配电系统运行将更加智能,更加可靠,更加便捷。

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