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浅谈分布式发电系统漏电保护RCCB的类型与选择

导读: 整个分布式光伏发电系统的漏电流等于逆变器开关频率和EMC滤波器(通常为16 -22kHz)所确定的交流分量(50Hz),加上直流分量和高频分量的代数和。

根据GTMResearch咨询公司最新数据显示:截止2017年7月,全球光伏累计装机约为390GW;我国光伏累计安装容量达到112.34GW。我国今年1-7月光伏新增并网34.92GW,仅7月的光伏新增并网就达10.5GW。分布式光伏发电系统和家庭光伏发电系统所占比例正在迅速上升。

下半年国内市场不仅有5GW“领跑者计划9.30”并网要求,还有扶贫计划年内4GW的指标。在越来越多的分布式家庭光伏系统安装的需求背景下,如何更好的保护家庭为单位的分布式光伏发电系统的安全,被再一次提了出来。

光伏系统中如果出现过大的漏电流,那危害将是非常严重的。轻者光伏发电系统发生故障停机,重者甚至会出现整个光伏发电系统的自燃。对业主的财产和人生安全造成很大的威胁。

为此,国内外所有的光伏逆变器厂家都在逆变器内部加了B型漏电流检测模块(RCMU),以此来提高光伏发电系统安全保障。下图是光伏逆变器厂家都要发表的B型漏电流检测模块(RCMU)使用的声明:

浅谈分布式发电系统漏电保护RCCB的类型与选择

但只是光伏逆变器加了B型的漏电流检测模块,整个分布式光伏发电系统就足够安全了么?带着这个问题,我们先来了解一下漏电流的分类:

AC型漏电:50Hz工频

A型漏电:50Hz工频+整流后的半波

B型漏电:50Hz工频+整流后的半波+平滑直流+脉动直流

由上图可以看出B型漏电的成分是最复杂的,同时B型的漏电所产生的危害也将是最大的。

接下来,我们来看一下(整个)分布式光伏发电系统的漏电流可能的组成成分:

整个分布式光伏发电系统的漏电流等于逆变器开关频率和EMC滤波器(通常为16 -22kHz)所确定的交流分量(50Hz),加上直流分量和高频分量的代数和。

如上图所示,剩余电流的大小和形式是随着直流含量的变化而变化的。因此,光伏系统中无论逆变器中是否带有B型的RCMU,只要系统中不带有变压器,就必须在外部添加B型的RCCB。

变压器有无主要区别是带隔离和不带隔离,隔离逆变变压器的可以将主电路和电网隔离开来,可以防止直流串入电网,减少谐波对电网的影响,对电网和逆变器都是好事,起到一定的保护作用,同时还有稳压的功效。

但实际应用中,不带逆变变压器的系统工作效率,比带变压器的效率稍高,因此目前的光伏系统,很少有带逆变变压器,此应用中,分布式光伏发电系统的漏电流既有交流又有直流成分,选择B型RCCB在安全上是非常必要的。

但是笔者用了1年多时间调查研究了国内外分布式光伏发电系统安装实例后发现:虽然分布式电站光伏安装的规范和指导意见已经颁布了好多年, 但国内外实际电站安装运维中,仍然出现很多A型RCCB与B型RCCB的混乱使用情况。国内的光伏电站则甚至大多还在用AC型的漏电保护RCCB。因为光伏安装商把光伏逆变器视为了一个独立的单元,认为逆变器已经包含了B型的RCMU,外部就不需要了,这显然是欠考虑的。最容易产生的安全隐患是由于系统任意部位产生的各种类型漏电。如果不能正确的选择并安装合适的漏电保护RCCB,这对于现场的光伏系统安装人员和业主来说,将可能会对其财产甚至生命造成威胁!

IEE布线准则(BS7671)的前言部分明确指出:“所有光伏部件作为系统的一部分在运用时都必须遵守该标准”在电气安装人员了解了安装中各个产品应用的使用交互点后,才可以进行相关的设计,选择,构建和调试。这个基本原则明确规定了工程人员将光伏安装视为一个完整的系统,而不是将各个组件视为独立元件。

我们应该如何正确的为分布式光伏发电系统选择漏电保护开关呢?

首先我们对A和B型RCCB之间差异做基本了解。

1)A型RCCB  EN61008-1

适用于固定频率(50Hz)的正弦交流和最大直流含量<6mA的脉动直流(如下图)。它们不会在高于其标称设计频率的频率处感测到AC残余电流,并且如果超过6 mA的直流流过RCCB,则由于A型感测线圈上的直流电流的饱和效应,跳闸特性将会改变。随着直流电流的增加,跳闸时间将增加到线圈完全饱和,并且RCCB完全不工作。

2)B型RCCB:IEC60755 / IEC62423附加要求:

当存在的剩余电流不能被A型RCCB检测到时,必须使用B型RCCB。请注意,由于现有标准,您将需要参考单独的制造商数据以获得跳闸特性 - 电流/频率范围,以检查B型RCCB是否能够检测到安装中存在的剩余电流的全部范围。 - 参见IEC60479对人体的电流/频率影响。

在这里引入IΔn的概念,即漏电流脱扣值阈值,根据不同的领域设定值也会不同。保护阈值设定最大的地方是在火灾防护上,一般在300mA;然后是绝缘保护,阈值设定在30mA;再接着是接触漏电保护,阈值在10mA~20mA;最后是新增的磁检测保护,阈值为6mA/DC

浅谈分布式发电系统漏电保护RCCB的类型与选择

分布式光伏发电系统是一个整体(不仅仅局限于光伏逆变器),RCCB是对整个系统进行保护的器件,区别于逆变器内部的RCMU,必须在设计范围内使用。综上所述,为了更有效的提高分布式光伏发电系统的安全性和防止漏电流对安装业主的财产和生命造成的威胁,B型漏电保护RCCB是更加安全的选择。

参考文献: 

1)IEE Wiring Regulations up to and including Dec 2011 for installations made in 2011

2)Electrical Safety Council Best Practice Guide for SSEGs

3)Microgeneration Installation Standard MIS3002

4)Engineering Recommendation G83-1-1

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