Comprender las similitudes y diferencias entre fusibles, disyuntores y seccionadores

Nov 07, 2023

La industria fotovoltaica (PV) está experimentando un rápido desarrollo bajo la tendencia general de desarrollo orientado a la neutralidad de carbono, lo que sin embargo ha llevado a problemas cada vez mayores en torno a la seguridad de las centrales eléctricas a medida que se utilizan ampliamente los módulos de mayor potencia. Los diseños de sistemas fotovoltaicos aumentan en complejidad a medida que se encuentran aplicaciones y situaciones de uso cada vez más nuevas. Cómo implementar el diseño de protección del lado DC siempre ha sido una preocupación y disputa en la industria. Fundamentalmente, la causa principal es la mala comprensión de los fusibles, disyuntores y seccionadores que generalmente se utilizan para la protección del sistema fotovoltaico.

Los fusibles, disyuntores y seccionadores, debido a sus funciones similares (aislamiento, protección contra cortocircuitos, etc.), son propensos a confusión y malentendidos en la industria. Sin embargo, en realidad se trata de dispositivos completamente diferentes, ya que difieren significativamente en el principio de protección, los requisitos estándar, el escenario de aplicación y el efecto protector. En cuanto al establecimiento de un sistema de protección de la distribución, es necesario comprender plenamente los requisitos de producción en los escenarios de aplicación, de modo que los dispositivos puedan implementarse razonablemente en función de sus propias características para dar una aplicación adecuada a sus funciones, mejorando así la seguridad en el trabajo y confiabilidad de la estación.

Fusible: refiriéndose a un protector de corriente que consta de elemento fusible y cartucho. El elemento fusible se fundirá por el calor producido por sí mismo cuando la corriente supere un límite durante un tiempo determinado y, en este caso, se cortará el circuito para que se pueda lograr el propósito de protección.

Figura: Principio de protección por fusible

Cortacircuitos: refiriéndose a un dispositivo de conmutación mecánico que es capaz de encender/apagar y transportar corriente y consta de un sistema de contacto, un sistema de extinción de arco, un actuador y una unidad de disparo. Se utiliza para cortar un circuito cuando no se logra el propósito de protección. En caso de un cortocircuito, el resorte de contrafuerza será vencido por un campo magnético producido por una corriente más alta; en este caso, el actuador será accionado por la unidad de disparo para apagarse inmediatamente. En un caso de sobrecarga, las tiras bimetálicas se deformarán hasta cierto punto al aumentar la temperatura debido al aumento de la corriente, para provocar que el actuador se apague. Cuanto mayor sea la corriente, menor será el tiempo de esta acción protectora.

En virtud de una buena capacidad de extinción del arco, el disyuntor es capaz de cortar una corriente de cortocircuito más alta y puede usarse repetidamente, ya que sus características protectoras generales no se ven afectadas por el tiempo o el medio ambiente.

Figura: Principio de protección mediante disyuntor

Desconectador: para servir principalmente como un aislador que puede formar un aparente punto de ruptura entre los aparatos eléctricos que se están revisando y la fuente de alimentación, para garantizar la seguridad en el trabajo durante la revisión. En el pasado, se proporcionaba un seccionador operado manualmente en el lado de CC del inversor de cadena. Junto con el desarrollo inteligente de las estaciones fotovoltaicas, el seccionador operado manualmente se reemplaza por un seccionador operado por motor.

Seccionador motorizado : El seccionador operado manualmente se reemplaza por un seccionador operado por motor que puede actuar eléctricamente en un modo de detección de corriente en la cadena mediante el uso de un transformador de corriente para el control de señales inversor + DSP. Se sabe que en 1*In, la vida eléctrica puede alcanzar entre 100 y 300 ciclos, mientras que en 4*In, sólo 5 ciclos. Sin embargo, el seccionador motorizado que ha sustituido al seccionador manual es sólo una mejora en su modo de actuación, por lo que no puede considerarse un protector.

Con una corriente térmica de hasta 50 A, el seccionador es capaz de actuar rápidamente con una corriente inferior a 40 A (la corriente nominal). Cabe señalar que en el caso de varios a uno (como 5 cadenas por MPPT), la corriente de reflujo puede superar los 50 A y puede generar calor acumulado dentro del seccionador, lo que puede provocar deformación y atasco en el soporte de contacto móvil interno.

Figura: Seccionador motorizado y principio de acción

Para resumir los principios de protección y acción de estos tres dispositivos: El fusible y el disyuntor son protectores que pueden realizar una protección mecánica confiable mediante acciones físicas sin solicitud de ningún circuito externo, mientras que el seccionador es un aislador que depende de un circuito externo para la detección. , control, etc. para actuar de manera confiable y eléctrica, lo que significa que en caso de un corte de energía o un fallo en el circuito de control, el rendimiento del seccionador puede verse restringido, lo que puede generar un riesgo de no actuar.

Tabla: Diferencias entre los tres dispositivos

II. Diferencias significativas entre los requisitos de protección frente a normas variantes

GB/T 14048.2-2020 (IEC 60947-2:2019) se aplica actualmente al disyuntor, mientras que GB/T 14048.3-2017 (IEC 60947-3:2015) se aplica actualmente al seccionador. Existen diferencias significativas entre estos dos estándares en protección térmica, protección magnética, múltiplos de corriente nominal de cortocircuito para capacidad de cierre/corte, etc.

III. Requisitos específicos sobre protectores en diferentes diseños de sistemas fotovoltaicos (diferencias en escenarios de aplicación)

Existen requisitos específicos sobre protección en el lado de CC del sistema fotovoltaico en GBT e IEC, específicamente los siguientes:

1) En cuanto a un módulo con 3 cadenas o más en una ruta de MPPT, se necesita un protector contra sobrecorriente.

Nota: Ns – número de cadenas conectadas en paralelo; ISC-MOD – corriente de cortocircuito del módulo fotovoltaico; IMOD-MAX-OCPR: clasificaciones máximas de protección contra sobrecorriente para módulos fotovoltaicos.

2) Se requiere que el protector contra sobrecorriente sea un fusible o disyuntor especial que cumpla con los estándares.

Debido a la incapacidad de protección, el seccionador operado por motor es totalmente diferente del disyuntor y el fusible en funciones, y esta es la causa principal por la que el seccionador está excluido de la gama de protectores en las normas pertinentes.

IV. Incapacidad del seccionador para proteger eficazmente el módulo (roto) en la prueba de campo (diferencias en el efecto protector)

¿Cuál es el riesgo de proporcionar únicamente un seccionador operado por motor (sin fusible, disyuntor ni otros protectores)? Diferentes diseños para la seguridad del inversor tendrán diferentes consecuencias por sobrecorriente, específicamente las siguientes:

1) Módulo con 2 cadenas para 1 ruta de MPPT: en caso de falla, la corriente de cortocircuito máxima o la corriente de reflujo en el sistema es justo igual a la corriente de cortocircuito en el módulo, sin impacto en la seguridad del sistema incluso el seccionador no actúa.

2) Módulo con 3 cadenas o más (aquí con 5 cadenas tomadas como ejemplo) a 1 ruta de MPPT: con 1 cadena sufre un cortocircuito en caso de falla, la corriente en las otras 4 cadenas fluirá hasta el punto donde se produce el cortocircuito. ocurre, y por lo tanto4 veces la corriente de cortocircuito estará en el circuito en fallo. Las piezas relevantes resultarán dañadas por una sobrecorriente ininterrumpida hasta que se produzca un incendio si el seccionador no actúa en este caso.

Reseña de los experimentos de prueba recientemente afectados por expertos de la industria sobre esta base:

Prueba de conexión inversa para cadenas: Se tomó uno de los caminos para realizar la prueba de conexión inversa (al revés entre el ánodo y el cátodo), es decir, se formó un circuito con este camino tomado de la cuerda y los otros 4 caminos, y en este caso se formó una corriente de 70 A mediante la corriente de reflujo de dichos 4. caminos de cuerdas. Una vez que se produjo una falla, el seccionador no actuó, lo que resultó en un rápido aumento de temperatura en las partes relevantes. En este caso, el diodo del módulo explotó a una temperatura superior a 150°C.

Prueba antirreflujo para cuerdas : Se tomó una de las rutas para realizar la prueba de contraflujo y, en este caso, la corriente de contraflujo (hasta 30 A) fluyó desde las otras cuatro rutas de las cadenas hasta la cadena en falla. Una vez que se produjo una falla, el seccionador no actuó, lo que resultó en un rápido aumento de temperatura en los módulos y circuitos relevantes (a 76,8°C, 49°C en un minuto).

Resumen: El seccionador motorizado no es equivalente a un disyuntor.

El seccionador motorizado se diferencia del disyuntor en el principio de protección (acción) y en los requisitos estándar y, por lo tanto, estos dos no son mutuamente reemplazables. El seccionador se puede utilizar como configuración de redundancia junto con un protector como un disyuntor para mejorar la capacidad protectora del sistema, pero nunca debe proporcionarse de forma independiente como sustituto de un fusible o un disyuntor.

Se debe tener cuidado al seleccionar y configurar protectores de seguridad.