随着智能电网的建设和信息技术的发展,低压直流系统,例如光伏发电站的汇流和控制系统、交直流微电网的电源系统、直流储能装置(包括电动汽车)的充放电系统、大型数据中心电源系统等应用逐渐增多,直流系统的电击保护研究问题也列入了议事日程,IEC第23E技术委员会已开始对数据中心用直流RCD的标准进行调查研究。
传统的剩余电流保护电器都是用于50Hz或60Hz的交流电源系统,即使是A型或B型剩余电流保护电器,其故障电流可能为脉动直流或平滑直流电流,但主电路的工作电流仍为交流正弦波电流。直流剩余电流保护电器的主电路工作电流和故障电流均为直流电流。直流电路因存在电流不过零点、灭弧困难,不能采用电磁感应方式采样等。此外,直流电路的特性,包括额定工作电压、工作电流、电路时间常数等,随着直流电源电路的变化差异很大,直流电流流过人体的效应也与交流电流的不一样。因此,研究直流剩余电流保护电器首先要研究直流电源电路和负载的特性,才能提出对保护电器的要求。
IEC/23E/WG2对数据中心的直流电路进行研究后,提出了直流RCD的下列特性要求及需要继续研究的特性:
1)大型数据中心的直流工作电压为260~400V,直接接触保护的安全性与工作电压密切相关,在400V时不能提供有效的补充保护。因而,RCD只能对400V带中性点接地的电源才能提供直接接触的补充保护;
2)根据直流电流对人体的影响,直流电路提供直接接触补充保护的最大IΔn=100mA(相当于交流电路的30mA),最大动作时间需要作进一步的研究(交流电路为40ms);
图12-60 带电缆、插头和车辆连接器的IC-CPD外形
3)对电气火灾的防护,在直流系统中的起火隐患和内燃的危险比交流系统中更强,应考虑不同的防火设计规范(在230V交流系统中规定为IΔn=300mA);(www.xing528.com)
4)动作功能与电源电压有关的直流RCD的动作电压限值需进行研究,以确保使用安全(例如:类似对230V的单相交流电路为85~230V);
5)RCD的额定电流、额定功率;
6)直流电路的特性,例如电路涌入电流、预期短路电流、电路时间常数等;
7)RCD的特性是对平滑直流剩余电流的保护,是否要包括对脉动直流剩余电流的保护。
直流RCD还可以用于其它直流电源回路的保护,例如光伏电站的直流电源回路、光伏发电系统、各种储能系统的充放电系统、交直流微电网系统等,因而还需要对这些系统的故障特征、故障传输特性、短路电流容量和保护策略进行研究,确定直流系统对直流RCD的要求,包括额定值、保护特性、机械电气性能、电磁兼容性等要求,为直流RCD的发展奠定基础。
对直流RCD本身的技术来说,主要包括两个部分:平滑直流剩余电流的检测和直流断路器技术。平滑直流剩余电流的检测可采用B型RCD直流剩余电流的检测技术,随着B型RCD的发展,该项技术已取得了较大的发展,已有了较好的技术解决方案。直流断路器,主要是要解决直流电路的电弧熄灭技术、直流断路器的限流分断技术、直流接通和分断的电气寿命,交直流通用断路器的无极性等,此外还要解决电磁兼容和抗误动作的能力等。随着对直流断路器的深入研究,这些技术关键正在逐步得到解决。因此,直流RCD的研究在技术上已没有什么较大的障碍,关键是要根据各种直流电路电源的特性,从标准上确定对直流断路器工作参数、保护特性、短路特性、耐误动作性能等要求,明确直流RCD的研究方向。
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