昱能微讲堂丨一文读懂：光伏系统中直流电弧与交流电弧

随着光伏系统安全问题日益得到重视，“电弧”一词也越来越多的进入到人们的视线。在2021年11月26日，国家能源局发布的关于公开征求对《关于加强分布式光伏发电安全工作的通知(征求意见稿)》中明确要求分布式光伏发电项目应安装电弧故障断路器或采用具有相应功能的组件，实现电弧智能检测和快速切断功能。

“电弧”在上述文件中多次被提及，可见其对于分布式光伏发电安全的重要性。那么对于“电弧”，你有多少了解呢?直流电弧与交流电弧又有什么区别呢?

1、电弧是如何产生的?

在了解直流电弧与交流电弧之前，我们先来看一下电弧是如何产生的：电弧的本质是一种气体放电现象，可以理解为绝缘情况下产生的高强度瞬时电流。在电场的作用下，气体发生电离而持续形成等离子体，使得电流通过了通常状态下的绝缘介质(例如空气)所产生的瞬间火花现象。

电弧放电可分为 3个区域：阴极区、弧柱和阳极区。在气体发生电离后，阴极表面发射出的电子高速向阳极运动，弧柱依靠其中性粒子热运动相互碰撞而产生自由电子及带电的正离子，从而形成通路。由此可见，产生电弧的必要条件主要有：电压、间距与介质。

在整个电子、离子频繁运动和撞击的过程中，其温度不断上升，这个过程往往是高强度且瞬间的，因此电弧的温度极高，表面达3000~4000℃，弧心可达10000℃。

2、什么是直流电弧、交流电弧?

按照电弧产生的电流种类，我们可以将电弧分为直流电弧与交流电弧，即直流电弧是在直流电路中产生的，交流电弧是在交流电路中产生的。众所周知，直流电属于恒电流，是大小和方向不随时间变化的电流。而交流电的电流方向通常会随着时间变化而发生周期性改变，一般每个周期内电流运行的平均值是零。

基于两种电流本身的不同属性，直流电弧与交流电弧之间也有着巨大的差别。其中最明显的就是直流电弧没有过零点，一旦电弧产生，只要满足一定的条件，电弧就会持续存在。而在交流电路中，电流瞬时值随时间变化，因而电弧的温度、直径以及电弧电压也随时间变化，在电弧电流过零时，电弧自然熄灭。

3、说一说光伏系统中的电弧

通过以上分析，我们了解到相比于交流电弧，直流电弧不具备自熄性，且威力更大、更具破坏力。那么光伏系统中的直流电弧是如何产生的呢?

在光伏系统中，其直流端，由于组件电压叠加，一串组件电路往往具有600V~1000V左右的高电压。当直流电路中出现线缆连接老化、连接器故障、型号不匹配、虚接或当极性相反的两个导体靠得很近，而两根电线之间的绝缘失效时，在高电压的作用下，就很有可能产生直流电弧，产生明火，造成火灾。

光伏系统中直流电弧与交流电弧对比图

4、如何应对光伏系统中的直流电弧

据统计，在光伏电站的火灾中，80%以上的电站着火是因为直流侧的故障引起的，由直流高压引起的电弧火花是光伏火灾的“元凶”。因此“消灭”光伏电站中存在的直流高压、解决直流拉弧问题是保障光伏系统安全运行的必然要求。

目前针对光伏电站中的直流高压问题，有效的解决方案主要是采用MLPE组件级电力电子技术，包括微型逆变器产品与组件级关断器产品等。MLPE组件级电力电子技术的应用可使组件之间不再有电压叠加，直流电压小于 60V，彻底解决了由高压直流拉弧引起火灾的风险;同时也解决了当房屋起火时，因光伏电站直流高压而阻碍施救的问题。