UL1741标准介绍.ppt

UL1741 标准介绍,应用于分布式电源的逆变器、变流器、控制器标准,概述,UL1741的总体结构和相关标准介绍 美国安装要求 UL1741对逆变器结构的要求,结构要求主要内容,外壳要求 可触及性和电冲击 现场接线 接地和内部接线 电路分离和电气间隙 绝缘材料，电容器、可触及的信号电路、控制电路、过电流保护 直流接地保护、线路板、外部变压器、并网 无变压器/非隔离变流器,一、UL1741简介和产品范围,覆盖产品类别 分布式电源（distributed generation，DG）：建在用户附近，所生产电力除自用外，多余电力送入当地配电网的发电系统。 主要形式：PV、燃料电池、微型燃气轮机、风力发电机、发电机驱动型发电机、水力发电、潮汐发电等 UL1741适用于以下产品： 离网、并网逆变器 发电机驱动型发电机系统控制器 充电控制器 其他控制系统 本次培训主要针对PV和风电系统中的离网和并网逆变器，其他类型产品的要求于此有轻微差别,UL1741的引用标准 IEEE 1547分布式电源与电力系统连接标准该标准包含了在美国进行并网连接的基本要求 IEEE 1547.1连接分布式电源与电力系统设备的符合性测试要求该标准介绍了并网测试的测试过程，与IEEE1547一同使用。 IEEE C37.90.1与电力装置相关的继电器和中继系统的抗浪涌性能试验 该标准包含了IEEE1547中电涌试验的试验过程 IEEE C37.90.2中继系统对无线电收发机辐射电磁干扰的抵抗能力标准 该标准包含了IEEE1547中耐射频干扰试验的试验过程 IEEE C62.41.2-2002低压交流电路的浪涌特性推荐规范 该标准包含了IEEE1547中向电源施加线性冲击的试验过程,电磁兼容,并网,安全测试范围 UL1741安全覆盖以下几个方面 电击危险 着火危险 机械危险 并网特性和电网连接 其中DG与电网连接的相关测试是重要的安全项目 这个标准不象其他UL标准仅关注电击和火灾，逆变器在电网异常条件下的响应是安全测试中关键的,美国的安装要求NEC UL1741参考使用了NEC（美国国家电工法）关于设备结构的某些特性要求 UL认证的逆变器必须满足NEC要求，因为这些逆变器将来要安装在美国 UL认证标识说明该产品已经符合NEC要求，因此美国AHJ（检查员）就简化了安装过程的检查和疑问 AHJ建立美国的安装标准，确定在特定地区所选用的NEC版本号和其他特殊要求 不同的州可能选用不同的NEC版本，用户一定要事先了解，并进行适当调整,二、外壳要求,外壳要求section 5 逆变器的外壳可以是金属的也可以是聚合物的，但必须满足section 5中对外壳的要求 不要求强制采用UL50中所列的外壳，没有列入其中的可以直接根据UL1741进行评估 根据UL1741 表5.2和5.3，金属外壳必须达到最小厚度要求 UL1741中的压力试验可以作为是否满足最小厚度要求的替代方法,非金属外壳section 5.5 已经列入UL50的，可以不再根据UL746C 进行评估。没有列入的必须满足UL746C对于塑料防火外壳的要求，也可以直接根据UL1741进行评估。 特殊情况：外壳主体采用金属，显示器部分为聚合物。 UL认为显示器属于信息技术设备(UL60950)，大多数情况下，显示器不要求有5VA的燃烧等级 用于导线管连接的非金属外壳应满足UL50关于金属导线管可靠连接的测试要求,导线系统连接的开孔section 5.7 对于现场安装的产品，必须提供符合NEC要求的永久性接线系统 在美国，最常见的永久性接线系统是接线管（金属管包裹导线） 散热孔section 5.8 由于冷却需要，逆变器可能设计有散热孔。散热孔应满足UL1741 section 5.8的要求，防止异常情况下火焰、金属熔融物溢出和其他着火危险的发生 外壳底部的散热孔相当于一个完全的非燃烧底面，可以通过下列措施实现：隔离板、缓冲盘或不锈钢金属网等 侧面开孔必须防止外来物的进入。开孔大小在任何方向上都不允许超过305mm,外壳环境等级section 5.9 对于室外使用的逆变器，必须对制造商期望设备使用的环境条件进行评估。UL1741 section 5.9列出了不同的NEMA环境等级 大多数情况下，室外逆变器的典型安装环境应达到NEMA 3或3R（相当与IP65)。如果产品通过了UL1741的淋雨试验和喷水试验，外壳结构满足section 5，则认为产品达到了3或3R等级 防腐蚀section 6 室外使用的逆变器，如果采用金属外壳，则要满足section 6的防腐要求 铁和钢材料部件可以通过搪瓷、镀锌、电镀方式进行防腐保护 如果采用涂层保护，该涂层应为UL CCN的R/C涂层 如果是抗腐蚀材料，如不锈钢、铝等，则对不要求防腐保护,三、可触及性和电击,对使用者的防护section 9 本部分只适用于使用者可能触及的部分 如果只有维护人员才能触及，则应标明：“注意”和以下提示文字：“电击危险，不许打开盖子，内部无为使用者提供的部件” 外壳开孔的尺寸大小和距离内部带电部件的距离要满足条款9.2 A和B的要求 如果开孔的短边尺寸25.4mm，则利用UL1741图9.1所示的试验指不应触及到任何带电部件，向试验指施加 4.4N的力 如果开孔的短边尺寸25.4mm，则外壳至任何带电部件的距离不应小于UL1741 表9.1所示的数值,对维修人员的保护section 10 应对维修人员进行未绝缘带电部件防护，避免电击和/或工作时周边部件可能导致的物理伤害 特别注意通讯端口和其他诊断通讯设备所在部位的潜在触电危险 应采取适当措施摆放带电部件和掩盖机械危险，避免维修人员的电击和物理损伤。 电击section 11 UL1741表11.1列出了存在电击危险的各个电压等级允许的最大电压限值（室外的限值仅为室内限值的1/2）,储存的能量section 11.2 使用者或维护人员可触及的电容器应当不存在电击危险或能量危险。电容器应当具备释放能量的方式，如使用分泄电阻等 电容器内存储的能量为：J=0.5*C*V2 放电5s后如果存储的能量20J则表明存在大电流引发的能量危险 如果放电5s后存储的能量超过20J，但放电5min后的能量在20J以下也是允许的。要求提供让使用者和维修人员在进入逆变器外壳前等待5min的相关警示 电击危险是独立于能量危险的，如果放电5s后电容器末端电压超过了UL1741表11.1的电压限值，则认为存在电击危险 如果电容器在放电5s后超过限值，但放电5min后电压在要求的限值以下也是允许的。要求提供让使用者和维修人员在进入逆变器外壳前等待5min的相关警示,开关和控制section 12 交直流开关应为UL R/C，额定电流和电压不应小于其所控制的电流和电压 用于将负载直接连接到旁路系统的旁路开关应符合UL 1008切换开关标准要求 机电开关或机械开关应符合UL20和UL508标准要求 开关不能用于断开地线，除非火线能够同时或在地线断开之前断开,断接装置section 13 逆变器的输入端、输出端都要求有断接装置。应根据电压类型和最大持续电流确定输入断接的额定电压和电流值 断接装置是为维护人员准备的断开逆变器的输入和输出的装置，是在紧急情况下手动操作的安全装置 一个断接装置应该能够断开所有的非接地导体，包括手动操作的开关和断路器 根据逆变器预断开部分的最大连续输出电流确定AC断接器的额定值 DC电压高达1000Vdc的光伏断接器按照UL98B要求进行评估 逆变器制造商可以声明断接装置由安装人员在安装时提供。在这种情况下，安装手册必须明确断路器在最终安装时提供,四、现场接线,AC输出连接section 14 离网逆变器应根据UL1741 section 16和NEC要求，提供插座、永久接线系统或两者都提供 并网逆变器必须根据UL1741 section 16和NEC要求现场永久连接。除非外壳内部或维修人员需要，不允许使用插座 插座section 15 设计时选用的插座应是UL R/C，且是接地型的，并满足UL1741 在逆变器AC输出端提供的插座应符合下列要求 白色或银色端子应该接地 插座的接地端应满足UL1741 section 20中的接地要求,导线要求section 16.1 UL1741参照了NEC关于接线端子或导线的尺寸设计要求。现场连接导线应提供的容量应不小于额定工作状态下交流有效值或直流电流值的125% 在确定导线型号时，必须考虑NEC 690.8 项目A和 B提到的影响因子 PV系统的最大连续输入电流Isc*125%*125%/逆变器的最高环境温度影响,导线标准安全因子（有电流时，温度升高、电阻增加，额定值80%）,辐照强度安全因子,接线端子section 16.2 接线端子应满足16.1.3的尺寸要求，并方便导线材料在现场与之连接 导线端子应用可靠的方式加固 导线紧固螺钉仅适用于10AWG及以下的导线尺寸。如果现场安装导线尺寸要求大于10AWG，应该使用UL R/C接线排连接至逆变器 布线section 16.4 逆变器的布线应在不影响现场接线的情况下便于对导线连接器的观察 布线或管道不应包含可能损坏导体绝缘性的锐利部分或任何可移动部分 布线体积至少满足UL1741 表16.2要求的最小尺寸,导线弯曲空间section 17 UL1741提出在现场接线端子和外壳之间最小的体积/空间要求 这一要求是为了确保安装人员有足够的空间在接线盒内部进行现场接线。也假设安装人员希望能够预留部分导线一避免导线受力 当考虑导线弯曲空间时，根据表17.1和所有的注释来确定逆变器的尺寸，并确定如何正确使用section 17中的表格,五、接地和内部连线,设备接地section 18 每个接线系统都应该提供设备接地 入网设备应具备接地电极端子。这一端子是为了向DC 或AC主电路提供可靠连接 结合以下原则，根据表18.1确定设备接地端子、导线或接地电极端子的尺寸： 对于光伏源或输出电路，考虑逆变器额定最大输入短路电流的1.25倍 除PV以外的AC或DC电路，要考虑该分支电路的过电流保护装置 注意表18.1的注释A：设备接地导体/端子或接地电极导体/端子的最大电流等级要综合考虑过DC输入和AC输出的电流保护装置，根据最大的确定 如果有DC过电流保护装置，那么也要考虑该OCP的值,交流输出电路的接地导体section 19 并网逆变器外壳不应与交流输出导体之间直接/固体连接 中线不应与逆变器内部的保护接地直接相连 接地的内部连接section 20 所有裸露的金属部件应与设备接地保持可靠的导电连接 连接导线的尺寸应符合表18.1 第2栏的要求 所有连接都要满足接地总电阻0.1 如果采用螺丝钉连接，则要用两个及以上数量的螺丝钉或一个螺丝钉用两个螺母加固,接线保护section 21 使用者从外壳外面应不会触及内部的导线 外壳内部的导线应进行适当保护，防止尖锐边缘、移动部件、粗糙表面可能对绝缘的损害。 铰接或其他方式应机械牢固以保证可靠的电气接触 铰接部分应具备与铰接导线相同级别的绝缘。也可以用金属部件和铰接部分的距离来考核是否合格,六、电路隔离和电气间隙,电路隔离section 23 逆变器外壳内部绝缘导体和不同电路的非绝缘导电部件之间应用隔板或其他方式进行隔离 如果两个导体之间的绝缘均按两个电路的最高电压考虑，则不同电路的绝缘导体可以不再隔离 采用了双层绝缘，并且每层绝缘均按两个电路的最高电压考虑的绝缘导体和非绝缘带电部件之间可以不再隔离 不同电路之间的隔板或者是接地导体或者是0.71mm最小厚度的非金属或采用满足V-2燃烧等级的UL R/C厚度要求的塑料，取较大者,电气距离section 24、25 UL1741 表24.1列出了逆变器不同电压等级的电气距离要求 表24.1 的最高电压为600V，对于高于600V的系统要采用UL508C的表36.2 电气距离有两者：电气间隙和爬电距离 UL840给出了电气距离是否满足要求的替代方法 除非下列情况，可以用来Ul840适当降低距离要求 非绝缘带电部件和金属外壳之间 现场接线端子之间 LVLE (low voltage limited energy)电路无需考核电气距离 UL1741要求逆变器按过电压等级4评估电气间隙，按污染等级3评估爬电距离 通过设计和结构，如涂层方法可以降低等级要求,七、绝缘材料，电容器、可触及的信号电路、控制电路、过电流保护,绝缘材料-section 26 安装带电部件的聚合物材料应具备V-2 V-1 V-0的燃烧等级，如果采用V-2材料，则外壳不应设置通风孔。 与带电部件接触绝缘的聚合物材料应符合UL746C要求（HAI/HWI/CTI/RTI） 作为隔板的聚合物材料至少为V-2等级，同时，隔板也应满足UL746C中的RTI等级和可燃性等级要求,电容器section 27 用于功率因数修正或减弱EMI的大型油封电容器应符合UL810。UL不对PV逆变器中的电解质电容进行评估，但在进行故障试验时要作为整体的一部分进行试验 逆变器中在AC输出的线线之间或线与地之间通常使用滤波电容。这种滤波电容器要符合UL1414标准要求。UL1414只应用与AC场合，而且电压等级只限于300Vac 在逆变器的输入端也常用到小型滤波电容器，该电容器经常暴露于高达600Vdc的电压等级中 UL1741要求DC端电容器进行最终产品的直流电介质试验来考核该电容器在DC条件下的最终使用情况,隔离的可触及信号电路和控制电路section 28 隔离的可触及信号电路是指使用者或维修人员能够从外部触及的电路 这种电路要满足UL1741 sec 11关于防电击电压等级的要求 这种电路还要与高功率/高电压电路可靠隔离 在最终产品中要对将可触及信号电路隔离的变压器和电阻规范网络进行LVLE等级评估 如果规范网络是通过限制电压或电流来保持隔离可触及信号电路LVLE等级的，则应通过UL991进行硬件可靠性评估。如果不是通过变压器和电路限制电流时，熔断器或电路保护装置应根据UL1741表29.1进行电流限制 当隔离可触及信号电路通过过流保护装置限制电流来满足LVLE要求时，电流不应超过UL1741的表28.1,过流保护section 30 过流保护装置应是方便更换或重置的，应位于外壳外部或悬挂的盖子后面 断路器应能断开电路中所有的未接地导体 中线或其他任何接地导体不应安装过流保护装置，除非该保护装置能够同时断开电源电路中的接地和不接地导体 控制电路应有过流保护措施，除非它是LVLE电路,八、DC GFDI、线路板、外部变压器、并网,DC GFDI-section 31 直流接地保护器（GFDI）是一种检查接地故障并防止接地故障的装置。UL1741要求逆变器安装DC GFDI DC GFDI应具有以下功能 检查PV组串中存在的接地错误 提示接地错误已经发生了 阻断接地错误电流的流通 隔离差错部分或组织逆变器向电网供电 DC GFDI可以是逆变器自身设计的一部分，也可以在安装时再提供。如果现场安装时提供，则在安装手册中应该提及,印刷线路板section 32 印刷线路板PWB应符合UL796要求 PWB应达到V-0 V-1燃烧等级，V-2等级材料也可以，但该材料的外壳不应有通风孔 PWB不能采用UL R/C PWB，除非其只用于LVLE电路,外部变压器section 33 电网和光伏方阵的隔离 逆变器要求在电网和光伏方阵之间进行有效隔离 公共连接点PCC处的变压器要实现PV方阵和AC电网之间的电流隔离，保证两者之间没有直接电气连接。 变压器可以在逆变器内部或外部，但在UL1741和IEEE1547测试时必须安装在指定位置。 制造商声称的外部隔离变压器应符合UL1561或UL1562标准 如果逆变器直接与重要变压器连接，则安全评估可以在逆变器末端进行而不需要变压器安装就位 直接连接指的是在逆变器末端和中压变压器中间不连接任何区域负载 安装手册必须要求根据最坏情况下的最大阻抗使用UL认证的变压器现场安装，或根据最坏情况下的最大阻抗选择代表性的低压变压器,并网连接section 40 逆变