2026年电新行业AIDC系列（七）：固态断路器迎来产业拐点

什么是固态断路器？

断路器的类别（交流、直流、直流中的固态技术）

交流断路器主要依赖机械触点分断电路，其工作原理是在检测到故障后，等待交流电流自然过零，在电流为零的瞬间实现开断，从而完成灭弧。直流系统中电流不存在自然过零点，尤其在高电压、大电流条件下，若直接依靠机械触点分断将面临严重的灭弧困难，因此需要通过额外电路或电力电子手段实现无弧或强制开断。二者的核心差异在于灭弧能力。在此背景下，直流断路器逐步演化出机械式、混合式及固态断路器三种技术路径。

固态断路器优点

利用断路器进行直流故障电流可靠分断的关键挑战： 1. 直流电流不存在自然过零点，电弧难以熄灭。 2. 直流故障电流上升速度极快，分断时间要求严苛。 3. 直流故障电流切断过程将产生百兆焦级电磁能量，能量吸收 与冲击防护难度大。

固态断路器相比传统机械断路器： 1. 分断速度极快：采用电力电子器件实现通断，故障电流分断 典型值微秒级别，快于传统机械断路器毫秒级响应，可精准 控制开关时间。 2. 无电弧、无触点磨损：分断过程无物理触点分离彻底杜绝电 弧产生，避免电弧烧蚀、触点老化等问题。 3. 优秀的直流系统适配能力：无需配置触头、机构与灭弧室减 少故障率。天然适用于 DC 母线、直流微电网、HVDC、 800V DC 系统等等场景。 4. 电气寿命长、可靠性高：通断次数通常可达百万次及以上， 不受机械结构疲劳限制，适合频繁通断、连续运行的工业和 交通场景。

固态断路器种类及材料

固态断路器（SSCB）基于 IGBT、MOSFET、SiC MOSFET 、晶闸管等功率半导体器件实现电流关断的设备，其将断路器从传统机电结构升级为电力电子设备，更好地满足直流系统对高速、频繁操作及紧凑化的要求。目前主要应用的有全控型与半控型固态断路器，全控型SSCB主要使用全控型器件，例如 IGBT、SiC MOSFET等，速度较快；半控型SSCB主要使用晶闸管（SCR），速度较慢。SSCB适用于空间紧凑、对重量和体积敏感、要求毫秒甚至微秒级保护、频繁操作的应用场景。

随着电力半导体行业的最新进展以及碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）等宽带隙器件的发展，电力开关的串联电阻显著降低，能够处理大量电流，同时保持良好的热稳定性。

AIDC为什么需要固态断路器？

数据中心直流供电方向明确

数据中心直流供电架构的演进背景：

传统基于UPS设备的交流供电系统改善了电力品质、做到了负载供电不中 断，但是因为供电链路长，节点设备多，所以占地面积较大、建设周期较 长、供电效率不高。

预制化电力模块设备将低压供电系统中的配电、UPS、馈线柜等设备集成为 一体，有的还包括上游的中置柜和变压器，整体实现在工厂预制、体化运 输、一体化安装。占地面积可以节省30%、建设周期节省50%，总体系统投 资节省10%。然而，随着用电负荷密度的进一步提升，预制式电力模块设备 受限于传统的供电架构和电压等级，整套系统的供电效率和供电密度很难有 更大提升，在占地面积、系统能效、新能源消纳等方面还存在一定的技术局 限。

直流供电架构的核心优势在于减少中间能量变换环节，避免反复 AC/DC、 DC/AC 转换；便于电池等储能系统直接接入，提高供电连续性；更适合模 块化、标准化和大规模复制。数据中心供电体系从“多级交流变换”向“直 流集中供电”方向演进，以提高供电电压、缩短供电链路，提升系统整体效 率与可靠性。

以 DC800V 为核心的直流供电总体形态：白皮书提出以 DC800V 或 ±400V 直流母线为核心的数据中心供电形态。该架构下，电能在上游完成 交流到直流的集中变换后，通过直流母线向下游机柜和负载分配，再在靠近 负载侧进行 DC/DC 变换，从而减少中间环节的能量损耗。“直流母线 + 模 块化分配”的方式更有利于提升系统功率密度，并为数据中心规模化、模块 化建设提供基础条件。

直流供电架构升级趋势

AC10kV–DC800V 供电方案与未来演进方向：  技术路线 1 HVDC 2.0（传统 HVDC 升级）：在传统低压 HVDC 架构基础上，将输出电压由 DC240V/DC336V 提升至 DC800V，通 过工频变压器、整流及 DC/DC 隔离调压实现，技术成熟、改造成本 低，但转换级数多、体积和效率提升空间有限。 技术路线 2 10kV 交流输入 DC UPS（DC UPS 2.0）：通过移相变 压器在中压侧完成隔离与谐波抑制，再经整流和 DC/DC 调压输出 DC800V，相比 HVDC 2.0 转换环节更少、效率更高，但仍依赖铜 铁变压器，体积和成本受限。  技术路线 3 SST（固态变压器）：方案采用SST将AC10kV转换为直 流输出，再由DC/DC电路做隔离并调压至 DC800V 输出。此路线转 换级数最少、功率密度最高，是数据中心 800V 直流供电的长期演 进方向，但对器件成本与可靠性要求较高。

固态断路器是AIDC800vdc生态的关键一环

NV白皮书中提及固态断路器，800vdc生态配套。NVIDIA 在白皮书中给出了 800V DC 数据中心的参考电力架构设计，相较传统低压交流配电体系，该架构通过提升配电电压等级并在直流侧进行集中分配，显著增强了系统对高功率密度负载的承载能力。其提出通过1500A直流母线槽或液冷电缆进行功率分配，并在每个下游计算模块入口配置负荷开关接触器、固态断路器及阻塞二极管，用于实现安全隔离、快速故障保护及故障电流的局部化控制，体现了 AI 数据中心在高功率密度背景下向模块化、集成化和直流化供电体系演进的设计思路。

报告节选：