AIDC（七）：固态断路器迎来产业拐点

研究团队：国联民生电新邓永康/许浚哲/李佳报告日期：2026年1月19日 核心要点 Ø什么是固态断路器？ •固态断路器（SSCB）基于IGBT、MOSFET、SiCMOSFET、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。传统机械式断路器面临的挑战有：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产生能量大，吸收与冲击防护难度大。固态断路器的优势有：1、分断速度极快；2、无电弧、无触点磨损；3、优秀的直流系统适配能力；4、电气寿命长、可靠性高。 ØAIDC为什么需要固态断路器？ •数据中心直流供电方向明确，而固态断路器是AIDC 800vdc生态的关键一环。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。 Ø相关标的：【良信股份】【正泰电器】【泰永长征】 Ø风险提示：下游资本开支不及预期，行业竞争加剧风险，技术替代风险 什么是固态断路器？ AIDC为什么需要固态断路器？ 相关标的 风险提示 什么是固态断路器？ 1.1断路器的类别（交流、直流、直流中的固态技术） Ø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。 1.2固态断路器优点 Ø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。 Ø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。 1.3固态断路器种类及材料 Ø固态断路器（SSCB）基于IGBT、MOSFET、SiCMOSFET、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、SiCMOSFET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 Ø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。 02 AIDC为什么需要固态断路器？ 2.1数据中心直流供电方向明确 Ø数据中心直流供电架构的演进背景： Ø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。 Ø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。 Ø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。 Ø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。 2.2直流供电架构升级趋势 ØAC10kV–DC800V供电方案与未来演进方向：Ø技术路线1HVDC 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。Ø技术路线210kV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。Ø技术路线3SST（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。 2.3固态断路器是AIDC 800vdc生态的关键一环 ØNV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。 固态断路器：供电往高电压、更大容量、更集成智 能的方向演进。固态断路器确保安全隔离、故障保护和故障电流的控制。 相关标的 3.1外资：ABB ØABB是全球领先的电气化、自动化与数字化解决方案提供商，业务覆盖电力设备、工业自动化、运动控制与电气产品等领域。公司在低压（产品包括SACE Emax 3、TmaxXT等）、中压及直流配电与保护领域拥有深厚技术积累，是全球断路器与开关设备市场的一线厂商，其产品广泛应用于电网、工业、轨道交通、新能源、船舶及数据中心等高可靠性场景。 ØSACEInfinitus固态断路器：ABB在2022年推出的SACEInfinitus，通过高度集成实现简化设计，提升安装与安全性、降低成本，并成为全球首个符合IEC60947-2且获得DNV且CCS认证中的固态断路器方案。SACEInfinitus可承受最高2500 A、最高1250 V DC。故障断开时间可达<25微秒，比传统机械断路器快约1000×。其采用了优化的半导体开关技术，可减少高达70%的功率损耗，显著降低运行成本；几乎无能量释放与电弧风险，提高人员与设备安全性；集合了断路器、开关、隔离器、电能表、网络分析仪及智能连接模块等功能，可安装于标准600mm配电柜并与ABB的Ekip/ EPIC软件无缝集成。 ØABB新型固态断路器从满足海事船舶直流电网的高可靠性需求，到支撑智能交通、电动汽车超充站的稳定运行，再到赋能智能建筑、光伏与储能系统的高效集成，都展现出卓越性能，尤其能减少70%的功率损耗，大幅降低全生命周期成本。 3.2外资：伊顿 Ø伊顿（Eaton）成立逾百年，是全球领先的电力管理与电气保护设备供应商之一，业务覆盖低压与中压断路器（如MCCB、AFCI、ICCB）、UPS与动力系统以及自动化与配电解决方案等多个领域。 Ø电力保护产品线：伊顿低压和中压电路保护解决方案在工业、商业和能源等应用中广泛使用，并适用于直流配电需求。官网产品线中包括支持直流电压等级（如600 Vdc – 1000 Vdc）的模制断路器（MCCB），显示其在直流保护市场已有基础设施级产品定位。这些产品为未来导入固态断路器技术（如Polaris或后续产品系列）提供了配套的市场和技术基础。 ØPolaris固态断路器：伊顿在2025深圳高交会现场发布Polaris固态断路器。其开关特性主要基于半导体器件，实现故障切断速度较传统断路器快100-1000倍；分断寿命高达30,000次，解决电弧与接触器粘连问题；内置微控制器与传感装置，实现在线监测与远程智能控制。产品用于数据中心、新能源等行业直流供电架构。 3.3良信股份 Ø公司定位与产品体系：良信股份是国内领先的中高端低压电器厂商，主营断路器、配电与控制电器及智能配电产品，应用覆盖新能源、数据中心、储能、工业及基础设施等领域。公司已形成完整的中低压配电与控制产品体系，包括框架断路器、塑壳断路器、微型断路器、智能断路器、中压真空断路器、直流接触器等。在研发方面，良信长期保持高强度投入，2025年前三季度研发费用占营业收入约6.93%，累计申请专利超过3000项。未来将智能配电作为核心发展方向，实现从元器件供应商向整体智能解决方案提供商的转型。 Ø面向智算数据中心的新产品布局：良信AIDC800V架构固态产品方案荣获“2025年度中国IDC产业创新技术产品奖项”。该产品汇集了先进低压电器技术和电力监测、智能通信、电力电子技术，集成高精度计量、多重保护、智能运维、在线监测等智能化功能。产品实现百万级电气寿命、us级无弧分断、100KA短路分断性能、0.5s级高精度计量和99.9%的运行效率，系统电压等级DC750V至DC1000V、电流等级250A及以下，覆盖智算DC800V直流系统200KW及以下场景应用。 Ø研发进展：公司搭建西安研究院，重点强化电力电子系统与软件研发能力。与上海交通大学、西安交通大学等多所高校开展深度科研合作，联合高校及科研平台，持续推进直流断路器、固态断路器等关键产品的技术攻关。公司目前有多个固态断路器项目正在开发，包括塑壳、微断等，主要应用于数据中心、新能源、智能电网等场景，以满足客户智能化、速度快、精度高的用电需求。图12：良信800VDC配电侧固态断路器 3.4正泰电器 Ø公司定位与产品体系：正泰电器是国内低压电器行业龙头企业之一，主营配电电器、终端电器、控制电器、电源电器及智能化控制系统，同时布局光伏、储能、逆变器及新能源电站开发等业务，形成“智慧电器+绿色能源”双主业结构。在《2025年中国电器行业系列白皮书》发布会，正泰连续五年蝉联六星企业，并以市占率15.5%，内资第一的优势领跑，多生产万能式断路器。 Ø正泰电气在断路器产品方面具有传统低压断路器及配电产品完整体系，包括微型、塑壳、空气、中