دليل عملي لقواطع دوائر التيار المستمر لأنظمة الطاقة الشمسية والبطاريات والمركبات الكهربائية

هذا الدليل مُوجّه للمهندسين المحترفين، ومصممي الأنظمة، والفنيين المُتقدّمين الذين يعملون مع أنظمة طاقة التيار المستمر الحديثة. يُجيب على أسئلة جوهرية حول كيفية اختيار قاطع دائرة التيار المستمر المناسب، وتركيبه، وصيانته لحماية الأصول عالية القيمة، مثل ألواح الطاقة الشمسية، وأنظمة تخزين طاقة البطاريات (BESS)، ومحطات شحن المركبات الكهربائية (EV).

لماذا لا يمكنني استخدام قاطع التيار المتردد لدائرة التيار المستمر؟

من الأخطاء الشائعة والخطيرة استخدام قاطع دائرة تيار متردد قياسي في تطبيقات التيار المستمر لتوفير التكاليف. لا ينبغي فعل ذلك أبدًا. يكمن الاختلاف الجوهري في كيفية تعاملهما مع القوس الكهربائي - وهو ارتفاع خطير في الطاقة يتشكل عند انقطاع الدائرة.

تعتمد قواطع التيار المتردد على تقاطع الصفر: يعكس التيار المتردد اتجاهه تلقائيًا، ليصل إلى صفر فولت 120 مرة في الثانية. صُمم قاطع التيار المتردد لفتح نقاط تلامسه وانتظار لحظة "الإيقاف" الطبيعية هذه لإطفاء القوس الكهربائي بأمان.

يجب على قواطع التيار المستمر مقاومة القوس الكهربائي: يتدفق التيار المستمر (DC) باستمرار دون نقطة عبور صفرية. لا يمكن لقاطع التيار المستمر انتظار انقطاع التيار الكهربائي؛ بل يجب عليه إيقاف القوس الكهربائي بفعالية وقوة. يتطلب هذا تصميمًا أكثر متانة وتعقيدًا، وغالبًا ما يتضمن مكونات متخصصة مثل ملفات التفريغ المغناطيسية وأنابيب القوس الكهربائي.

قد يؤدي استخدام قاطع تيار متردد في نظام تيار مستمر إلى ذوبان القاطع، وعدم قدرته على إيقاف العطل، والتسبب في حريق كارثي. صُممت قواطع التيار المستمر خصيصًا لهذا التحدي، وهي شرط أمان أساسي.

كيفية اختيار النوع المناسب من قاطع الدائرة الكهربائية للتيار المستمر

اختيار الصحيح قاطع التيار المستمر يتضمن فهم بنيته المادية، وكيفية اكتشاف الأخطاء، وخصائص أدائه.

التصنيف حسب الحجم البدني والقوة

• قواطع الدائرة المصغرة (DC MCB):الأفضل لحماية الدوائر الفردية ذات الطاقة المنخفضة.
• حالات الاستخدام:حماية سلسلة واحدة من الألواح الشمسية، أو دوائر الإضاءة ذات التيار المستمر، أو لوحات التحكم في الاتصالات السلكية واللاسلكية.
• التقييمات:عادةً ما يصل إلى 125 أمبير.

• قواطع دوائر كهربائية ذات غلاف مصبوب (DC MCCB):أكبر حجمًا وأكثر قوة، ويُستخدم لحماية الدوائر الرئيسية أو مغذيات المعدات.
• حالات الاستخدام:الحماية الرئيسية لمجموعة كبيرة من الألواح الشمسية السكنية، أو نظام تخزين البطاريات التجارية، أو الآلات الصناعية.
• التقييمات:15 أمبير إلى 2500 أمبير، غالبًا مع إعدادات رحلة قابلة للتعديل لتحسين تنسيق النظام.

• Low-Voltage Power/Air Circuit Breakers (ACB):أكبر فئة من القواطع، مصممة لمعدات التبديل الرئيسية في المنشآت الكبرى.
• حالات الاستخدام:الحماية الواردة الرئيسية لمزرعة الطاقة الشمسية على نطاق المرافق، أو مركز بيانات كبير، أو منشأة صناعية بأكملها.
• التقييمات:800 أمبير إلى أكثر من 6300 أمبير، مع وحدات رحلة إلكترونية متقدمة وميزات اتصال.

ما هو منحنى الرحلة وأي واحد أحتاجه؟

A منحنى الرحلة defines how sensitive a breaker is to overcurrents. Choosing the right one prevents nuisance tripping while ensuring protection. The most common types defined by the IEC are:

حسابات الحجم الحرجة للتطبيقات في العالم الحقيقي

كيفية تحديد حجم قاطع الدائرة لنظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية

يخضع تحديد حجم حماية الألواح الشمسية من التيار الزائد للكود الوطني للكهرباء (NEC). والأساس هو "قاعدة 1.56"، التي تُراعي التشغيل المستمر والارتفاعات المحتملة في الطاقة.

Here’s how to calculate the قاطع الدائرة size for a PV source circuit:

1. ابحث عن تيار الدائرة القصيرة (Isc) الخاص باللوحة من ورقة البيانات الخاصة بها.
2. اضرب Isc في 1.56. يجمع هذا العامل بين متطلبين من متطلبات NEC: مضاعف 1.25 للخدمة المستمرة، ومضاعف 1.25 آخر لتأثير "حافة السحابة"، وهو ارتفاع متوقع في التيار.
3. الحساب: تصنيف اضطراب الشخصية الوسواسية القهري المطلوب = Isc × 1.25 × 1.25 = Isc × 1.56
4. قرّب إلى الحجم القياسي التالي للقاطع. على سبيل المثال، إذا كانت قيمتك ١٤.٢٣ أمبير، فعليك اختيار قاطع بقدرة ١٥ أمبير.
5. التحقق من الجهد: احسب أقصى جهد للنظام بضرب جهد الدائرة المفتوحة (Voc) للوحة في عدد الألواح في السلسلة، ثم تطبيق معامل تصحيح درجة الحرارة من جدول NEC 690.7. يجب أن يكون تصنيف جهد القاطع أعلى من هذه القيمة المحسوبة.

لماذا أحتاج إلى قاطع غير مستقطب لنظام البطارية؟

أنظمة تخزين طاقة البطاريات (BESS) ثنائية الاتجاه، أي أن التيار يتدفق للخارج أثناء التفريغ وللداخل أثناء الشحن. وهذا يجعل اختيار قاطع الدائرة أمرًا بالغ الأهمية.

قواطع مستقطبة: تستخدم هذه القواطع مغناطيسات دائمة، وتعمل فقط عند تدفق التيار في اتجاه واحد (من الطرف الموجب إلى الطرف السالب). عند استخدامها في نظام BESS، سيتدفق التيار عكسيًا أثناء دورة الشحن، مما يؤدي إلى تعطل آلية إخماد القوس الكهربائي، مما يؤدي إلى تلفها بشكل مؤكد عند حدوث عطل.

Non-Polarized Breakers: These are mandatory for any bidirectional application. They are engineered to extinguish an arc safely regardless of the direction of current flow. For any BESS or battery-based system, you must specify a non-polarized DC breaker.

معايير السلامة في التنقل: UL 489 مقابل UL 1077

في أمريكا الشمالية، هناك تمييز مهم للسلامة والامتثال للكود بين الأجهزة المعتمدة بـ UL 489 والأجهزة المعتمدة بـ UL 1077.

استكشاف أخطاء قواطع التيار المستمر الشائعة وإصلاحها

الاتجاهات المستقبلية والشركات المصنعة الرائدة

يتطور السوق بسرعة إلى ما هو أبعد من القواطع التقليدية لتلبية متطلبات أنظمة التيار المستمر عالية الطاقة.

القواطع الهجينةتجمع هذه الأنظمة بين كفاءة المفاتيح الميكانيكية والانقطاع فائق السرعة لأجهزة الحالة الصلبة دون قوس كهربائي. وقد أصبحت معيارًا لحماية أنظمة البطاريات على نطاق الشبكة والبنية التحتية للتيار المستمر عالي الجهد. وتُعدّ شركات تصنيع مرموقة مثل ABB رائدة في هذا المجال من خلال خط إنتاج Gerapid.

القواطع الذكيةيتيح دمج تقنية إنترنت الأشياء للقواطع الكهربائية توفير بيانات حول استهلاك الطاقة والتنبؤ بالأعطال. تقدم شركات رائدة في هذا المجال، مثل شنايدر إلكتريك (بسلسلتي PowerPact وActi9)، وإيتون (بسلسلتي PVGard وسلسلة G)، وسيمنز (بسلسلة SENTRON)، حلولاً متطورة مزودة بإمكانيات اتصال لإدارة الطاقة الذكية.

ذات صلة

ما هو قاطع الدائرة DC

أكبر 10 شركات مصنعة لموزعات MCB تهيمن على السوق العالمية في عام 2025

ضمان الجودة في تصنيع قاطع الدائرة المصغر: دليل شامل | معايير اللجنة الكهروتقنية الدولية (IEC)