Jak dimenzovat fotovoltaické pojistky a DC odpojovače podle NEC 690

Dimenzování odpojovače FV je ne univerzální Isc × 1,56 výpočet. Obhajitelnou metodou je oddělit čtyři rozhodnutí:

1. Vypočítejte maximální proud obvodu podle místně přijatého vydání NEC.
2. Rozhodněte, zda je vyžadována nadproudová ochrana, a pokud ano, dimenzujte OCPD.
3. Vyberte DC odpojovač pro maximální proud obvodu, maximální napětí, požadovanou spínací funkci a podmínky prostředí.
4. Ověřte úplnou dokumentaci k výrobku a sestavě: certifikaci, označení, SCCR, uspořádání pólů, kryt, svorky vodičů a pokyny výrobce.

Známá hodnota 156% vychází ze dvou kroků 125% v jedné společné cestě dle NEC: nejprve od zkratového proudu modulu k maximálnímu proudu obvodu, poté od maximálního proudu obvodu ke konvenční jmenovité hodnotě OCPD. Druhý faktor není automaticky faktorem jmenovité hodnoty odpojovače.

Hranice návrhu: Vydání NEC a místní dodatky jsou přijímány v různých časových harmonogramech. Použijte vydání vynucované příslušným orgánem (AHJ), pokyny k modulu a střídači, podmínky pro certifikované zařízení a projektovou inženýrskou dokumentaci. Tento článek vysvětluje rozhodovací strukturu; nejedná se o autorizovaný projekt.

Čtyřproudový model dimenzování

Jízdní pruh	Otázka	Hlavní výstup	Nezaměňujte to s
Proud obvodu	Jaký je maximální proud podle NEC pro tento zdroj, výstupní nebo vstupní obvod?	Maximální proud obvodu	Velikost pojistky nebo katalogová hodnota proudu spínače
Vodiče a OCPD	Je vyžadována nadproudová ochrana a jakou jmenovitou hodnotu může kompletní obvod přijmout?	Proudová zatížitelnost vodičů a jmenovitá hodnota/umístění OCPD	Odpojovač vedoucí proud
Odpojovač	Jaký proud, napětí, spínací zátěž, počet pólů, krytí a svorky jsou vyžadovány?	Specifikace odpojovače	Funkce vypnutí pojistky nebo jističe
Schválení a odolnost proti zkratu	Je dané zařízení nebo sestava vhodná pro daný trh a dostupný zkratový proud?	Certifikace, důkaz o SCCR/vypínací schopnosti, označení, dokumentace	Logo norem nebo brožura pro danou řadu

Vstupy potřebné před výpočtem

Nezačínejte katalogem spínačů. Nejprve shromážděte data o obvodu.

Vstup	Proč na tom záleží	Zdroj důkazů
Isc a Voc modulu	Výchozí hodnoty pro výpočty proudu a napětí	Přesný technický list/typový štítek modulu
Maximální série pojistky hodnocení	Horní omezení pro OCPD zdrojového obvodu	Technický list/typový štítek modulu
Počet modulů v sérii na string	Stanovuje napětí naprázdno řetězce	Návrh pole
Paralelní řetězce v dimenzovaném bodě	Stanovuje kombinovaný proud a expozici zpětnému proudu	Jednopólové schéma
Nejnižší očekávaná teplota	Použito pro maximální napětí FV	Základ návrhu místa a metoda NEC
Limity střídače nebo DC-DC měniče	Může ovlivnit povolenou metodu výpočtu, zpětné napájení a kompatibilitu zařízení	Přesné pokyny k produktu
Typ vodiče, jmenovitá teplota a instalace	Potřebné pro proudovou zatížitelnost, korekci a úpravu	Způsob zapojení a údaje o vodičích
Ostatní připojené zdroje	Síť, baterie nebo paralelní zdroje mohou změnit dostupný proud a umístění OCPD	Kompletní architektura systému
Dostupný poruchový proud	Potřebné pro vypínací schopnosti a jmenovité hodnoty zkratového proudu	Inženýrská studie nebo validovaný výpočet
Funkce odpojení	Spínání zátěže, izolace zařízení, servisní izolace nebo jiná definovaná funkce	Popis návrhu a přijatá norma
Okolní prostředí, kryt, nadmořská výška a montáž	Může změnit využitelný proud a vhodnost pro dané prostředí	Podmínky na místě instalace a pokyny k produktu
Cílový trh a AHJ	Určuje přijatou normu a požadovanou certifikaci/doklad	Požadavky projektu

Pokud je otevřenou otázkou kam kam odpojovač patří, spíše než jaké má jmenovité parametry, začněte s průvodcem umístění solárního odpojovače.

Krok 1: Výpočet maximálního proudu fotovoltaického obvodu

Pro konvenční obvod zdroje PV využívající metodu zkratového proudu modulu je známým výchozím bodem:

Maximální proud obvodu zdroje = Isc modulu × 1,25

Pro identické stringy zapojené paralelně:

Maximální kombinovaný výstupní proud = počet paralelních stringů × Isc modulu × 1,25

Koeficient 1,25 zde převádí základní hodnotu Isc modulu na maximální proud obvodu pro tuto běžnou metodu dle NEC. Nejedná se zatím o jmenovitou hodnotu pojistky, proudovou zatížitelnost vodiče ani katalogovou velikost odpojovače.

Článek 690 rovněž obsahuje postupy pro obvody připojené k elektronickým měničům výkonu a pro určité inženýrské výpočty velkokapacitních FV systémů. Způsob nakládání s proudem bifaciálních modulů a limity specifické pro dané zařízení mohou vstupní hodnoty rovněž změnit. Proto používejte metodu povolenou přijatým vydáním NEC a podloženou projektovou dokumentací, namísto vnucování stejné rovnice každému systému.

Konvenční příklad: šest paralelních stringů

Předpokládejme šest identických stringů, z nichž každý používá moduly s:

• Isc = 14.45 A
• maximální jmenovitá hodnota sériové pojistky = 25 A
• v tomto zjednodušeném příkladu není zahrnut žádný dodatečný proudový příspěvek

Kombinovaný maximální proud obvodu je:

6 × 14.45 A × 1.25 = 108.4 A

108.4 A je maximální proud obvodu na kombinovaném výstupu pro tento výpočet. Nejedná se automaticky o požadavek na odpojovač 150 A.

Krok 2: Rozhodnutí, zda je vyžadován OCPD

FV obvod nevyžaduje pojistku pouze proto, že obsahuje modul. FV zdroje jsou proudově omezené a některé obvody mohou vynechat OCPD, pokud jsou splněny příslušné podmínky NEC – například pokud má vodič dostatečnou proudovou zatížitelnost a proud ze všech zdrojů nemůže překročit povolený limit nadproudu zařízení.

Nadproudová ochrana se stává důležitou, když paralelní stringy, baterie, rozvodná síť nebo jiný zdroj mohou do obvodu nebo vodiče vnést destruktivní proud. Umístění OCPD musí řešit směr a zdroj tohoto proudu, nikoli být pouze umístěno tam, kde je to vhodné.

Položte si postupně tyto otázky:

1. Které zdroje mohou napájet vodič během poruchy?
2. Pokrývá proudová zatížitelnost vodiče maximální proud z těchto zdrojů po všech požadovaných opravách a úpravách?
3. Může proud ze všech zdrojů překročit limit modulu, měniče, vodiče nebo zařízení?
4. Povoluje přijaté vydání normy NEC ochranu na jednom konci, vyžaduje ochranu na obou koncích, nebo pro tento obvod nevyžaduje žádný OCPD?
5. Stanovují pokyny pro modul, střídač, slučovač, držák pojistek nebo jiné certifikované zařízení dodatečnou podmínku?

Pro podrobnější rozbor podmínek bez pojistek a zpětného proudu paralelních větví viz kdy norma NEC 690.9 vyžaduje pojistky FV větví.

Krok 3: Dimenzování fotovoltaické pojistky nebo jiného OCPD

Tam, kde je vyžadován OCPD, běžný postup podle NEC stanovuje jeho minimální jmenovitou hodnotu na 125 % maximálního proudu obvodu, pokud se neuplatní povolený postup pro sestavy dimenzované na 100 %.

Konvenční minimum OCPD = maximální proud obvodu × 1,25

Kombinace tohoto postupu s konvenční metodou Isc modulu vede k:

Isc × 1.25 × 1.25 = Isc × 1.5625

Toto je původ zkratky “pravidlo 156%”. Může být užitečné pro konvenční výpočet OCPD zdrojového obvodu, ale pouze po potvrzení, že se na daný případ vztahuje zvolená cesta dle předpisů.

Zvolená pojistka nebo jistič musí splňovat všechna platná omezení – nejen vypočtené minimum:

• na úrovni nebo nad požadovanou minimální hodnotou;
• na úrovni nebo pod maximální hodnotou sériové pojistky modulu, kde se tento limit uplatňuje;
• kompatibilní s proudovou zatížitelností vodiče po korekci a úpravě;
• vhodné pro maximální DC napětí;
• dostatečná vypínací schopnost pro dostupný poruchový proud;
• správnou kategorii použití pro FV, certifikaci, držák a kombinaci sestavy; a
• povolené pokyny k zařízení a standardními pravidly pro jmenovité proudy v ampérech.

Pokud příští standardní velikost OCPD překračuje limit modulu, vodiče, držáku nebo zařízení, “nezaokrouhlujte nahoru v naději, že to vyjde”. Změňte vodič, architekturu, seskupení stringů nebo zařízení tak, aby byly splněny všechny požadavky.

Pro hodnocení produktů v Severní Americe identifikuje UL Solutions cesty podle UL 248-19 a UL 2579 pro FV pojistky. V projektech orientovaných na IEC, IEC 60269-6 provides supplementary requirements for fuse-links protecting PV strings and arrays up to 1,500 V DC. A gPV marking or IEC test report does not by itself satisfy a U.S. listing requirement.

Krok 4: Dimenzování proudu DC odpojovače – samostatně

Pro odpojování zařízení podle NEC Article 690 musí být odpojovací prostředek nebo izolační zařízení hodnoceno pro obvod, který ovládá. Jako základ platí, že příslušná jmenovitá hodnota proudu odpojovače nesmí být nižší než maximální proud obvodu. Poté aplikujte podmínky certifikace konkrétního produktu, omezení pro trvalé použití, korekce okolní teploty, vlivy rozváděčové skříně, limity svorek a pokyny výrobce.

Pro příklad se šesti stringy:

• maximum circuit current = 108.4 A;
• konvenční minimum OCPD, pokud je na daném výstupu vyžadováno = 108.4 A × 1.25 = 135.5 A před zohledněním standardních velikostí a omezení zařízení;
• základ pro vypínací proud = nejméně 108.4 A, následováno kontrolou použití specifického produktu a snížení výkonu (derating).

Výsledkem může být stále 125 A, 150 A, 160 A nebo větší katalogové zařízení v závislosti na tom, jak je konkrétní produkt dimenzován a používán. Jde o to, že 150 A nevyplývá automaticky z aplikace faktoru OCPD na odpojovač.

Nepředpokládejte, že katalogová hodnota jmenovitého proudu znamená u všech produktů totéž. Ověřte, zda se jedná o jmenovitý trvalý proud, jmenovitý proud pro všeobecné použití, jmenovitý proud specifický pro FV, jmenovitý proud podle kategorie užití nebo jmenovitý proud závislý na uvedeném uspořádání pólů. Tento Průvodce jmenovitými hodnotami DC odpínačů vysvětluje tyto rozdíly na typovém štítku.

Krok 5: Výpočet maximálního DC napětí

Samotné dimenzování proudu nemůže kvalifikovat FV odpojovač. Moduly zapojené do série zvyšují napětí a Voc modulu roste s klesající teplotou článků.

Pro string využívající metodu tabulek NEC je koncepční výpočet následující:

Maximální FV napětí = moduly v sérii × Voc modulu × příslušný korekční faktor pro nízké teploty

Jiné povolené metody mohou využívat teplotní koeficienty poskytnuté výrobcem nebo inženýrské výpočty. Použijte metodu povolenou přijatým vydáním NEC a nejnižší očekávanou teplotou v místě instalace.

Select the fuse, holder, breaker, disconnect, combiner, SPD, and inverter input for a DC voltage at least equal to the calculated maximum. Verify any polarity, grounding, and pole-series arrangement limits. Never infer a 1,000 V or 1,500 V capability by adding markings from individual poles unless the exact instructions explicitly permit that arrangement.

Krok 6: Definujte požadovanou spínací funkci

“Odpojovač”, “izolátor” a “vypínač-odpojovač” nejsou v každé normě nebo instalaci zaměnitelné pojmy.

Pokud se očekává, že zařízení bude vypínat při protékajícím proudu, musí být posouzeno a označeno pro požadovanou schopnost vypínání DC zátěže při skutečném napětí, proudu a uspořádání zapojení. Některá odpojovací zařízení jsou povolena pouze tehdy, je-li přerušení zátěže zabráněno blokováním, nebo pokud je zařízení označeno jako nevhodné pro provoz pod zátěží. Rukojeť a symbol vypnutého stavu (OFF) nedokazují schopnost vypínání pod zátěží.

Před výběrem produktu definujte jeho funkci:

• Bude běžně provozován pod zátěží?
• Slouží pouze jako bod pro odpojení zařízení poté, co obvod rozpojí jiné zařízení?
• Vyžaduje návrh viditelné rozpojení nebo uzamykatelnou izolaci?
• Musí sloužit jako odpojovací prvek FV systému, odpojovač zařízení, nebo pouze jako údržbový izolátor?
• Co zůstane pod napětím po provedení operace?

DC odpojovač také automaticky neznamená systém rychlého vypnutí. Umístění a funkce jsou samostatně popsány v průvodce výběrem solárních odpojovačů.

Krok 7: Ověřte SCCR a vypínací schopnosti

Často se zaměňují dvě jmenovité hodnoty:

• Přerušovací schopnost platí pro schopnost nadproudového ochranného prvku (OCPD) bezpečně přerušit poruchový proud.
• Jmenovitý zkratový proud (SCCR) platí pro schopnost zařízení nebo sestavy odolat předpokládanému poruchovému proudu za stanovených podmínek.

Vypínací schopnost pojistky se automaticky nestává hodnotou SCCR slučovací skříně nebo sestavy odpínače. Hodnota SCCR kompletní sestavy závisí na posouzené kombinaci odpínače, pojistky a držáku, svorek, přípojnic, skříně, rozsahu vodičů, roztečí a jakékoli ochrany omezující proud.

FV pole jsou proudově omezená, ale baterie, paralelní slučovače a cesty zpětného napájení ze střídače nebo sítě mohou podstatně změnit dostupný poruchový proud. Dokumentujte každý zdroj. Ověřte, že:

• vypínací schopnost OCPD není nižší než dostupný poruchový proud na jeho svorkách;
• hodnota SCCR odpínače a zařízení je pro danou instalaci dostatečná;
• jakékoli tvrzení o sériovém jmenovitém proudu nebo omezení proudu je výslovně povoleno a zdokumentováno; a
• štítek sestavy odráží schválenou konfiguraci.

Pro více podrobností viz vypínací schopnost fotovoltaické pojistky.

Krok 8: Přiřaďte cestu hodnocení produktu

Normy určují kategorie produktů; neschvalují instalaci pouze na základě názvu.

Komponenta nebo funkce	Severoamerické hodnotící reference identifikované společností UL Solutions	Odkaz orientovaný na IEC	Co ověřit
Fotovoltaická pojistka	UL 248-19 / UL 2579	IEC 60269-6	Napětí, proud, aplikace, vypínací schopnost, kombinace držáků
fotovoltaický odpojovač	UL 98B / UL 508I	IEC 60947-3	Přesný seznam/kategorie, proud, napětí, zatížení, póly, značení, SCCR
FV jistič	UL 489B	Norma jističe specifická pro daný trh	Napětí, proud, vypínací charakteristika, polarita, vypínací schopnost, aplikace
Slučovací box	UL 1741 nebo příslušná vyhodnocená cesta sestavy	Příslušné normy pro sestavy/výrobky	SCCR sestavy, rozváděčová skříň, svorky, ochrana, značení

Stránka certifikace solárních systémů společnosti UL Solutions uvádí tyto produktové cesty. Nejsou zaměnitelné. Například zpráva podle IEC 60947-3 může být relevantním důkazem pro odpínač na trhu IEC, ale nezakládá certifikaci UL 98B nebo UL 508I.

Před specifikací produktu získejte přesné číslo modelu a ověřte jej v příslušné certifikační databázi. Katalogová řada, označení “navrženo pro splnění”, označení CE nebo certifikát pro podobný model nenahrazují požadovanou certifikaci a podmínky přijatelnosti.

Řešený příklad A: Jeden FV string

Předpokládejme jeden string s:

• module Isc = 14.45 A;
• module Voc = 49.5 V;
• 20 modulů v sérii;
• maximální jmenovitá hodnota sériové pojistky = 25 A; a
• ilustrativní napěťový činitel pro nízké teploty 1,14 vybraný z povolené metody projektu.

Aktuální

Maximální proud obvodu:

14.45 A × 1.25 = 18.06 A

Pokud přijaté podmínky NEC ukazují, že žádný zdroj nemůže do stringu vnést nadměrný proud a limity vodičů/zařízení jsou splněny, nadproudová ochrana (OCPD) zdrojového obvodu nemusí být vyžadována.

Pokud je OCPD vyžadována a platí konvenční postup 125 % OCPD:

18.06 A × 1.25 = 22.58 A

Další vhodná standardní velikost může být 25 A, ale pouze proto, že rovněž respektuje limit maximální sériové pojistky 25 A, proudovou zatížitelnost vodičů, napětí, držák a požadavky na certifikaci. Tento příklad neopravňuje k použití 25 A pojistky pro jiný modul.

Základ vypínacího proudu zůstává minimálně 18.06 A, subject to the exact product’s use conditions. It does not become 22.58 A merely because that value was used to size an OCPD.

Napětí

Maximální napětí řetězce pro tuto ilustrativní metodu:

20 × 49.5 V × 1.14 = 1,128.6 V DC

A 1,000 V DC device would not be adequate for that calculated value. The next candidate may be a 1,200 V or 1,500 V product, but the exact permitted voltage, pole arrangement, duty, listing, and equipment compatibility still have to be verified.

Řešený příklad B: Výstup slučovače šesti stringů

Using six parallel strings with the same 14.45 A module Isc:

Maximální proud obvodu

6 × 14.45 A × 1.25 = 108.4 A

Výstupní OCPD, je-li vyžadováno

108.4 A × 1.25 = 135.5 A

Projektant může zkoumat standardní OCPD 150 A, ale až po ověření proudové zatížitelnosti vodičů, limitů slučovače a střídače, pravidel pro standardní velikosti, vypínací schopnosti a podmínek uvedených v certifikaci sestavy. Pokud je jakékoli omezení nižší, musí se architektura změnit.

Odpojovač

The disconnect must be suitable for at least 108.4 A maximum circuit current before product-specific conditions are applied. The designer must then check maximum voltage, load-break function, SCCR, listing, enclosure, terminals, ambient, mounting, and pole arrangement.

Stringové pojistky

Každé rozhodnutí o řadové pojistce vyžaduje také zohlednění příspěvku zpětného proudu z ostatních paralelních řad a maximální jmenovité hodnoty sériové pojistky modulu. Nevybírejte všech šest větvových pojistek pouze na základě hodnoty OCPD kombinovaného výstupu. Větvové a výstupní obvody jsou odlišné zóny ochrany.

Běžné chyby dimenzování

Chyba	Proč dochází k selhání	Správný postup
Vynásobte Isc hodnotou 1,56 a výsledek označte jako velikost odpojovače	Druhý koeficient 1,25 obvykle patří k dimenzování OCPD, nikoli automaticky k proudu odpojovače	Vypočítejte maximální proud obvodu a poté aplikujte přesné podmínky použití odpojovače
Nainstalujte pojistku na každou řadu bez ověření potřeby	Některé obvody s omezeným proudem mohou splňovat podmínky NEC i bez OCPD	Vyhodnoťte proud ze všech zdrojů, proudovou zatížitelnost vodičů a limity zařízení
Vybírejte pouze podle ampérů	Spínač může mít dostatečnou proudovou kapacitu, ale nedostatečné DC napětí, zatěžovatel, SCCR, počet pólů nebo certifikaci	Použijte vícekriteriální specifikaci
Sečtěte napětí pólů z obecného schématu	Schopnost DC napětí může záviset na uspořádání sériových kontaktů specifickém pro daný model	Dodržujte přesné schéma zapojení a označení modelu
Vypínací schopnost pojistky považujte za SCCR slučovače	Jmenovité hodnoty komponent a sestav se liší	Ověřte vyhodnocenou hodnotu SCCR sestavy a konfiguraci
Aplikujte obecný teplotní faktor 80%, 90% nebo 95%	Snížení výkonu produktu závisí na přesném provedení, rozváděčové skříni, okolních podmínkách a zkušebních podmínkách	Použijte křivky specifické pro daný model a pokyny k instalaci
Považujte certifikaci IEC za ekvivalent americké certifikace	Normy a systémy schvalování na trhu mají odlišný rozsah platnosti	Slaďte dokumentaci s projektem a požadavky AHJ
Předpokládejte, že vypnutý stav (OFF) znamená, že každý fotovoltaický vodič je bez napětí	Osvětlené moduly mohou udržovat vodiče na straně pole pod napětím	Identifikujte hranice izolace a dodržujte postupy pro bezpečnou práci

Kontrolní seznam pro revizi návrhu a poptávku (RFQ)

Zašlete dodavatelům a revizním technikům kompletní definici obvodu, nejen “Potřebuji 150 A solární odpojovač.” Zahrňte:

• přijaté vydání NEC, jurisdikci a požadovanou cestu hodnocení produktu;
• jednopólové schéma a přesné umístění/funkci odpojovače;
• značku/model modulu, Isc, Voc, maximální jmenovitou hodnotu sériové pojistky a teplotní koeficienty;
• počet modulů na řetězec a počet paralelních řetězců;
• vypočtený maximální proud obvodu a metoda výpočtu;
• zda je vyžadován OCPD, jeho navrhovaná jmenovitá hodnota/umístění a omezující podmínky;
• vypočtené maximální DC napětí a nejnižší návrhová teplota;
• dostupný poruchový proud a požadovaná vypínací schopnost OCPD/hodnota SCCR sestavy;
• požadavek na vypínání při zátěži nebo pouze na odpojení;
• uspořádání pólů, uzemnění, polarita a požadavek na schéma zapojení od výrobce;
• materiál vodiče, třída, průřez, teplotní třída a požadavky na svorky;
• typ skříně, požadavek na IP/NEMA, rozsah okolní teploty, nadmořská výška, montáž a způsob vstupu kabelů;
• přesný technický list modelu, pokyny, rozměrový výkres a schéma zapojení;
• přesné číslo certifikátu/seznamu a záznam v databázi, kde je to vyžadováno; a
• požadované štítky, příslušenství, možnost uzamčení, náhradní pojistky a zásady pro náhradní díly.

VIOX nabízí DC izolační spínač a solární slučovací box produktové řady pro technické srovnání. Použijte tyto stránky k výběru mechanických formátů a deklarovaných jmenovitých hodnot, poté si vyžádejte přesné podklady pro konkrétní model vyžadované projektem. Nevyvozujte shodu s NEC nebo certifikaci UL ze stránky produktové řady.

Konečné pravidlo

Nejbezpečnější postup dimenzování lze snadno zapamatovat:

Nejprve proud. Poté OCPD. Jako třetí odpojovač. Podklady nakonec – ale povinně.

Zkratka 156% patří pouze tam, kde jsou skutečně vyžadovány oba kroky 125%. Vyhovující návrh FV systému udržuje maximální proud obvodu, jmenovitou hodnotu pojistky, jmenovitou hodnotu odpojovače, napětí, zkratovou odolnost, spínací funkci a schválení produktu jako samostatné kontroly, které musí všechny projít.

Zdroje

• NFPA 70 (National Electrical Code), aktuální a archivovaná vydání prostřednictvím NFPA LiNK
• UL Solutions — Certifikace systémového příslušenství pro solární instalace
• UL Solutions — certifikační databáze Product iQ
• IEC — IEC 60269-6:2010+A1:2021, pojistkové vložky pro FV systémy
• IEC — IEC 60947-3:2020+A1:2025, spínače, odpojovače, odpínače a pojistkové odpínače