قطع کننده مدار DC در مقابل AC: تفاوت های اساسی برای ایمنی برق

تماس سرویس در ساعت 2 بعد از ظهر روز سه شنبه برقرار شد. بازرسی روتین پنل های خورشیدی. انتظار هیچ چیز غیرعادی نمی رود.

اما هنگامی که تکنسین جعبه ترکیب کننده را باز کرد، چیزی را یافت که باعث شد دلش فرو بریزد: کنتاکت های قطع کننده مدار DC به هم جوش خورده بودند - به یک توده جامد از مس تبدیل شده بودند. قرار بود قطع کننده از سیستم محافظت کند. در عوض، به یک اتصال کوتاه دائمی تبدیل شده بود.

نکته وحشتناک این است: قطع کننده هرگز در طول خطا قطع نشد. قوسی که هنگام تلاش برای جدا شدن کنتاکت ها تشکیل شد، گرمای کافی - بیش از 6000 درجه سانتیگراد - تولید کرد تا مس را قبل از اینکه قطع کننده بتواند جریان را قطع کند، ذوب کند. سیستم به کار خود ادامه داد و برق را از طریق چیزی که اساساً یک توده فلز مذاب بود، تغذیه می کرد، تا اینکه شخصی آن را به طور فیزیکی خاموش کرد.

چرا این اتفاق افتاد؟ شخصی یک قطع کننده مدار با درجه AC را در یک سیستم DC نصب کرده بود. درجه ولتاژ یکسان. درجه جریان یکسان. کاربرد کاملاً اشتباه.

این اشتباه 40000 دلار تجهیزات آسیب دیده و یک هفته خرابی هزینه داشت.

تفاوت بین قطع کننده های مدار DC و AC فقط یک موضوع فنی نیست - بلکه تفاوت بین حفاظت و فاجعه است.

چرا متوقف کردن جریان DC دشوارتر است: مشکل عبور از صفر

به این فکر کنید که چگونه آب از طریق یک لوله جریان می یابد در مقابل اینکه چگونه از طریق یک کارواش پرفشار پالس می زند. این تفاوت بین جریان DC و AC است.

جریان AC 50 یا 60 بار در هر ثانیه جهت خود را تغییر می دهد. در یک سیستم 60 هرتز، جریان 120 بار در ثانیه از ولتاژ صفر عبور می کند - دو بار در هر سیکل. هنگامی که کنتاکت های یک قطع کننده مدار جدا می شوند و یک قوس تشکیل می شود، آن قوس به طور طبیعی در عبور از صفر بعدی خاموش می شود. قطع کننده فقط باید از ایجاد مجدد قوس جلوگیری کند. این کار با فیزیک جریان متناوب انجام می شود. 具有 فیزیک جریان متناوب.

جریان DC در یک جهت پیوسته با ولتاژ ثابت جریان می یابد. هیچ عبور از صفری وجود ندارد. هرگز.

هنگامی که کنتاکت ها در یک مدار DC جدا می شوند، قوس تشکیل می شود و فقط ... همانجا می ماند. به تلاش قطع کننده شما برای قطع آن اهمیتی نمی دهد. آن قوس تا زمانی که چیزی به طور فیزیکی آن را بشکند، خنک کند یا آن را فراتر از پایداری بکشد، ادامه خواهد داشت.

اعداد این موضوع را به طرز وحشیانه ای روشن می کنند: یک قوس AC معمولی به لطف عبور از صفر طبیعی در عرض 8 میلی ثانیه (1/120 ثانیه) خاموش می شود. یک قوس DC؟ می تواند به طور نامحدود در دمای بیش از 6000 درجه سانتیگراد پایدار بماند - گرمتر از سطح خورشید و بسیار بالاتر از نقطه ذوب مس که 1085 درجه سانتیگراد است.

این چیزی است که من آن را “مشکل عبور از صفر” می نامم.” قطع کننده های AC می توانند برای کمک به آنها به فیزیک تکیه کنند. قطع کننده های DC باید در هر مرحله با فیزیک مبارزه کنند.

تأثیر عملی: قطع کننده های DC به مکانیسم های خاموش کننده قوس تهاجمی نیاز دارند. سیم پیچ های دمنده مغناطیسی که به معنای واقعی کلمه قوس را از هم می پاشند. هندسه های تماسی ویژه ای که قوس را تا زمانی که خنک شود و بشکند، می کشند. کانال های قوس پر از صفحات عایق که قوس را به بخش های کوچکتر و آسان تر برای خاموش شدن تقسیم می کنند. برخی از قطع کننده های DC پیشرفته حتی از محفظه های خلاء یا گاز هگزا فلوراید گوگرد برای خاموش کردن سریعتر قوس ها استفاده می کنند.

تمام این پیچیدگی ها برای حل یک مشکل وجود دارد: جریان DC سرسخت است. از رها کردن امتناع می ورزد.

چه چیزی قطع کننده های DC را متفاوت (و گران تر) می کند

داخل MCB AC در مقابل MCB DC

وارد یک فروشگاه لوازم الکتریکی شوید و قیمت ها را مقایسه کنید. یک قطع کننده مدار AC استاندارد 20 آمپر، 120 ولت: 15 دلار. یک قطع کننده مدار DC 20 آمپر، 125 ولت: 80-120 دلار.

درجه جریان یکسان، ولتاژ مشابه، اما قطع کننده DC 5-8 برابر گران تر است.

مهندسان دوست دارند از این اختلاف قیمت شکایت کنند. آنها می گویند: “این فقط یک سوئیچ است!” اما در داخل آن “فقط یک سوئیچ” این است:

در یک قطع کننده AC:

• دو کنتاکت اصلی (خط و بار)
• مکانیسم قطع حرارتی-مغناطیسی اساسی
• کانال قوس ساده با چند صفحه فلزی
• ساختار تک قطبی

در یک قطع کننده DC:

• سه یا چند کنتاکت اصلی که به صورت سری چیده شده اند
• مکانیسم قطع حرارتی-مغناطیسی پیشرفته با نیروی مغناطیسی بالاتر
• کانال قوس پیچیده با ده ها صفحه فولادی
• سیم پیچ های دمنده مغناطیسی که فضای اضافی مصرف می کنند
• مواد تماسی ویژه (آلیاژهای نقره-تنگستن به جای نقره-نیکل)
• مهندسی دقیق شکاف هوا (خیلی کوچک باشد قوس کشیده نمی شود. خیلی بزرگ باشد قطع کننده در محفظه های استاندارد قرار نمی گیرد)

این حق بیمه قیمت حاشیه سود نیست - بلکه فیزیک است. هر جزء در یک قطع کننده DC باید سخت تر کار کند تا بر مشکل عبور از صفر غلبه کند.

و نکته مهم این است: شما نمی توانید یکی را با دیگری جایگزین کنید، حتی اگر درجه ولتاژ و جریان مطابقت داشته باشد. یک قطع کننده AC در یک سیستم DC خطاهای پرانرژی را قطع نمی کند. قوس پایدار می ماند، کنتاکت ها جوش می خورند و “دستگاه حفاظتی” شما به یک هادی کنترل نشده تبدیل می شود.

من دیده ام که این حالت خرابی 50000 دلار تجهیزات خورشیدی را از بین می برد، زمانی که یک نصاب سعی کرد 60 دلار در قطع کننده ها صرفه جویی کند.

اثر جوشکاری قوس - زمانی که کنتاکت های قطع کننده به هم جوش می خورند - به طرز ترسناکی در قطع کننده های AC که به اشتباه در سیستم های DC استفاده می شوند، رایج است. هنگامی که کنتاکت ها جوش می خورند، قطع کننده به طور دائم بسته می شود. هیچ مقدار عملیات دستی آنها را از هم جدا نمی کند. شما با یک مدار همیشه روشن روبرو هستید که هیچ حفاظتی ندارد.

سقف 600 ولت: چرا رتبه بندی های DC فریبنده هستند

در اینجا سوالی وجود دارد که حتی مهندسان با تجربه را نیز به اشتباه می اندازد: چرا سیستم های DC مسکونی به 600 ولت محدود می شوند، در حالی که سیستم های AC معمولاً در ساختمان های تجاری با 240 ولت یا حتی 480 ولت کار می کنند؟

پاسخ چیزی غیر شهودی در مورد رتبه بندی های الکتریکی را نشان می دهد.

رتبه بندی های ولتاژ در سیستم های AC و DC معادل نیستند. یک مدار 600 ولت DC در واقع انرژی بیشتری نسبت به یک مدار 480 ولت AC با درجه جریان یکسان ذخیره و می تواند تخلیه کند. دلیلش این است:

ولتاژ AC معمولاً به عنوان RMS (مقدار موثر) مشخص می شود - در واقع یک مقدار متوسط. یک سیستم 480 ولت AC در واقع در هر سیکل به 679 ولت (480 ولت × √2) می رسد، اما فقط برای یک لحظه قبل از اینکه دوباره به سمت صفر کاهش یابد. قطع کننده فقط باید به طور لحظه ای آن پیک را تحمل کند.

ولتاژ DC ثابت است. یک سیستم 600 ولت DC به طور مداوم 600 ولت را حفظ می کند - بدون پیک، بدون دره، بدون عبور از صفر برای کمک به قطع. قطع کننده در تمام اوقات با حداکثر استرس روبرو است.

این “سقف 600 ولت” است:”محدودیت کد ملی برق برای تاسیسات DC مسکونی. بالاتر از 600 ولت DC، شما در قلمرو تجاری/صنعتی با الزامات سختگیرانه تر برای مسیریابی کابل، برچسب زدن و پرسنل واجد شرایط هستید. در همین حال، سیستم های AC می توانند در ساختمان های تجاری به 480 ولت برسند بدون اینکه همان محدودیت ها را ایجاد کنند.

بیایید این را با مقایسه توان ملموس کنیم:

نوع سیستم	ولتاژ	فعلی	قدرت
AC مسکونی	240 ولت RMS	۱۰۰ آمپر	24000 وات
DC خورشیدی (مسکونی)	۶۰۰ ولت	۱۰۰ آمپر	60000 وات
AC تجاری	480 ولت RMS	۱۰۰ آمپر	48000 وات

درجه جریان یکسان (100 آمپر)، اما سطوح توان به طور وحشیانه ای متفاوت است. به همین دلیل است که مشخصات ظرفیت قطع قطع کننده DC بسیار شدید به نظر می رسند. یک قطع کننده DC 600 ولت ممکن است به ظرفیت قطع 25000 آمپر نیاز داشته باشد، در حالی که یک قطع کننده AC 240 ولت فقط به 10000 آمپر برای همان کاربرد نیاز دارد.

⚡ نکته حرفه ای: هنگام تعیین اندازه قطع کننده های DC برای سیستم های خورشیدی، همیشه ولتاژ مدار باز تصحیح شده با دما (Voc) را در نظر بگیرید. یک سیستم باتری اسمی 48 ولت ممکن است در شارژ کامل 58 ولت را ببیند. یک رشته خورشیدی با درجه 500 ولت ممکن است در یک صبح سرد زمستانی که راندمان پنل به اوج خود می رسد، 580 ولت تولید کند. در رتبه بندی های ولتاژ سخاوتمندانه گرد کنید - چند دلار بیشتر هزینه دارد اما از خرابی های فاجعه بار جلوگیری می کند.

نحوه انتخاب قطع کننده مدار مناسب: روش 5 مرحله ای

اجازه دهید شما را با رویکرد سیستماتیکی آشنا کنم که از 40000 اشتباهی که قبلاً ذکر کردم جلوگیری می‌کند.

مرحله 1: نوع جریان خود را شناسایی کنید

سیستم‌های DC:

• پنل‌های فتوولتائیک خورشیدی (همیشه خروجی DC)
• سیستم‌های ذخیره باتری (باتری‌ها ذاتاً DC هستند)
• ایستگاه‌های شارژ وسایل نقلیه الکتریکی (سمت باتری DC است)
• درایوهای موتور DC صنعتی
• تجهیزات مخابراتی
• برق‌رسانی راه‌آهن (اغلب DC)

سیستم‌های AC:

• برق شبکه از شرکت‌های خدمات عمومی (مسکونی/تجاری)
• کنترل موتور برای موتورهای القایی AC
• سیستم‌های تهویه مطبوع
• توزیع برق عمومی ساختمان
• بیشتر لوازم و روشنایی

سیستم‌های ترکیبی (به هر دو نوع نیاز دارد):

• سیستم‌های خورشیدی + باتری با اتصال به شبکه
• شارژ EV (ورودی AC، DC به وسیله نقلیه)
• منابع تغذیه بدون وقفه (UPS)
• درایوهای فرکانس متغیر (ورودی AC، باس DC، خروجی AC)

برای سیستم‌های ترکیبی، به بریکرهای مناسب در هر طرف نیاز دارید. اتصال خورشیدی به باتری به بریکرهای DC نیاز دارد. اتصال به شبکه به بریکرهای AC نیاز دارد. هرگز آنها را با هم اشتباه نکنید.

مرحله 2: محاسبه حداکثر ولتاژ مورد نیاز

برای سیستم‌های DC:

ولتاژ مدار باز را با تصحیح دما محاسبه کنید. پنل‌های خورشیدی در هوای سرد ولتاژ را افزایش می‌دهند—گاهی اوقات 25٪ یا بیشتر.

فرمول: Voc(سرد) = Voc(STC) × [1 + (Tcoeff × ΔT)]

مثال: آرایه خورشیدی اسمی 48 ولت

• Voc(STC) = 60V @ 25°C
• ضریب دما = -0.3٪/°C
• سردترین دمای محیط = -10°C
• ΔT = 25°C – (-10°C) = 35°C
• Voc(سرد) = 60V × [1 + (-0.003 × 35)] = 60V × 1.105 = 66.3V

بریکر شما باید حداقل برای 66.3 ولت رتبه‌بندی شده باشد—نه 60 ولت، نه 48 ولت اسمی. به رتبه استاندارد گرد کنید: حداقل بریکر 80 ولت DC.

برای سیستم‌های AC:

از ولتاژ پلاک استفاده کنید. رتبه‌بندی‌های استاندارد ثابت هستند: 120 ولت، 240 ولت، 277 ولت، 480 ولت، 600 ولت AC. با ولتاژ سیستم خود مطابقت دهید یا از آن فراتر روید.

مرحله 3: تعیین رتبه جریان (با کاهش مناسب)

بریکرهای DC برای خورشیدی/باتری:

رتبه جریان = Isc(max) × 1.25 (الزام NEC 690.8)

مثال: آرایه خورشیدی با جریان اتصال کوتاه (Isc) = 40A

• رتبه بریکر مورد نیاز = 40A × 1.25 = حداقل 50A
• اندازه‌های استاندارد: 50A، 60A، 70A → بریکر 50A را انتخاب کنید

بریکرهای AC برای بارهای مداوم:

رتبه جریان = جریان بار × 1.25 (الزام NEC 210.20)

مثال: بار HVAC مداوم 30A

• رتبه بریکر مورد نیاز = 30A × 1.25 = 37.5A
• اندازه‌های استاندارد: 30A، 35A، 40A → بریکر 40A را انتخاب کنید

کاهش توان دما: اگر بریکر شما در دمای محیط بالای 40 درجه سانتیگراد کار می‌کند (در جعبه‌های ترکیب‌کننده خورشیدی رایج است)، کاهش اضافی را اعمال کنید. برای هر 10 درجه سانتیگراد بالاتر از 40 درجه سانتیگراد، تقریباً 15٪ کاهش دهید.

مثال: بریکر 50A در جعبه ترکیب‌کننده 60 درجه سانتیگراد

• افزایش دما = 60°C – 40°C = 20°C
• ضریب کاهش = 0.85 × 0.85 = 0.72
• ظرفیت موثر = 50A × 0.72 = 36A

اگر نیاز بار محاسبه شده شما 40 آمپر است، آن بریکر “50 آمپر” کافی نخواهد بود. برای به دست آوردن ظرفیت موثر 43.2 آمپر، به یک بریکر 60 آمپر نیاز دارید.

مرحله 4: بررسی ظرفیت قطع (نادیده گرفته شده‌ترین مشخصات)

ظرفیت قطع (که ظرفیت شکست یا رتبه اتصال کوتاه نیز نامیده می‌شود) حداکثر جریانی است که بریکر می‌تواند با خیال راحت بدون انفجار، جوش خوردن کنتاکت‌ها یا ایجاد خرابی‌های آبشاری قطع کند.

اینجاست که سیستم‌های DC ترسناک می‌شوند.

سیستم‌های باتری می‌توانند جریان‌های اتصال کوتاه عظیمی را تامین کنند زیرا باتری‌ها تقریباً امپدانس داخلی صفر دارند. یک بانک باتری لیتیومی “کوچک” 48 ولت، 100 آمپر ساعت می‌تواند 5000 آمپر یا بیشتر را در طول یک اتصال کوتاه مستقیم تحویل دهد.

نوع سیستم	ولتاژ	ظرفیت قطع معمولی مورد نیاز
خودروی 12 ولت DC	12V	5000A @ 12V
خورشیدی/باتری 48 ولت DC	۴۸ ولت	1500-3000A @ 48V
صنعتی 125 ولت DC	125V	10000-25000A @ 125V
آرایه خورشیدی 600 ولت DC	۶۰۰ ولت	14000-65000A @ 600V
AC مسکونی	120/240 ولت	10,000 AIC معمول
AC تجاری	480 ولت	22,000-65,000 AIC

توجه کنید که چگونه ظرفیت قطع DC مشابه یا بالاتر از AC است، حتی اگر سیستم‌های DC معمولاً ولتاژهای پایین‌تری را تحمل می‌کنند؟ این اثر جریان упорный است. قطع خطاهای DC دشوارتر است، بنابراین قطع‌کننده‌ها به قابلیت قطع بیشتری نیاز دارند.

⚡ نکته حرفه ای: برای سیستم‌های باتری، از حداکثر مشخصات جریان تخلیه سازنده باتری استفاده کنید، نه جریان اسمی. یک باتری با رتبه 100 آمپر پیوسته ممکن است در طول خطاها 500 آمپر تامین کند. ظرفیت قطع قطع‌کننده شما باید از آن جریان خطا بیشتر باشد.

مرحله 5: تأیید انطباق با کد (الزامات NEC)

سیستم‌های DC (ماده 690 NEC برای PV، ماده 706 برای ذخیره انرژی):

• محدودیت‌های ولتاژ: حداکثر 600 ولت DC در مسکونی (خانه‌های یک و دو خانواری)
• حفاظت مدار مورد نیاز برای تمام هادی‌هایی که از 30 ولت یا 8 آمپر تجاوز می‌کنند
• مجرای فلزی یا کابل نوع MC مورد نیاز برای مدارهای DC داخلی بالای 30 ولت
• برچسب‌گذاری مورد نیاز: “منبع تغذیه فتوولتائیک” یا “مدار DC خورشیدی PV” روی تمام محفظه‌های DC
• حفاظت از خطای زمین مورد نیاز برای سیستم‌های PV نصب شده روی سقف
• الزامات خاموش شدن سریع (خاموش شدن در سطح ماژول یا سطح آرایه در عرض 30 ثانیه)

سیستم‌های AC (ماده 210 NEC برای مدارهای شاخه، ماده 240 برای حفاظت از جریان اضافی):

• AFCI (قطع‌کننده مدار خطای قوس الکتریکی) مورد نیاز برای اکثر مدارهای واحد مسکونی 120 ولت
• GFCI (قطع‌کننده مدار خطای زمین) مورد نیاز برای مکان‌های مرطوب، آشپزخانه‌ها، حمام‌ها، پریزهای فضای باز
• قطع‌کننده‌های تاندم (قطع‌کننده‌های دوتایی در فضای تکی) فقط در صورتی مجاز هستند که تابلوی برق برای آنها رتبه‌بندی شده باشد
• قطع‌کننده‌ها باید برای حفاظت از مدار شاخه (UL 489) فهرست شده باشند

استانداردهای UL موضوع:

• استاندارد UL 489: حفاظت کامل از مدار شاخه (بالاترین رتبه، مورد نیاز برای مدارهای مستقل)
• استاندارد UL 1077: حفاظت تکمیلی (فقط برای استفاده در داخل تجهیزات، نه مستقل)
• UL 2579: خاص برای حفاظت از مدار خطای قوس الکتریکی DC PV

هرگز یک محافظ تکمیلی UL 1077 را در جایی که حفاظت از مدار شاخه UL 489 مورد نیاز است، جایگزین نکنید. آنها معادل نیستند.

هر نوع به کجا تعلق دارد (و کجا تعلق ندارد)

کاربردهای مدارشکن جریان مستقیم (DC)

سیستم‌های فتوولتائیک خورشیدی – این جایی است که قطع‌کننده‌های DC مطلقاً غیرقابل مذاکره هستند. هر رشته به قطع‌کننده‌های دارای رتبه DC نیاز دارد. هر جعبه ترکیب کننده. هر اتصال از پانل‌ها به کنترلر شارژ به باتری به اینورتر (در سمت DC). کد ملی برق آن را الزامی می‌کند. فیزیک آن را می‌طلبد.

من روی پروژه‌ای کار کردم که در آن نصاب برای صرفه‌جویی در هزینه در یک آرایه خورشیدی 50 کیلوواتی، به جای قطع‌کننده‌های DC $80 از قطع‌کننده‌های AC $15 استفاده کرد. شش ماه بعد، در طول یک خطای زمین، یک قطع‌کننده جوش خورد و جریان خطا را به طور مداوم تغذیه کرد تا اینکه عایق کابل DC سوخت.

کل هزینه تعمیر: $35,000. “صرفه‌جویی” 400 برابر بیشتر از هزینه قطع‌کننده‌های صحیح بود.

زیرساخت شارژ خودروهای برقی – سمت DC (از شارژر به باتری خودرو) به قطع‌کننده‌های DC با رتبه ولتاژ باتری نیاز دارد. شارژرهای سریع DC سطح 3 در 400-800 ولت DC با جریان‌های بیش از 200 آمپر کار می‌کنند. اینها شرایط وحشیانه‌ای هستند. سمت منبع تغذیه AC (از برق به شارژر) از قطع‌کننده‌های AC استاندارد استفاده می‌کند.

سیستم‌های ذخیره انرژی باتری – بانک‌های باتری لیتیومی ذاتاً DC هستند. هر اتصال به قطع‌کننده‌های DC با رتبه ولتاژ بانک و - به طور حیاتی - برای جریان اتصال کوتاه عظیمی که باتری‌ها می‌توانند تامین کنند، نیاز دارد. یک بانک باتری مسکونی 48 ولت، 10 کیلووات ساعتی می‌تواند 5000 آمپر+ را در یک اتصال کوتاه تخلیه کند. قطع‌کننده شما باید آن ظرفیت قطع را تحمل کند.

مخابرات – برج‌های تلفن همراه، مراکز داده و تاسیسات مخابراتی با برق DC (معمولاً 48 ولت) کار می‌کنند زیرا DC قابل اعتمادتر است و مشکلات ضریب توان AC را ندارد. تمام حفاظت در سمت توزیع DC باید دارای رتبه DC باشد.

کاربردهای مدارشکن AC

توزیع ساختمان‌های مسکونی و تجاری – تابلوی اصلی خانه شما، تمام مدارهای شاخه برای پریزها و روشنایی، مدارهای لوازم خانگی - اینها همه AC هستند. برق شبکه AC است، بنابراین توزیع ساختمان AC است. از قطع‌کننده‌های AC استاندارد با رتبه 120 ولت، 240 ولت یا 277 ولت (برای روشنایی تجاری) استفاده کنید.

کنترل موتور AC – موتورهای القایی، کمپرسورهای HVAC، موتورهای پمپ - اینها با برق AC کار می‌کنند. استارتر موتور یا VFD ورودی AC را دریافت می‌کند، بنابراین از قطع‌کننده‌های AC برای حفاظت از منبع تغذیه استفاده کنید.

خروجی AC اینورتر متصل به شبکه – سیستم‌های خورشیدی با اینورترهای متصل به شبکه، خروجی AC را در سمت رو به شبکه تولید می‌کنند. آن اتصال به تابلوی اصلی شما از قطع‌کننده‌های AC استفاده می‌کند. خود آرایه خورشیدی DC است (قطع‌کننده‌های DC)، اما هنگامی که اینورتر به AC تبدیل می‌شود، شما در قلمرو قطع‌کننده AC هستید.

جایی که به هر دو نیاز دارید

سیستم‌های خورشیدی هیبریدی با پشتیبان باتری به قطع‌کننده‌های DC در سمت آرایه PV، قطع‌کننده‌های DC در اتصالات باتری و قطع‌کننده‌های AC در مدارهای AC سمت شبکه و بار نیاز دارند. یک سیستم مسکونی معمولی ممکن است داشته باشد:

• قطع‌کننده‌های DC: 4-6 (رشته‌های PV + شارژ/تخلیه باتری)
• قطع‌کننده‌های AC: 2-3 (خروجی AC اینورتر + اتصال به شبکه + پشتیبان بارهای حیاتی)

اشتباهات رایج (و نحوه شکست آنها)

اشتباه #1: رتبه‌بندی ولتاژ “به اندازه کافی نزدیک”.

تفکر مهندس: “سیستم اسمی 48 ولت من در 58 ولت به اوج می‌رسد، بنابراین یک قطع‌کننده DC 60 ولت باید کار کند.”

واقعیت: آن سیستم 48 ولتی می‌تواند در یک صبح سرد، زمانی که پانل‌های خورشیدی با حداکثر راندمان کار می‌کنند، به 66 ولت برسد. قطع‌کننده 60 ولتی شرایط اضافه ولتاژ را می‌بیند، عملکرد خاموش کردن قوس الکتریکی کاهش می‌یابد و شما قطع‌کننده را فراتر از حاشیه ایمنی آزمایش شده‌اش هل می‌دهید.

رفع: همیشه از Voc تصحیح شده با دما برای سیستم‌های خورشیدی استفاده کنید. به رتبه ولتاژ قطع‌کننده استاندارد بعدی گرد کنید. $10-20 بیشتر هزینه دارد. ارزشش را دارد.

اشتباه #2: استفاده از قطع‌کننده‌های AC در سیستم‌های DC

این خطای $40,000 است که من مدام به آن اشاره می‌کنم. یک قطع‌کننده AC به سادگی نمی‌تواند قوس‌های DC را به طور قابل اعتماد قطع کند. عدم وجود عبور از صفر به این معنی است که قوس الکتریکی حفظ می‌شود، کنتاکت‌ها بیش از حد گرم می‌شوند و جوشکاری رخ می‌دهد.

رفع: هرگز، هرگز متقاطع استفاده نکنید. سیستم‌های DC قطع‌کننده‌های DC دریافت می‌کنند. سیستم‌های AC قطع‌کننده‌های AC دریافت می‌کنند. اگر مطمئن نیستید، به برچسب قطع‌کننده نگاه کنید. به طور صریح رتبه‌بندی‌های “DC” یا “AC” را ذکر می‌کند. اگر فقط رتبه‌بندی‌های AC را فهرست می‌کند، از آن در مدارهای DC استفاده نکنید.

اشتباه #3: نادیده گرفتن ظرفیت قطع

رتبه جریان ≠ ظرفیت قطع. یک قطع‌کننده 100 آمپری ممکن است فقط 5000 آمپر ظرفیت قطع داشته باشد. اگر بانک باتری شما بتواند 10000 آمپر را در طول یک اتصال کوتاه تامین کند، آن قطع‌کننده نمی‌تواند به طور ایمن خطا را قطع کند. قطع‌کننده ممکن است منفجر شود (بله، به معنای واقعی کلمه) یا به طور فاجعه‌باری از کار بیفتد.

رفع: جریان اتصال کوتاه موجود را برای سیستم خود محاسبه کنید. برای سیستم‌های باتری، از حداکثر مشخصات تخلیه سازنده استفاده کنید. قطع‌کننده‌هایی را انتخاب کنید که ظرفیت قطع آنها از جریان خطای شما بیشتر باشد.

اشتباه #4: فراموش کردن کاهش رتبه دما

جعبه‌های ترکیب کننده خورشیدی اغلب در آفتاب مستقیم به 60-70 درجه سانتیگراد می‌رسند. قطع‌کننده “50 آمپری” شما ممکن است فقط برای ظرفیت موثر 36 آمپر در آن دما رتبه‌بندی شده باشد.

رفع: یا قطع‌کننده خود را برای جبران کاهش رتبه دما بزرگتر کنید، یا تهویه را در محفظه خود بهبود بخشید. برخی از نصاب‌ها از جعبه‌های ترکیب کننده عایق حرارتی با تهویه اجباری استفاده می‌کنند تا دما را نزدیک به 40 درجه سانتیگراد نگه دارند.

آینده: قطع‌کننده‌های DC هوشمند

در اینجا چیزی وجود دارد که اکثر مهندسان هنوز متوجه آن نیستند: ما وارد عصر قطع‌کننده‌های مدار حالت جامد می‌شویم و سیستم‌های DC ابتدا از آن بهره‌مند خواهند شد.

بریکرهای الکترومکانیکی سنتی متکی بر جدا شدن فیزیکی کنتاکت‌ها هستند. بریکرهای حالت جامد از نیمه‌رساناهای قدرت (MOSFET یا IGBT) برای قطع جریان به صورت الکترونیکی استفاده می‌کنند—بدون قطعات متحرک، بدون آرک، بدون جوش خوردن کنتاکت‌ها.

برای سیستم‌های AC، بریکرهای حالت جامد یک مزیت محسوب می‌شوند. برای سیستم‌های DC؟ آن‌ها تحول‌آفرین هستند.

یک بریکر DC حالت جامد می‌تواند یک خطای 600 ولت، 100 آمپر را در کمتر از 1 میلی‌ثانیه قطع کند—100 برابر سریع‌تر از بریکرهای الکترومکانیکی. بدون آرک، بدون گرما، بدون فرسایش کنتاکت. آن‌ها می‌توانند میلیون‌ها بار بدون تخریب سیکل کنند. آن‌ها می‌توانند الگوریتم‌های حفاظتی پیشرفته را پیاده‌سازی کنند، وضعیت را از طریق شبکه‌ها مخابره کنند و منحنی‌های تریپ را با شرایط سیستم تطبیق دهند.

جنبه منفی؟ هزینه. یک بریکر DC حالت جامد ممکن است 300 تا 800 دلار قیمت داشته باشد در مقابل 80 تا 120 دلار برای الکترومکانیکی. اما برای کاربردهای حیاتی—ذخیره‌سازی باتری در مقیاس بزرگ، مراکز داده، سیستم‌های نظامی—این قیمت با قابلیت اطمینان و عملکرد توجیه می‌شود.

گواهینامه UL 489 اکنون بریکرهای مدار حالت جامد را پوشش می‌دهد، بنابراین با کاهش هزینه‌ها، شاهد پذیرش بیشتر خواهیم بود. ظرف 5 تا 10 سال آینده، انتظار دارم که حالت جامد به استاندارد برای سیستم‌های DC بالاتر از 200 ولت تبدیل شود.

ویوکس ام‌سی‌بی

نکته‌ی آخر

تفاوت اساسی بین بریکرهای مدار DC و AC به یک واقعیت بی‌رحمانه برمی‌گردد: جریان DC نمی‌خواهد متوقف شود.

جریان AC به طور طبیعی 120 بار در ثانیه از صفر عبور می‌کند و به بریکرها کمک می‌کند. جریان DC به طور مداوم جریان دارد و با هر تلاشی برای قطع آن مبارزه می‌کند. این مقاومت در برابر قطع، همه چیز را شکل می‌دهد—از طراحی داخلی بریکر گرفته تا معیارهای انتخاب، هزینه و الزامات کد.

وقتی بریکر مناسب را برای کاربرد خود انتخاب می‌کنید، فقط یک چک‌باکس را در یک طرح الکتریکی علامت نمی‌زنید. شما در حال ساختن آخرین خط دفاعی بین عملکرد عادی و خرابی فاجعه‌بار هستید. این دفاع باید با فیزیک نوع جریان شما مطابقت داشته باشد.

از بریکرهای DC برای سیستم‌های DC استفاده کنید. از بریکرهای AC برای سیستم‌های AC استفاده کنید. هرگز متقاطع استفاده نکنید.

اگر در حال طراحی یک سیستم فتوولتائیک خورشیدی، نصب ذخیره‌سازی باتری، زیرساخت شارژ EV یا هر کاربرد DC هستید، در بریکرهای دارای رتبه DC صحیح با ظرفیت قطع مناسب سرمایه‌گذاری کنید. اگر با برق استاندارد ساختمان، برق شبکه یا کنترل موتور AC کار می‌کنید، از بریکرهای AC طراحی شده برای این منظور استفاده کنید.

و اگر وسوسه شدید که یکی را با دیگری جایگزین کنید تا 50 دلار صرفه‌جویی کنید؟ کنتاکت‌های جوش خورده، قبض تعمیر 40000 دلاری و یک هفته خرابی را به خاطر بسپارید.

⚡ برای بریکرهای مدار VIOX DC و AC که برای کاربردهای خورشیدی، باتری و صنعتی طراحی شده‌اند،, با تیم فنی ما تماس بگیرید برای راهنمایی انتخاب خاص برنامه و راه حل های دارای گواهینامه UL 489.

سوالات متداول

س: آیا می‌توانم از یک مدارشکن AC در یک سیستم DC استفاده کنم؟

پاسخ: خیر. استفاده از بریکر مدار AC در یک سیستم DC خطرناک است و ممکن است به طور موثر جریان‌های خطا را قطع نکند. بریکرهای AC متکی به عبور از صفر طبیعی در جریان متناوب برای خاموش کردن آرک‌ها هستند. جریان DC هیچ عبور از صفری ندارد، بنابراین آرک پایدار می‌ماند و به طور بالقوه کنتاکت‌ها را به هم جوش می‌دهد. همیشه از بریکرهای دارای رتبه DC برای سیستم‌های DC استفاده کنید.

س: چرا قطع کننده‌های مدار DC گران‌تر از قطع کننده‌های مدار AC هستند؟

پاسخ: بریکرهای DC به مکانیزم‌های داخلی پیچیده‌تری برای غلبه بر مشکل عبور از صفر نیاز دارند. آن‌ها به سیم‌پیچ‌های دمنده مغناطیسی، آرایش‌های چند کنتاکتی، کانال‌های آرک تخصصی با ده‌ها صفحه و مواد کنتاکت ممتاز مانند آلیاژهای نقره-تنگستن نیاز دارند. این پیچیدگی اضافی هزینه‌های تولید را در مقایسه با بریکرهای AC 5 تا 8 برابر افزایش می‌دهد.

س: چه ولتاژهای نامی برای قطع کننده‌های مدار DC موجود است؟

پاسخ: بریکرهای مدار DC از 12 ولت (کاربردهای خودرو) تا 1500 ولت DC (صنعتی و خورشیدی در مقیاس بزرگ) متغیر هستند. رتبه‌بندی‌های رایج شامل 12 ولت، 24 ولت، 48 ولت، 80 ولت، 125 ولت، 250 ولت، 600 ولت و 1000 ولت DC است. برای خورشیدی مسکونی، حداکثر معمولاً 600 ولت DC طبق الزامات NEC است.

س: آیا برای نصب مدارشکن‌های DC به آموزش ویژه نیاز دارم؟

پاسخ: بله، به خصوص برای سیستم‌های بالای 50 ولت DC یا کاربردهای تجاری. سیستم‌های DC دارای الزامات ایمنی منحصر به فردی از جمله مسیریابی کابل، برچسب‌گذاری، خاموش کردن سریع و حفاظت از خطای زمین هستند. تاسیسات DC ولتاژ بالا (بالای 600 ولت) به متخصصان برق واجد شرایط آشنا به NEC Article 690 و Article 706 نیاز دارند.

س: چگونه می‌توانم اندازه مناسب قطع‌کننده مدار DC را برای منظومه شمسی خود محاسبه کنم؟

پاسخ: از جریان اتصال کوتاه (Isc) از برگه اطلاعات پنل خورشیدی خود استفاده کنید و طبق NEC 690.8 در 1.25 ضرب کنید. برای رتبه‌بندی ولتاژ، ولتاژ مدار باز تصحیح شده با دما (Voc) را در سردترین دمای مورد انتظار خود محاسبه کنید. همیشه به رتبه‌بندی بریکر استاندارد بعدی گرد کنید. اگر جعبه ترکیب شما بالاتر از 40 درجه سانتیگراد کار می‌کند، ضریب کاهش دما را در نظر بگیرید.

س: تفاوت بین رتبه‌بندی‌های UL 489 و UL 1077 چیست؟

پاسخ: UL 489 بالاترین استاندارد ایمنی برای حفاظت از مدار شاخه است—این بریکرها می‌توانند به عنوان دستگاه‌های حفاظتی مستقل در سیستم الکتریکی شما استفاده شوند. UL 1077 محافظ‌های تکمیلی را پوشش می‌دهد که فقط برای استفاده در داخل تجهیزات طراحی شده‌اند، نه برای حفاظت از مدار شاخه. برای سیستم‌های خورشیدی، باتری و الکتریکی ساختمان، همیشه بریکرهای دارای رتبه UL 489 را مشخص کنید.

س: آیا یک قطع کننده مدار می‌تواند هم برای کاربردهای AC و هم برای کاربردهای DC کار کند؟

پاسخ: برخی از بریکرها دارای رتبه دوگانه برای AC و DC هستند، اما رتبه‌بندی ولتاژ و جریان بین این دو کاربرد به طور قابل توجهی متفاوت است. یک بریکر ممکن است دارای رتبه 240 ولت AC / 125 ولت DC باشد، به این معنی که می‌تواند ولتاژ AC بالاتری را تحمل کند اما فقط ولتاژ DC پایین‌تری را به دلیل چالش‌های خاموش کردن آرک. اگر از یک بریکر دارای رتبه دوگانه استفاده می‌کنید، همیشه رتبه‌بندی AC و DC را تأیید کنید و هرگز از هیچ یک از رتبه‌بندی‌ها تجاوز نکنید.

س: اگر از نوع اشتباهی از قطع کننده مدار استفاده کنم چه اتفاقی می‌افتد؟

پاسخ: استفاده از نوع بریکر اشتباه می‌تواند منجر به عدم قطع جریان‌های خطا (منجر به خطرات آتش‌سوزی)، اثر جوشکاری آرک (کنتاکت‌ها به طور دائم به هم جوش می‌خورند)، آسیب به تجهیزات، نقض کد و آسیب احتمالی شود. در سناریوی ابتدایی این مقاله، استفاده از بریکر AC در یک سیستم DC باعث 40000 دلار خسارت شد. انتخاب صحیح بریکر برای ایمنی و حفاظت قابل اعتماد کاملاً حیاتی است.

مقالات مرتبط:

• راهنمای عملی برای قطع کننده‌های مدار DC برای سیستم‌های خورشیدی، باتری و خودروهای برقی
• GFCI در مقابل AFCI: راهنمای حفاظت کامل
• راهنمای کامل نمادهای مدارشکن