Miért hibásodnak meg a szabványos DC megszakítók a BESS-ben: A nagy megszakítóképesség (Icu) fontossága

Bevezetés

Az akkumulátoros energiatároló rendszerek (BESS) gyors elterjedése kritikus biztonsági kihívást teremtett, amelyet sok mérnök túl későn fedez fel: a szabványos, napelem alkalmazásokhoz tervezett DC megszakítók katasztrofálisan meghibásodnak az akkumulátoros tároló rendszerek védelme során. Ez a hiba nem a rossz gyártás vagy minőségi problémák kérdése – ez alapvető eltérés a megszakító tervezési specifikációi és a lítium-ion akkumulátorokhoz tartozó extrém zárlati áram jellemzők között.

A kiváltó ok egyszerű, mégis gyakran félreértett. A napelem rendszerek rövidzárlati áramai jellemzően a névleges üzemi áramuk körülbelül 1,25-szorosára korlátozódnak (Isc ≈ 1,25 × Ioc). A szabványos 6kA vagy 10kA névleges DC megszakítók könnyedén kezelik ezeket a hiba szinteket. Ezzel szemben az alacsony belső ellenállású akkumulátorcellákat tartalmazó BESS telepítések a névleges áramuk 10-50-szeresét is képesek leadni a rövidzárlati eseményt követő milliszekundumokon belül. Amikor egy 10kA névleges megszakító megpróbál megszakítani egy 30kA akkumulátorhibát, az eredmény előre jelezhető: ívoltó hiba, házrongálódás és potenciális tűz.

Ez a cikk azt vizsgálja, hogy a magas megszakítóképesség – konkrétan a 20kA, 30kA és 50kA Icu (Végső Megszakítóképesség) – miért nem opcionális specifikáció, hanem kötelező biztonsági követelmény a BESS védelemhez. Elemezni fogjuk a PV és az akkumulátorhibák közötti műszaki különbségeket, elmagyarázzuk az Icu és Ics névleges értékek közötti kritikus különbséget, és mérnöki útmutatást adunk a megfelelően méretezett védelmi eszközök kiválasztásához.

A PV és a BESS rövidzárlatok közötti alapvető különbség

Napelem: Áramkorlátozott hiba jellemzők

A fotovoltaikus modulok a fizikai tulajdonságaik miatt áramkorlátozott forrásként viselkednek hibaállapotok esetén. Amikor egy PV string rövidzárlatot szenved, a rendelkezésre álló maximális hibaáramot a panel rövidzárlati áramértéke (Isc) korlátozza, amely jellemzően csak 15-25%-kal haladja meg a maximális teljesítménypont áramát (Imp). Ezt a kapcsolatot a modul I-V karakterisztikája határozza meg, és viszonylag állandó marad a párhuzamos stringek számától függetlenül, feltéve, hogy a megfelelő string biztosítást alkalmazzák.

Például egy 400 W-os monokristályos panel, amelynek névleges értéke Imp = 10A, jellemzően Isc = 11-12A értékkel rendelkezik. Még egy nagyméretű, több kombináló dobozzal rendelkező napelemparkban is ritkán haladja meg a potenciális hibaáram bármely adott megszakító helyen a 6kA-t, és gyakrabban 3kA alatt marad. Ezért bizonyultak a 6kA vagy 10kA névleges IEC 60947-2 szabványnak megfelelő MCB-k megfelelőnek a napelem telepítések évtizedei során. A PV rendszer hibaárama előre jelezhető, kiszámítható, és a szabványos lakossági és kereskedelmi minőségű áramvédelem megszakítóképességén belül marad.

BESS: Korlátlan hibaáram képesség

Az akkumulátoros energiatároló rendszerek teljesen eltérő elektrokémiai elvek alapján működnek. A lítium-ion, a lítium-vas-foszfát (LFP) és más modern akkumulátor kémiai rendszerek milliohmban (mΩ) mérhető belső ellenállást mutatnak – jellemzően 2-10 mΩ cellánként, a kémiai összetételtől, a töltöttségi állapottól és a hőmérséklettől függően. Amikor több cellát soros-párhuzamos elrendezésben konfigurálnak a rendszer feszültségének és kapacitásának elérése érdekében, az akkumulátorcsomag összesített belső ellenállása rendkívül alacsony lesz.

Vegyünk egy gyakorlati példát: Egy 48 V-os 200 Ah-s lítium akkumulátorcsomag, amely 16 sorba kapcsolt cellából (16S) áll, és minden cella 5 mΩ belső ellenállással rendelkezik, körülbelül 80 mΩ (0,080 Ω) teljes csomagellenállást eredményez. Csavart rövidzárlat esetén az Ohm törvénye diktálja a potenciális hibaáramot: Isc = V / R = 48V ÷ 0,080Ω = 600A. Ez a számítás azonban két kritikus okból jelentősen alábecsüli a valóságot.

Először is, a számítás csak az akkumulátorcsomag belső ellenállását feltételezi. A tényleges hibahelyzetekben a gyűjtősínek, a csatlakozók és a vezetékcsatlakozások ellenállása a hibautakon belül összesen csak 5-20 mΩ további ellenállást jelenthet. Másodszor, és ami még fontosabb, a modern BESS telepítések gyakran alkalmaznak párhuzamos akkumulátorállványokat a nagyobb kapacitás elérése érdekében. Négy párhuzamos 48 V-os 200 Ah-s állvánnyal a tényleges belső ellenállás 20 mΩ-ra csökken, ami 2400 A potenciális hibaáramot eredményez – de ez még mindig alulértékeli a problémát.

A kritikus tényező, amelyet a mérnökök gyakran figyelmen kívül hagynak, az aszimmetrikus csúcsáram a DC hiba beindulásának első félciklusában. A DC rendszerekben a természetes áram nulla átmenetének hiánya és az akkumulátor összeköttetéseiben jelenlévő induktivitás miatt a pillanatnyi csúcs hibaáram elérheti a számított állandósult érték 2,0-2,5-szeresét. A 2400 A-es állandósult példánk esetében a csúcs hibaáram 5000-6000 A-re is felugorhat. A több száz párhuzamos akkumulátormodult tartalmazó közüzemi méretű BESS telepítésekben a potenciális hibaáramok rendszeresen meghaladják a 30 kA-t, és néhány dokumentált esetben elérték az 50 kA-t vagy annál is többet.

A BESS rendszerarchitektúrájának és a hibaáram útjainak részletes megértéséhez tekintse meg a mi átfogó útmutató az akkumulátoros energiatároló rendszerekhez.

Összehasonlító táblázat: PV vs BESS hiba jellemzők

Paraméter	Napelemes rendszer	Akkumulátoros energiatároló rendszer
Forrás impedancia	Magas (az áramot a cella fizikája korlátozza)	Rendkívül alacsony (2-10 mΩ cellánként)
Tipikus Isc/Irated arány	1,15 – 1,25×	10 – 50×
Hibaáram felfutási idő	10-50 ms (a kondenzátor kisülése dominál)	<1 ms (közvetlen elektrokémiai kisülés)
Potenciális hibaáram (lakossági)	0,5 – 3kA	5 – 20kA
Potenciális hibaáram (kereskedelmi)	2 – 6kA	20 – 35kA
Potenciális hibaáram (közüzemi méretű)	5 – 10kA	30 – 50kA+
Csúcs aszimmetrikus áramtényező	1,3 – 1,5×	2,0 – 2,5×
Szabványos megszakító névleges érték (megfelelő)	6kA – 10kA	20 kA – 50 kA
Ívoltás nehézsége	Mérsékelt (természetes áramkorlátozás)	Extrém (tartós energiaellátás)

Ez az alapvető különbség magyarázza meg, hogy egy 10 kW-os napelem tömböt sikeresen védő megszakító miért hibásodik meg erőszakosan, ha egy hasonló teljesítményű 10 kWh-s akkumulátorrendszerbe van beépítve. A hibaáram jellemzői nem összehasonlíthatók – teljesen különböző nagyságrendekben léteznek.

Az Icu és az Ics megértése: Miért fontos mindkettő a BESS-ben

A végső megszakítóképesség (Icu) meghatározása

A névleges végső rövidzárlati megszakítóképesség, amelyet az IEC 60947-2 Icu-ként, az IEC 60898-1 pedig Icn-ként jelöl a kismegszakítók esetében, azt a maximális potenciális hibaáramot jelenti, amelyet egy megszakító sikeresen meg tud szakítani laboratóriumi körülmények között, az eszköz katasztrofális tönkremenetele nélkül. Az IEC 60947-2 8.3.5. pontjában meghatározott vizsgálati eljárás egy adott sorozatnak veti alá a megszakítót: O (nyitási művelet) – 3 perc – CO (zárási-nyitási művelet). Ha a megszakító robbanás, tűz vagy érintkezőhegesztés nélkül sikeresen megszakítja a tesztáramot, akkor megfelel az Icu névleges értékének.

Kritikus fontosságú, hogy az Icu teszt sikeres teljesítése nem garantálja, hogy a megszakító utána is működőképes marad. Az IEC szabvány kifejezetten megengedi a megszakító belső alkatrészeinek károsodását, az érintkezők erózióját és az ívoltók romlását, feltéve, hogy a hiba biztonságosan elhárul. Egy Icu szintű hibamegszakítás után a megszakítót meg kell vizsgálni, és gyakran ki kell cserélni. A BESS alkalmazásokban, ahol a védelmi eszközök a rendszer 20 éves élettartama alatt többször is hibásodhatnak, az Icu névleges értékekre való kizárólagos támaszkodás veszélyes karbantartási terhet és potenciális biztonsági rést teremt.

A üzemi megszakítóképesség (Ics) meghatározása

A névleges üzemi rövidzárlati megszakítóképesség (Ics) azt a hibaáramszintet jelenti, amelynél a megszakító többször is képes megszakítási műveleteket végrehajtani, és továbbra is teljesen üzemképes marad – képes a névleges áramon történő folyamatos működésre, romlás nélkül. Az IEC 60947-2 8.3.6. pontja meghatározza az Ics vizsgálati sorozatot: O – 3 perc – CO – 3 perc – CO. Három sikeres, az Ics áramszinten végrehajtott hibamegszakítást követően a megszakítónak át kell mennie a hőmérséklet-emelkedési, kioldási karakterisztika és mechanikai tartóssági vizsgálatokon, hogy igazolja, hogy a specifikáción belül marad.

Az Ics az Icu százalékában van kifejezve: 25%, 50%, 75% vagy 100%. Lakossági és könnyű kereskedelmi MCB-k (IEC 60898-1, B osztály) esetében az Ics-nek legalább az Icn 50%-ának, 75%-ának vagy 100%-ának kell lennie. Ipari MCCB-k és speciális BESS védelmi eszközök (IEC 60947-2) esetében az Ics az Icu 25%-ától 100%-áig terjed, a gyártó tervezésétől és a tervezett alkalmazástól függően.

A magas Ics BESS-specifikus jelentősége

Az akkumulátoros tároló rendszerekben az Ics névleges érték fontosabb, mint az Icu két működési okból. Először is, a BESS telepítések ismétlődő igénybevételi ciklusokat tapasztalnak, beleértve a bekapcsolási áramokat a töltés során, a kisülési tranziens áramokat a csúcsterhelés-csökkentési műveletek során, és a potenciális hibaeseményeket a termikus túlfutásból, a szigetelés meghibásodásából vagy a karbantartási hibákból. Egy 50 kA Icu névleges értékű, de csak 25 kA Ics (50%-os arány) névleges értékű megszakító egyszer sikeresen elháríthat egy 35 kA-es hibát, de azonnali cserére szorul, ami rendszerleállást és megnövekedett életciklus költségeket eredményez.

Másodszor, a megszakító meghibásodásának következményei a BESS környezetben lényegesen súlyosabbak, mint a PV alkalmazásokban. Az akkumulátorrendszerek hatalmas mennyiségű energiát tárolnak, amely azonnal felszabadulhat. Egy meghibásodott megszakító ívzárlati eseményt hoz létre, amelynek rendelkezésre álló hibaenergiája potenciálisan meghaladja a 100 cal/cm²-t, ami messze meghaladja a szabványos ívvédelemmel ellátott PPE védelmi értékét. Az ív hőmérséklete elérheti a 19 400 °C-ot, ami elegendő a réz gyűjtősínek elpárologtatásához és a környező anyagok meggyulladásához. A kültéri konténeres BESS telepítésekben egyetlen megszakító meghibásodása a hősugárzás és a levegőben terjedő rézplazma révén a szomszédos állványokra is átterjedhet.

A VIOX Engineering előnye: A VIOX BESS névleges DC megszakítók Ics = 100% Icu értékkel rendelkeznek a 20 kA, 30 kA és 50 kA termékcsaládunkban. Ez azt jelenti, hogy egy VIOX 30 kA-es megszakító teljes üzemképességet tart fenn a 30 kA-es hibák megszakítása után – nincs romlás, nincs kötelező csere, nincs megnövekedett kockázat a későbbi hibaesemények során. Ez a tervezési filozófia kiküszöböli az ipari szabványos MCB-kben gyakori “egylövetű hős” problémát, ahol a magas Icu névleges értékek elfedik a nem megfelelő Ics teljesítményt.

A megszakítók névleges értékeinek és a hibavédelemben betöltött szerepüknek részletes műszaki elemzéséhez tekintse meg a mi útmutató az Icu, Ics, Icw és Icm névleges értékek megértéséhez.

Összehasonlító táblázat: Szabványos vs. nagy teljesítményű BESS megszakítók

Megszakító típusa	Icu névleges érték	Ics névleges érték	Ics/Icu arány	Élettartam hiba után	Ajánlott alkalmazás
Szabványos lakossági MCB	6kA	3kA	50%	Csere 3kA hiba után	Csak lakossági AC terhelések
Szabványos kereskedelmi MCB	10kA	5kA	50%	Csere 5kA hiba után	Könnyű kereskedelmi AC/DC
Ipari MCCB (alsó kategória)	50kA	12,5 kA	25%	Csere 12,5kA hiba után	Nem kritikus elosztás
Ipari MCCB (középkategória)	50kA	25kA	50%	Csere 25kA hiba után	Szabványos ipari betáplálók
VIOX BESS-minősítésű MCB	20kA	20kA	100%	Nincs szükség cserére	Lakossági ESS (5-20kWh)
VIOX BESS-minősítésű MCCB	30kA	30kA	100%	Nincs szükség cserére	Kereskedelmi BESS (50-500kWh)
VIOX BESS-minősítésű MCCB	50kA	50kA	100%	Nincs szükség cserére	Közművi méretű BESS (1MWh+)

Miért hibásodnak meg a 6kA/10kA megszakítók a BESS alkalmazásokban?

Az ívoltási hiba mechanizmusa

Amikor egy megszakító érintkezői terhelés alatt szétválnak, elektromos ív keletkezik a rögzített és a mozgó érintkezők közötti résben. AC rendszerekben az ív természetesen kialszik az áram nullaátmeneténél, ami 100 vagy 120 alkalommal fordul elő másodpercenként (50Hz vagy 60Hz), időt adva a megszakító ívterelőjének, hogy lehűljön és deionizálja az ív útját. A DC rendszerekből hiányzik ez a természetes áram nullaátmenet, ami megköveteli, hogy a megszakító kényszerítetten oltsa ki az ívet az ívterelő kialakításán, a mágneses kifúvó tekercseken és a gyors érintkező szétválasztási távolságon keresztül.

Egy 6kA vagy 10kA névleges értékű MCB egy olyan ívterelőt tartalmaz, amelynek mérete és optimalizálása a névleges értékéig terjedő hibaáramok kezelésére szolgál. Amikor egy akkumulátorbankból származó 20kA vagy 30kA hibának van kitéve, három hiba mechanizmus következik be egyidejűleg:

1. Termikus túlterhelés: Az ívenergia (E = V × I × t) meghaladja az ívterelő hőelvezetési kapacitását. Az ívplazma hőmérséklete 20 000°C fölé emelkedik, megolvasztva az ívosztó lemezeket és a kamra falait az első 10-20 milliszekundumon belül.
2. Mágneses telítettség: A megszakító mágneses kifúvó rendszere, amelyet arra terveztek, hogy az ívet felfelé tolja az osztólemezekbe, telítetté válik, amikor a hibaáram 2-3×-szorosan meghaladja a tervezési határértékeket. Az ív ahelyett, hogy a kioltó kamrába mozdulna, az érintkezési területen stagnál.
3. Érintkező hegesztés: A megszakító névleges értékét meghaladó hibaáramoknál az érintkezők közötti elektromágneses erők a nyitási löket során elérhetik a több ezer Newtont. Ha a működtető mechanizmus rugóereje nem tudja elég gyorsan legyőzni ezt a mágneses vonzást, az érintkezők összehegednek. A megszakító zárva marad, folyamatos hibaáramot szolgáltatva, amíg a felsőbb szintű védelem működésbe nem lép, vagy az akkumulátorbankot manuálisan le nem választják.

Esettanulmány: 10kA megszakító vs 30kA BESS hiba

Vegyünk egy kereskedelmi BESS telepítést: 100kWh lítium-vas-foszfát (LFP) akkumulátorrendszer, 400VDC névleges, négy párhuzamos, 100S cellából álló sorba konfigurálva (3,2V névleges cellánként). Minden sor 100Ah kapacitást biztosít, cellánként 3mΩ belső ellenállással, ami 300mΩ teljes sor ellenállást és 75mΩ-ot eredményez a négy párhuzamos konfigurációhoz. Adjon hozzá 25mΩ-ot a gyűjtősínekhez, csatlakozásokhoz és vezetékekhez – a teljes hibapálya ellenállása 100mΩ (0,1Ω).

Potenciális hibaáram számítás:

• Állandósult állapotú Isc = 400V ÷ 0,1Ω = 4 000A
• Csúcs aszimmetrikus áram (2,2× tényező) = 8 800A ≈ 8,8kA

Egy mérnök, aki áttekinti ezt a számítást, arra a következtetésre juthat, hogy egy 10kA névleges értékű MCB megfelelő védelmet nyújt 13% biztonsági ráhagyással. Ez kritikus hiba. A számítás feltételezi, hogy minden ellenállás állandó marad a hiba során. A valóságban az akkumulátor belső ellenállása csökken, ahogy a cella hőmérséklete emelkedik a kisülés során. Emelkedett hőmérsékleten (45-60°C) a cella ellenállása 20-30%-vel csökken. A hibapálya gyűjtősínei és csatlakozásai is felmelegszenek, de ellenállásuk növekedése elhanyagolható az akkumulátor impedanciájának csökkenéséhez képest.

Módosított hibaáram 50°C akkumulátor hőmérsékleten:

• Csökkentett cella ellenállás: 2,1mΩ × 100S = 210mΩ soronként
• Négy párhuzamos: 52,5mΩ + 25mΩ (csatlakozások) = 77,5mΩ
• Állandósult állapotú Isc = 400V ÷ 0,0775Ω = 5 161A
• Csúcs aszimmetrikus áram = 11,4kA

A 10kA megszakító most 14%-vel a névleges Icu-ja felett működik. Kritikusabb, hogy ha a megszakító Ics-je az Icu 50%-je (5kA, ami tipikus a lakossági minőségű MCB-knél), akkor ez a hiba 2,3×-szorosan meghaladja a szerviz névleges értékét. A várható eredmény: sikeres hibamegszakítás súlyos belső károsodással, kötelező megszakító csere és rendszerleállás, ami órákba vagy napokba nyúlhat a pótalkatrészek elérhetőségétől függően.

Ha egy második hiba következik be a megszakító cseréje előtt – egy olyan forgatókönyv, amely teljesen lehetséges a több rackes BESS telepítéseknél, független hiba valószínűségekkel – a leromlott megszakító nem fogja megszakítani a hibát, ami katasztrofális tűzhöz vezet.

A közös BESS konfigurációkhoz szükséges megszakító névleges értékek

BESS konfiguráció	Rendszerfeszültség	Kapacitás	Tipikus belső ellenállás	Potenciális Isc (csúcs)	Minimális szükséges Icu	Ajánlott Icu	Ajánlott megszakító típusa
Lakossági ESS (egyetlen akkumulátor)	48VDC	5-10kWh	80-100mΩ	1200 A-ig	10kA	20kA	DC MCB (2P)
Lakossági ESS (párhuzamos)	48VDC	10-20kWh	40-60mΩ	2 400A	15kA	20kA	DC MCB (2P)
Kereskedelmi BESS (kicsi)	400VDC	50-100kWh	50-80mΩ	12kA	20kA	30kA	DC MCCB (2P)
Kereskedelmi BESS (Közepes)	600VDC	100-500kWh	30-60mΩ	24kA	30kA	50kA	DC MCCB (2P)
Közművi BESS (Rack-szintű)	800VDC	500kWh-1MWh	20-40mΩ	35kA	50kA	50kA + HRC Biztosíték	DC MCCB (2P) Soros Biztosítékkal
Közművi BESS (String-szintű)	1000 V egyenáram	1-5MWh	15-30mΩ	50kA+	65kA	65kA + 300kA Biztosíték	DC MCCB + HRC Biztosíték Koordináció

Mérnöki megjegyzés: A minimális Icu az IEC 60947-2 irányelvek szerinti 1,5× biztonsági tényezővel számított követelményt jelenti. Az ajánlott Icu további tartalékot tartalmaz a hőmérsékleti csökkenés, az öregedési hatások és a jövőbeli rendszerbővítés miatt. Soha ne specifikáljon olyan megszakítót, ahol a várható zárlati áram meghaladja a névleges Icu 80%-át.

A megfelelő DC megszakító kiválasztása a BESS-hez: A 20kA/30kA/50kA döntés

A várható zárlati áram kiszámítása

A pontos zárlati áram számítás a megfelelő megszakító kiválasztásának alapja. A mérnököknek öt kulcsfontosságú paramétert kell figyelembe venniük:

1. Rendszerfeszültség (V): Használja a maximális töltési feszültséget, ne a névleges feszültséget. Egy 48V névleges rendszerhez (16S lítium), a maximális töltési feszültség 57,6V (3,6V cellánként). Ez a 20%-os növekedés közvetlenül 20%-kal magasabb zárlati áramot eredményez.
2. Akkumulátor belső ellenállása (Rbatt): Szerezze be ezt az akkumulátor gyártójának adatlapjáról, amelyet általában 50%-os töltöttségi szinten (SoC) és 25°C-on adnak meg. A nagyméretű prizmatikus cellák esetében az ellenállás 0,5mΩ (prémium autóipari minőség) és 3mΩ (szabványos helyhez kötött tárolás) között változik. A hengeres cellák (18650, 21700) nagyobb ellenállást mutatnak: 15-40mΩ cellánként.
3. Párhuzamos Stringek száma (Np): A párhuzamos konfiguráció osztja a teljes ellenállást. Négy párhuzamos string az effektív ellenállást egyetlen string értékének 25%-ára csökkenti: Reff = Rsingle / Np.
4. Csatlakozási ellenállás (Rconn): A gyűjtősínek, a csatlakozók és a kábelek 15-40mΩ-mal járulnak hozzá a rendszer kialakításától függően. A kiváló minőségű, csavarozott gyűjtősín csatlakozások >200 in-lb nyomatékkal 15-20mΩ-ot érnek el. A préselt kábelsaruk az elosztó csatlakozókon elérhetik a 30-40mΩ-ot.
5. Hőmérsékleti csökkenési tényező (k): Az akkumulátor ellenállása a hőmérséklettel csökken. Használjon k = 0,7-et a legrosszabb esetre, a meleg időjárási körülményekre (50-60°C akkumulátor hőmérséklet).

Teljes zárlati áram képlet:

Isc(steady) = Vmax / [k × (Rbatt/Np + Rconn)]

Isc(peak) = 2,2 × Isc(steady)

Kidolgozott példa:

• Rendszer: 400VDC, 200kWh, LFP kémia
• Konfiguráció: 8 párhuzamos string, 125S stringenként
• Cella adatok: 3,2V névleges, 3,65V max, 2mΩ belső ellenállás 25°C-on
• Maximális feszültség: 125S × 3,65V = 456V
• Egyetlen string ellenállása: 125 × 2mΩ = 250mΩ
• Párhuzamos ellenállás: 250mΩ / 8 = 31,25mΩ
• Csatlakozási ellenállás: 25mΩ (mért)
• Teljes hideg ellenállás: 56,25mΩ
• Meleg ellenállás (k=0,7): 0,7 × 31,25mΩ + 25mΩ = 46,9mΩ
• Állandósult állapotú Isc: 456V / 0,0469Ω = 9,723A
• Csúcs Isc: 2,2 × 9,723A = 21,4kA

Szükséges megszakító: Minimális Icu = 21,4kA × 1,25 biztonsági tényező = 26,75kA. Specifikáljon 30kA névleges MCCB-t.

Alkalmazás alapú kiválasztási irányelvek

Kis lakossági ESS (5-20kWh): Az ebben a tartományban lévő rendszerek jellemzően 48V-os akkumulátorcsomagokat használnak, amelyek várható zárlati árama 5kA és 15kA csúcs között van. Egy megfelelően méretezett 20kA DC MCB megfelelő védelmet nyújt beépített biztonsági tartalékkal. A VIOX VX-DC20 sorozatú MCB-k (20kA Icu, 20kA Ics, 1-63A keretméretek) kifejezetten erre az alkalmazásra készültek kétirányú ívoltással és UL 1077 tanúsítvánnyal.

Kereskedelmi BESS (50-500kWh): A közepes méretű rendszerek 400-800VDC-n működnek, a zárlati áramok elérik a 20-35kA-t. Ez a kategória MCCB védelmet igényel – a szabványos MCB-k nem rendelkeznek a megbízható megszakításhoz szükséges érintkezőerővel és ívoltó térfogattal ezeken az energiaszinteken. Specifikáljon 30kA vagy 50kA névleges MCCB-ket a konkrét zárlati számítástól függően. Soha ne használjon lakossági minőségű MCB-ket kereskedelmi akkumulátor telepítésekben, függetlenül a névleges áram egyezésétől – a megszakítási képesség alapvetően elégtelen.

Közművi méretű BESS (1MWh+): A nagyméretű telepítések több száz párhuzamos akkumulátormodullal a várható zárlati áramokat 50kA fölé tolják. Ezeken az energiaszinteken önmagában az MCCB védelem nem biztos, hogy elegendő. Alkalmazzon kaszkádolt védelmi stratégiát: string-szintű MCCB-k (50kA), amelyeket HRC biztosítékok támogatnak, amelyek névleges értéke 300kA vagy magasabb a rack/szekrény szintjén. Ezt a megközelítést a következő szakasz részletezi.

Az öntött házas megszakítókkal kapcsolatos átfogó műszaki specifikációkért és kiválasztási útmutatóért az akkumulátortároló alkalmazásokban tekintse át a mi részletes MCCB útmutatónkat.

A biztosítékok szerepe az ultra-nagy kapacitású BESS-ben

Amikor a megszakítók önmagukban nem elegendőek

A közüzemi méretű BESS-telepítéseknél és a nagyméretű kereskedelmi rendszereknél, ahol a várható zárlati áramok meghaladják az 50 kA-t, a kizárólag megszakítókra való támaszkodás két kockázatot rejt magában. Először is, még a prémium minőségű, 50 kA-es MCCB-k is a maximális tervezési képességük közelében működnek, minimális biztonsági tartalékot hagyva a számítási hibákra, a szélsőséges hőmérsékletekre vagy a rendszer módosításaira. Másodszor, a 65 kA+ névleges áramú MCCB-k költsége és fizikai mérete megfizethetetlenné válik a string-szintű védelemhez, ahol több tucat eszközre van szükség.

A megoldás a koordinált biztosíték-megszakító védelem. A nagy megszakítóképességű (HRC) biztosítékok, amelyek névleges értéke 300 kA vagy 400 kA, végső tartalékvédelmet nyújtanak a rack vagy szekrény szintjén, míg a 30 kA vagy 50 kA-es MCCB-k az egyes stringeket vagy modulokat védik. Ez egy szelektív koordinációs sémát hoz létre, ahol az MCCB megszünteti a mérsékelt túlterheléseket és zárlatokat az Ics névleges értékéig, míg a biztosíték csak a megszakító kapacitását meghaladó extrém zárlati körülmények között működik.

Szelektív koordinációs stratégia

A megfelelő biztosíték-megszakító koordináció a szelektív működés biztosítása érdekében a kioldási jelleggörbék gondos elemzését igényli. A biztosíték minimális olvadási idejének a megszakító maximális zárlati áramánál meg kell haladnia a megszakító teljes megszakítási idejét (ívhúzási idő + érintkező szétválási idő) legalább 2:1 arányban az IEEE 242 irányelvek szerint. Ez megakadályozza a “zavaró biztosítást”, amikor a biztosíték azelőtt működik, hogy a megszakítónak lehetősége lenne a zárlat megszüntetésére.

Példa koordinációs tanulmány egy 600VDC-s kereskedelmi BESS-hez:

• String-szintű védelem: VIOX 50kA MCCB, 125A keret, 10ms megszakítási idő 50kA-nél
• Rack-szintű védelem: 250A HRC biztosíték, 300kA megszakítási képesség, 30ms olvadási idő 50kA-nél
• Koordinációs arány: 30ms / 10ms = 3:1 (meghaladja a minimális követelményt)
• Eredmény: Az 50kA alatti zárlatokat az MCCB szünteti meg a biztosíték működése nélkül. Az 50kA feletti zárlatokat a biztosíték szünteti meg, az MCCB pedig leválasztást biztosít a zárlat megszakítása után.

Ez a stratégia jelentősen csökkenti a karbantartási költségeket. A string-szintű zárlatokat az MCCB szünteti meg, amely az 100% Ics névleges értékének megfelelően továbbra is üzemképes, és nem igényel cserét. Csak a tervezési számításokat meghaladó katasztrofális zárlatok – ami a megfelelően megtervezett rendszerekben ritka esemény – eredményeznek biztosítékműködést és a biztosíték cseréjével járó leállást.

Az akkumulátortároló rendszerekben használt ultra-nagy megszakítóképességű biztosítékok részletes specifikációiért és alkalmazási útmutatójáért lásd a mi teljes útmutatónkat a 300kA HRC biztosítékvédelemhez.

Többszintű védelmi architektúra

A közüzemi méretű BESS jellemzően három védelmi szintet alkalmaz:

1. Cella/Modul szint: Integrált akkumulátor-kezelő rendszer (BMS) elektronikus leválasztással. Nem zárlat megszakítására tervezték – korai figyelmeztetést és vezérelt leállítást biztosít.
2. String szint: 30kA vagy 50kA MCCB védi az egyes soros-párhuzamos stringeket. Ezek az eszközök megszüntetik a zárlati események 90%-ját, beleértve a szigetelési hibákat, a csatlakozóhibákat és a részleges rövidzárlatokat.
3. Rack/Szekrény szint: 250-400A HRC biztosítékok 300kA+ névleges értékkel. Végső tartalékvédelmet nyújtanak, és leválasztják a teljes rack-et a több stringes zárlatok vagy a DC buszon lévő külső rövidzárlatok során.

Ez a többrétegű megközelítés biztosítja a zárlat korlátozását, megakadályozza a zárlat átterjedését a szomszédos berendezésekre, és fenntartja a rendszer rendelkezésre állását az egyszeres meghibásodások esetén.

A VIOX BESS-specifikus DC megszakító megoldásai

A VIOX BESS-minősítésű termékek mérnöki előnyei

A VIOX Electric egy átfogó DC megszakító termékcsaládot fejlesztett ki, amelyet kifejezetten az akkumulátoros energiatároló rendszerek egyedi igényeihez terveztek. A felújított AC megszakítókkal vagy általános DC védelmi eszközökkel ellentétben a VIOX BESS-minősítésű termékek négy kritikus tervezési fejlesztést tartalmaznak:

1. 100% Ics névleges érték (Ics = Icu): Minden VIOX BESS megszakító eléri a teljes üzemi megszakítóképességet, amely megegyezik a végső megszakítóképességével. Egy VIOX 30kA-es megszakító teljes funkcionalitást tart fenn a 30kA-es zárlatok ismételt megszakítása után. Ez kiküszöböli az “egylövetű hős” problémát, ahol a 25-50% Ics arányú szabványos ipari megszakítók egyetlen nagyobb zárlati esemény után cserére szorulnak. Egy 20 éves BESS életciklus alatt ez a tervezési filozófia 40-60%-vel csökkenti a karbantartási költségeket a szabványos MCCB-khez képest.

2. Kétirányú ívoltás: A BESS alkalmazások kétirányú áramlást foglalnak magukban – kisülés csúcsterhelés-csökkentés és tartalékenergia esetén, töltés csúcsidőn kívüli és napenergia-termelési időszakokban. A permanens mágneses ívfúvó rendszereket használó szabványos DC megszakítók polarizáltak: csak egy áramirányban működnek megfelelően. Ha az áram megfordul, a mágneses mező ellentétes az ívmozgással a szétválasztó kamrába, ami ív stagnálást és oltási hibát okoz. A VIOX elektromágneses tekercses ívfúvó rendszereket alkalmaz polaritástól független ívterelő geometriával, biztosítva a megbízható megszakítást az áram irányától függetlenül. Ez kötelező a BESS számára, és a UL 1077 46. szakasza kifejezetten előírja a kétirányú DC alkalmazásokhoz.

3. Továbbfejlesztett ívkamra kialakítás: Az akkumulátor zárlati áramai jelentős, tartós energiafelszabadulást eredményeznek, amely jelentősen meghaladja az azonos nagyságrendű transzformátor által táplált AC zárlatokat. A VIOX BESS megszakítók 40%-vel nagyobb térfogatú ívkamrákat tartalmaznak a szabványos ipari MCCB-khez képest, ezüst-volfrám ötvözetből készült meghosszabbított ívvezető lemezeket (a szabványos réz helyett) és kétsoros kerámia szétválasztó lemezeket, amelyek kiváló hőtehetetlenséget és szigetelést biztosítanak. Ezek a funkciók biztosítják, hogy az ívfeszültség gyorsan felépüljön, hogy meghaladja az akkumulátor kapocsfeszültségét, és az íváramot nullára kényszerítse, lehetővé téve a megbízható oltást 10-15 ms-on belül.

4. Hőstabilitás folyamatos áramnál: A BESS alkalmazások a tipikus ipari motor- vagy transzformátor terhelésektől eltérnek a folyamatos áramprofiljukban. Az akkumulátoros rendszerek a névleges kisülési áram 100%-ját képesek fenntartani órákig a hosszabb tartalékenergia-események vagy a keresletre reagáló programok során. A VIOX BESS megszakítók kiterjesztett hőmérséklet-emelkedési teszten esnek át az IEC 60947-2 8.3.2. pontja szerint – 1000 óra névleges áramon 40°C-os környezeti hőmérsékleten –, biztosítva, hogy a kapocshőmérséklet emelkedése 50K alatt maradjon, és az érintkezési ellenállás ne növekedjen a kezdeti érték 150%-ján túl. A szabványos ipari MCCB-k jellemzően szakaszos üzemciklusokra vannak méretezve, és tartós akkumulátor terhelések alatt hőbomlást mutathatnak.

Tanúsítványok és megfelelőség

A VIOX BESS megszakítók megfelelnek a DC védelmi eszközökre vonatkozó nemzetközi szabványoknak:

• IEC 60947-2: Kisfeszültségű kapcsoló- és vezérlőkészülékek – Megszakítók. Lefedi a szerkezeti követelményeket, a hőmérséklet-emelkedési határértékeket, a mechanikai/elektromos tartóssági vizsgálatokat és a rövidzárlati teljesítmény ellenőrzését, beleértve az Icu és Ics névleges értékeket.
• UL 1077: Kiegészítő védőberendezések elektromos berendezésekben való használatra. Az 1-63A tartományba tartozó miniatűr megszakítókra (MCB) vonatkozik. Meghatározza a DC megszakítóképesség vizsgálatát névleges feszültségen, kötelező kétirányú vizsgálattal a nem polarizált megszakítók állításaihoz.
• UL 489: Formázott házú megszakítók, formázott házú kapcsolók és megszakítóházak. A 63A feletti MCCB-kre vonatkozik. Tartalmazza a hőmágneses kioldóegységek kalibrációs tűrési követelményeit és a rövidzárlati vizsgálatot az akkumulátor impedanciájára jellemző X/R arányoknál.

A harmadik féltől származó tesztelés és tanúsítás biztosítja, hogy a VIOX termékek megfeleljenek a több millió dolláros akkumulátoros eszközök védelméhez és a katasztrofális zárlati forgatókönyvek megelőzéséhez szükséges szigorú biztonsági és teljesítménykövetelményeknek.

Telepítési és biztonsági bevált gyakorlatok

Hőmérséklet és magasság csökkentése

A megszakítók névleges értékei szabványos vizsgálati körülmények között vannak megadva: 40°C környezeti hőmérséklet és ≤2000m tengerszint feletti magasság. A BESS telepítések gyakran meghaladják ezeket a feltételeket, különösen a kültéri konténeres rendszerekben vagy a tetőtéri telepítésekben. A magas környezeti hőmérséklet csökkenti a megszakító áramvezető képességét és a rendelkezésre álló rövidzárlati teljesítményt, míg a nagy tengerszint feletti magasság csökkenti a levegő sűrűségét és az ívoltási képességet.

Hőmérséklet miatti teljesítménycsökkenés: Minden 10°C-kal a 40°C-os környezeti hőmérséklet felett csökkentse a megszakító folyamatos áramterhelhetőségét 5-8%-vel a gyártó specifikációitól függően. Egy 125A-es megszakítót, amelyet egy 60°C belső hőmérsékleten működő BESS konténerbe szereltek be, körülbelül 100-110A maximális folyamatos áramra kell csökkenteni.

Magasság miatti teljesítménycsökkenés: 2000 m felett csökkentse a megszakítóképességet 0,5%-vel 100 m-es magasságnövekedésenként az IEC 60947-2 B. melléklete szerint. Egy 50kA-es megszakító, amelyet 3000 m tengerszint feletti magasságban szereltek fel, körülbelül 45kA effektív megszakítóképességet biztosít.

A BESS alkalmazásokhoz való megszakítók specifikálásakor mindig vegye figyelembe a legrosszabb környezeti feltételeket. Válasszon megszakító keretméreteket 20-30% áramtartalékkal és megszakítóképesség-értékeket legalább 1,5× zárlati áramtartalékkal az összes csökkentési tényező alkalmazása után.

String-szintű vs. Rack-szintű vs. Rendszer-szintű védelmi architektúra

Az optimális védelmi stratégia a BESS topológiájától, a zárlati áramok nagyságától és a megbízhatósági követelményektől függ:

String-szintű védelem: Minden soros-párhuzamos stringnek van egy dedikált megszakítója a pozitív és negatív kapcsain. Ez maximális zárlatleválasztást biztosít – egyetlen string zárlata nem befolyásolja a többi stringet, és nem igényel teljes rendszerleállást. 100 kWh feletti rendszerekhez ajánlott, ahol a stringcsere költsége indokolja a további megszakító költségét.

Rack-szintű védelem: Az akkumulátor rack-en vagy szekrényen belüli több string közös védelmi eszközt használ a DC busz csatlakozási pontján. Csökkenti az alkatrészek számát és a telepítési költségeket, de zárlatok esetén teljes rack leválasztást igényel. Kisebb rendszerekhez (50-200 kWh) alkalmas, amelyek illesztett akkumulátor modulokkal és alacsony zárlati valószínűséggel rendelkeznek.

Rendszer-szintű védelem: Egyetlen fő megszakító védi a teljes BESS-t az inverter csatlakozásánál. Csak kis lakossági rendszerekhez (<20 kWh) alkalmas, ahol a zárlati áram kezelhető marad, és a rendszer költségérzékenysége magas. Kereskedelmi vagy közüzemi telepítésekhez nem ajánlott a zárlatleválasztás hiánya és a védelmi eszköz szervizelése során bekövetkező hosszabb leállás miatt.

A VIOX mérnöki csapatai string-szintű védelmet javasolnak rack-szintű tartalék biztosítékokkal minden 200 kWh kapacitás feletti kereskedelmi és közüzemi BESS telepítéshez.

Nem polarizált megszakító követelmény a kétirányú alkalmazásokhoz

Ezt a pontot nem lehet eléggé hangsúlyozni: a kétirányú akkumulátoros rendszerek nem polarizált megszakítókat igényelnek. Az egyirányú terhelésekhez (PV, DC motorhajtások) tervezett szabványos DC megszakítók permanens mágneses ívfúvó rendszereket tartalmaznak, amelyek egy irányba történő áramlásra vannak optimalizálva. Amikor ezeket az eszközöket BESS alkalmazásokba telepítik, megfelelően működnek az akkumulátor kisülése során (az áram az akkumulátor pozitív kapcsa felől a terhelés felé folyik), de katasztrofálisan meghibásodnak a töltés során (az áram az akkumulátor pozitív kapcsa felé folyik).

A meghibásodási mechanizmus egyszerű: a permanens mágnes mező iránya segíti az ívmozgást a szétválasztó kamrába a kisülés során, de ellentétes az ívmozgással a töltés során. Ahelyett, hogy felfelé fújnák az ívterelőbe, az ív a töltés irányú zárlatok során a kontaktus területén stagnál. Az ívhőmérséklet milliszekundumokon belül meghaladja a kontaktus anyagának hőkapacitását, ami a kontaktusok összehegedését vagy a ház áttörését okozza.

A VIOX BESS megszakítók elektromágneses tekercses ívfúvó rendszereket használnak permanens mágnesek nélkül. A tekercs a zárlati áram nagyságával arányos mágneses mezőt generál, és automatikusan úgy van orientálva, hogy az ívet a szétválasztó kamrába hajtsa, függetlenül az áram irányától. Ez 15-20%-vel növeli a gyártási költségeket, de a BESS biztonsága szempontjából nem alku tárgya.

Vizsgálati és karbantartási ütemtervek

Hajtsa végre a következő ellenőrzési és vizsgálati protokollt a BESS védelmi eszközeihez:

Havi szemrevételezéses ellenőrzés: Ellenőrizze a megszakító kapcsai körüli elszíneződést (ami laza csatlakozásokra és hőterhelésre utal), ellenőrizze, hogy nincs-e fizikai sérülés a házon vagy a rögzítőelemeken, győződjön meg arról, hogy a megszakító nincs kioldott helyzetben a kezelő tudta nélkül.

Negyedéves termográfiai felmérés: Infravörös kamerával mérje meg a kapcsok hőmérsékletét névleges terhelés mellett. A környezeti hőmérséklet feletti hőmérséklet-emelkedés nem haladhatja meg az 50K-t. A >70K emelkedést mutató csatlakozások laza csatlakozásokat jeleznek, amelyek azonnali nyomatékellenőrzést és javítást igényelnek.

Éves kioldási tesztelés: A megszakító tesztgombjának vagy egy külső kioldótekercs-tesztelő eszköznek a használatával ellenőrizze, hogy a mechanikus kioldási funkció megfelelően működik-e. Ez nem teszteli a túlterhelés vagy a rövidzárlati kioldás kalibrálását, de megerősíti, hogy a kioldó mechanizmus nincs beragadva vagy sérülve.

Kétévenkénti kontaktusellenállás-mérés: A megszakító leválasztása és zárolása után mérje meg a kontaktusellenállást digitális alacsony ellenállású ohmmérővel (DLRO) 100A DC tesztáramon az IEC 60947-2 8.3.2. pontja szerint. A kontaktusellenállás nem haladhatja meg az új megszakítóra vonatkozó gyártó által közzétett érték 150%-át. A megnövekedett ellenállás kontaktus eróziót és leromlott rövidzárlati teljesítményt jelez.

Ötéves kalibrációs tesztelés: Öt év üzemeltetés után, vagy bármilyen, az Ics 50%-át meghaladó hibamegszakítás után a megszakítónak teljes kalibrációs tesztelésen kell átesnie egy képzett vizsgáló laboratórium által. Ez magában foglalja a kioldási görbe ellenőrzését túlterheléses, rövid idejű és pillanatnyi tartományokban, valamint a kontaktusellenállás, a szigetelési ellenállás és a mechanikai tartóssági tesztelést.

Azokat a megszakítókat, amelyek a Icu névleges értékükhöz közeli hibákat szakítottak meg, azonnal ki kell cserélni, függetlenül a külső állapottól. A belső ívoltó kamra sérülése kívülről nem látható, de veszélyeztetheti a jövőbeli hibamegszakítási képességet.

Gyakran Ismételt Kérdések

K: Mi a fő különbség a PV és a BESS rövidzárlati árama között?

V: A napelemes rendszerek áramkorlátozott források, amelyek rövidzárlati árama (Isc) jellemzően csak 1,15-1,25-szöröse a névleges üzemi áramnak a fotovoltaikus cellák fizikai tulajdonságai miatt. Az akkumulátoros energiatároló rendszerek rendkívül alacsony belső ellenállással rendelkeznek (2-10 mΩ cellánként), ami a névleges áram 10-50-szeresét kitevő hibaáramokat tesz lehetővé. Egy 10 kW-os napelemrendszer maximálisan 3 kA hibaáramot produkálhat, míg egy 10 kWh-s akkumulátorrendszer 20 kA-t vagy többet is képes leadni. Ez a lényeges különbség megköveteli, hogy a BESS DC megszakítói 20 kA, 30 kA vagy 50 kA megszakítási képességgel (Icu) rendelkezzenek, szemben a PV alkalmazásokhoz elegendő 6 kA vagy 10 kA-val.

K: Miért nem használhatok szabványos 10 kA-es MCB-t az akkumulátorrendszeremben?

V: Egy 10 kA-es megszakítót úgy terveztek és teszteltek, hogy laboratóriumi körülmények között akár 10 000 amper hibaáramot is megszakítson. Az akkumulátorrendszerek alacsony belső ellenállásuk miatt rutinszerűen 20 kA és 50 kA közötti hibaáramokat generálnak. Amikor egy 10 kA-es megszakító megpróbál megszakítani egy 30 kA-es akkumulátorhibát, az ívenergia meghaladja a megszakító ívoltó kamrájának hőkapacitását, ami ív stagnálást, kontaktushegesztést és potenciális robbanásszerű meghibásodást okoz. A megszakító fizikailag nem tudja eloltani az ívet – a hiba addig folytatódik, amíg a felsőbb szintű védelem működésbe nem lép, vagy az akkumulátort manuálisan le nem választják. Ez súlyos tűzveszélyt és berendezéskárosodást okoz, amely messze túlterjed a meghibásodott megszakítón.

K: Mit jelent az Ics = 100% Icu, és miért fontos ez?

V: Az Icu (végső megszakítási képesség) a maximális hibaáram, amelyet egy megszakító robbanás nélkül képes megszakítani. Az Ics (üzemi megszakítási képesség) az a hibaáramszint, amelynél a megszakító több hibát is képes megszakítani, és továbbra is teljesen üzemképes marad. Sok szabványos megszakító Ics = az Icu 50%-a, ami azt jelenti, hogy egy 30 kA-es megszakító csak 15 kA-es hibákat képes megbízhatóan kezelni ismételten. Ha egy 25 kA-es hibát szakít meg, a megszakító sikeres lehet, de belsőleg megsérül, és ki kell cserélni. A VIOX BESS megszakítók elérik az Ics = 100% Icu értéket – egy 30 kA-es megszakító teljes üzemképességet tart fenn, miután többször is megszakított 30 kA-es hibákat. Ez kiküszöböli a kötelező cserét jelentős hibaesemények után, és jelentősen csökkenti az életciklus költségeit az akkumulátoros telepítésekben, ahol a védelmi eszközök 20+ év alatt ismételt terhelésnek lehetnek kitéve.

K: Hogyan számíthatom ki a BESS-hez szükséges megszakítási képességet?

V: Számítsa ki a várható rövidzárlati áramot a következőképpen: Isc = Vmax / (k × Rbatt/Np + Rconn), ahol Vmax a maximális töltési feszültség, Rbatt az egyetlen string belső ellenállása, Np a párhuzamos stringek száma, Rconn a gyűjtősín/csatlakozási ellenállás (jellemzően 15-40 mΩ), és k a hőmérséklet csökkentési tényező (használjon 0,7-et forró üzemhez). Szorozza meg az eredményt 2,2-vel, hogy figyelembe vegye a hiba kezdetekor fellépő aszimmetrikus csúcsáramot. A megszakító Icu névleges értékének legalább 1,25× biztonsági tényezővel meg kell haladnia ezt a csúcsértéket. Egy 400 V-os, 200 kWh-s rendszerhez, 8 párhuzamos stringgel és 250 mΩ stringellenállással: Isc(csúcs) = 2,2 × [456V / (0,7×31,25mΩ + 25mΩ)] = 21,4kA. Szükséges megszakító: 21,4kA × 1,25 = minimum 26,75kA, specifikáljon 30kA névleges eszközt.

K: Mikor kell MCCB-t használnom MCB helyett akkumulátortárolóban?

V: Használjon MCCB-ket (öntött házas megszakítókat) minden olyan BESS alkalmazáshoz, ahol a várható hibaáram meghaladja a 15 kA-t, vagy a rendszerfeszültség meghaladja a 600 VDC-t. Az MCB-k (kismegszakítók) körülbelül 63A-es keretméretekre és az IEC 60898-1 szabvány szerint maximum 20 kA-es megszakítási képességre korlátozódnak. Ezek alkalmasak 20 kWh alatti lakossági akkumulátorrendszerekhez 48 V-on vagy 100 V-on. A kereskedelmi és közüzemi méretű telepítések MCCB-ket igényelnek a magasabb hibaáramok, a nagyobb keretméretek (125A-2500A) és a további funkciók, beleértve az állítható kioldási beállításokat, a segédérintkezőket és a söntkioldási képességet miatt. Az MCCB-k emellett kiváló ívoltó kamratérfogatot és kontaktusnyomást biztosítanak, amelyek szükségesek a nagy akkumulátorbankok hibáira jellemző tartós energiafelszabadulás megbízható megszakításához. Soha ne használjon lakossági MCB-ket kereskedelmi BESS-ben, függetlenül az áramerősség egyezésétől – a megszakítási képesség alapvetően elégtelen.

K: Szükségem van biztosítékokra a nagy BESS-hez a megszakítók mellett?

V: Igen, közüzemi méretű és nagy kereskedelmi BESS telepítésekhez, ahol a várható hibaáram meghaladja az 50 kA-t. Alkalmazzon koordinált védelmet: 30 kA vagy 50 kA névleges stringszintű MCCB-ket, amelyeket 300 kA vagy annál nagyobb névleges rackszintű HRC biztosítékok támogatnak. Az MCCB kezeli a rutinszerű túlterheléseket és a mérsékelt hibákat a Ics névleges értékéig anélkül, hogy cserére lenne szükség. A biztosíték végső biztonsági védelmet nyújt a megszakító kapacitását meghaladó extrém hibaállapotok esetén. A megfelelő idő-áram görbe koordináció biztosítja, hogy a megszakító először a névleges értékén belüli hibák esetén működjön, míg a biztosíték csak katasztrofális események esetén működjön. Ez a stratégia csökkenti a karbantartási költségeket (a biztosítékok ritkán működnek), miközben átfogó védelmet biztosít a teljes hibaáram tartományban. Az 50 kA alatti várható hibaáramú rendszerekhez a megfelelően méretezett MCCB-k önmagukban is elegendőek – a biztosítékok hozzáadása növeli a költségeket anélkül, hogy biztonsági előnyt jelentene.

Következtetés

Az akkumulátoros energiatároló rendszerek széles körű elterjedése kritikus védelmi kihívást jelentett, amelyet a mérnököknek megfelelő technológiával kell kezelniük: a napelemes alkalmazásokhoz tervezett szabványos DC megszakítók katasztrofálisan meghibásodnak, ha BESS telepítésekben alkalmazzák őket. A lényeges különbség a hibaáram jellemzőiben rejlik – a napelemek rövidzárlati áramot szolgáltatnak, amely a névleges áram körülbelül 1,25-szörösére korlátozódik, míg a milliohm szintű belső ellenállással rendelkező akkumulátorbankok a névleges áram 10-50-szeresét kitevő hibaáramokat generálnak.

A megfelelő BESS védelemhez a rendszer méretétől, feszültségétől és párhuzamos konfigurációjától függően 20 kA, 30 kA vagy 50 kA megszakítási képességű (Icu) megszakítókra van szükség. Ugyanilyen fontos az üzemi megszakítási képesség (Ics) névleges értéke, amely meghatározza, hogy a megszakító a nagyobb hibák megszakítása után is működőképes marad-e. A VIOX BESS minősítésű megszakítók elérik az Ics = 100% Icu értéket, kiküszöbölve a szabványos ipari megszakítóknál gyakori kötelező csere követelményt hibaesemények után.

Az akkumulátortároló rendszerekben a megszakítók alulméretezése nem a csökkent megbízhatóság vagy a megnövekedett karbantartási költségek kérdése – azonnali tűzveszélyt és katasztrofális meghibásodási módokat teremt. Egy 10 kA-es megszakító, amely megpróbál megszakítani egy 30 kA-es akkumulátorhibát, nem tudja eloltani az ívet. Ennek eredménye a tartós hibaáram-szolgáltatás, a szomszédos berendezések termikus megsemmisülése és az akkumulátorrackeken keresztüli potenciális termikus szökés terjedése.

A BESS védelmet specifikáló mérnököknek pontos hibaáram-számításokat kell végezniük, figyelembe véve az akkumulátor kémiai összetételét, belső ellenállását, párhuzamos konfigurációját, csatlakozási ellenállását és hőmérsékleti hatásait. Válasszon megszakítókat a számított csúcs hibaáram felett legalább 1,25× biztonsági tartalékkal, az összes csökkentési tényező alkalmazása után. Kereskedelmi és közüzemi telepítésekhez alkalmazzon stringszintű MCCB védelmet, amelyet rackszintű HRC biztosítékok támogatnak, hogy átfogó védelmet biztosítson a teljes hibaáram tartományban.

A VIOX Electric teljes BESS védelmi megoldásokat kínál mérnöki támogatással a hibaáram elemzéséhez, a megszakító kiválasztásához és a koordinációs tanulmányokhoz. A BESS minősítésű termékeink megfelelnek az IEC 60947-2, UL 1077 és UL 489 szabványoknak, biztosítva a nagy megszakítási képességet, a kétirányú ívoltást és a termikus stabilitást, amelyek elengedhetetlenek a megbízható akkumulátorrendszer védelemhez.

Vegye fel a kapcsolatot a VIOX Engineeringgel még ma egy ingyenes BESS védelmi rendszer tervezési konzultációért, és győződjön meg arról, hogy akkumulátortároló telepítése eléri a biztonságot és a megbízhatóságot, amelyet befektetése megkövetel.