Подбор предохранителей и разъединителей в объединительных коробках PV требует применения правила NEC 156%: умножьте ток короткого замыкания строки (Isc) на 1,56, затем выберите следующий стандартный номинал предохранителя. Этот двухэтапный расчет учитывает непрерывный режим работы и скачки интенсивности солнечного излучения. Правильный подбор размеров предотвращает сбои в системе, обеспечивает соответствие нормам и защищает от пожароопасности в солнечных установках.
Понимание предохранителей и разъединителей PV
Что такое предохранители с номиналом PV?
Предохранители PV—обозначенные как класс gPV в соответствии с IEC 60269-6—это устройства защиты от сверхтока, специально разработанные для приложений постоянного тока в солнечных системах. В отличие от стандартных предохранителей переменного тока, предохранители gPV могут безопасно прерывать токи короткого замыкания постоянного тока, которые, как известно, трудно погасить из-за отсутствия естественного перехода тока через ноль. Эти предохранители выдерживают экстремальные термические циклы от колебаний солнечного излучения без преждевременного выхода из строя. Они предназначены для прерывания тока при 1,35–1,45-кратном номинальном токе в течение одного-двух часов, защищая от обратных сверхтоков, когда одна строка подает питание в неисправную параллельную строку.
Что такое разъединители постоянного тока?
Разъединители постоянного тока это переключатели, которые изолируют выход объединительной коробки от нижестоящего оборудования для технического обслуживания и аварийного обесточивания. NEC 690.15 требует, чтобы эти разъединители имели номинальную нагрузочную способность для применений на крышах, что означает, что они могут безопасно размыкать цепи при полной нагрузке по току без создания опасной вспышки дуги. Выключатели с разрывом под нагрузкой включают камеры гашения дуги и контакты, рассчитанные на высокую энергию дуги цепей постоянного тока. Разъединители без разрыва под нагрузкой — простые изоляторы — могут работать только после обесточивания цепи и не подходят для выходов объединительной коробки.
Пошаговая методология подбора предохранителей
Шаг 1. Рассчитайте ток короткого замыкания строки
Начните с тока короткого замыкания модуля (Isc) из технического паспорта. Современные высокоэффективные панели варьируются от 9А до 18,5А в зависимости от класса мощности. Для строк с последовательно соединенными модулями Isc остается постоянным (последовательное соединение не добавляет ток). Например, модуль TOPCon мощностью 580 Вт с Isc = 14,45 А в строке из 10 модулей по-прежнему выдает 14,45 А при коротком замыкании.
Шаг 2. Примените правило NEC 156%
Статья 690 NEC требует два последовательных множителя 125%:
Первый множитель (NEC 690.8(A)(1)): Рассчитайте максимальный ток цепи
- Максимальный ток = Isc × 1,25
- Учитывает “эффект края облака” — когда солнечный свет отражается от краев облаков, интенсивность солнечного излучения может кратковременно превышать 1000 Вт/м², поднимая ток выше номинального Isc.
Второй множитель (NEC 690.9(B)): Подберите защиту от сверхтока для непрерывного режима работы
- Номинал OCPD = Максимальный ток × 1,25
- Цепи PV работают на максимальной мощности в течение 3+ часов в день. Стандартные устройства непрерывно обрабатывают только 80% номинального тока, поэтому коэффициент 125% (обратный 80%) предотвращает ложные срабатывания.
Комбинированный расчет: Isc × 1,25 × 1,25 = Isc × 1,56
Шаг 3. Выберите стандартный номинал предохранителя
Округлите до следующего доступного стандартного размера предохранителя: 10A, 15A, 20A, 25A, 30A. Выбранный предохранитель не должен превышать максимальный номинал последовательного предохранителя модуля (указан в техническом паспорте, обычно от 20A до 30A для большинства панелей).
Пример: Строка Isc = 14,45A
- Минимальный номинал предохранителя: 14,45A × 1,56 = 22,54A
- Выбранный предохранитель: 25A с номиналом gPV
Шаг 4. Подберите размер разъединителя постоянного тока
Суммируйте максимальные токи от всех параллельных строк, затем примените коэффициент безопасности 125%:
Номинал разъединителя = (Количество строк × Isc × 1,25) × 1,25
Для 6 строк по 14,45 А каждая:
- Общий ток: 6 × 14,45A × 1,25 = 108,4A
- Номинал разъединителя: 108,4A × 1,25 = 135,5A
- Выбранный разъединитель: 150A с номинальной нагрузочной способностью
Таблица 1: Примеры подбора размеров предохранителей для распространенных модулей PV
| Мощность модуля | Модуль Isc | Мин. номинал предохранителя (×1,56) | Выбран стандартный предохранитель | Макс. строк на 30A Автоматический выключатель |
|---|---|---|---|---|
| 400 Вт | 10,5A | 16,38A | 20A | 8 |
| 500W | 13,0A | 20,28A | 25A | 6 |
| 580W | 14,45A | 22,54A | 25A | 6 |
| 600W (TOPCon) | 18,5A | 28,86A | 30A | 4 |
| 750W (HJT) | 15,8A | 24,65A | 25A | 5 |
Краткие справочные таблицы размеров
Стандартные конфигурации и номиналы разъединителей
Таблица 2: Подбор размеров разъединителей по конфигурации строк
| Количество строк | Строка Isc | Полный максимальный ток (×1.25) | Минимальный ток отключения (×1.56) | Рекомендуемый отключатель |
|---|---|---|---|---|
| 4 | 10A | 50A | 62.4A | 80A |
| 6 | 10A | 75A | 93.6A | 100A |
| 8 | 10A | 100A | 124.8A | 150A |
| 4 | 14A | 70A | 87.4A | 100A |
| 6 | 14A | 105A | 131.0A | 150A |
| 8 | 14A | 140A | 174.8A | 200А |
NEC против IEC: Ключевые различия в выборе размеров
Хотя оба стандарта уделяют первостепенное внимание безопасности, их подходы к выбору размеров различаются:
NEC 690.8/690.9 (Северная Америка):
- Выбор размера предохранителя: Isc × 1.56 (156%)
- Обоснование: Непрерывный режим работы + скачки облучения
- Исключение: Устройства, рассчитанные на 100%, требуют только множитель 1.25×
IEC 62548 (Международный):
- Диапазон выбора размера предохранителя: 1.5 × Isc ≤ In ≤ 2.4 × Isc
- Более гибкий, позволяет оптимизировать для конкретных условий
- Требуется снижение номинальных характеристик по температуре при температуре окружающей среды выше 45°C
Таблица 3: Сравнение стандартов для цепи 12A
| Стандарт | Минимальный номинальный ток предохранителя | Типичный выбор | Философии проектирования |
|---|---|---|---|
| НЕК | 18.72A (12A × 1.56) | 20A | Консервативный, единичный множитель |
| МЭК | От 18.0A до 28.8A (12A × 1.5 до 2.4) | От 20A до 25A | Гибкий диапазон в зависимости от условий |
Критерии критического отбора
Требования к номинальному напряжению
Номинальные напряжения предохранителя и отключателя должны превышать максимальное напряжение холостого хода (Voc) системы при самой низкой ожидаемой температуре окружающей среды.
Расчет: Voc_max = Voc модуля × Количество последовательно соединенных модулей × Температурный коэффициент
- При -40°C: 49V × 10 × [1 + 0.0027 × (25 – (-40))] = 576V
- Требуемый номинал: Минимум 600V (стандарт: 600V, 1000V, 1500V). IEC 60269-6 рекомендует номинальное напряжение предохранителя ≥ 1.2 × Voc_max для дополнительного запаса прочности.
Отключающая способность
Отключающая способность по постоянному току (Icn или Icu) должна превышать максимальный ожидаемый ток короткого замыкания в точке установки. Для входов объединительной коробки это обычно суммарный Isc всех других параллельных цепей. Для 8 цепей по 14A каждая:
- Ожидаемый ток короткого замыкания: 7 × 14A = 98A (наихудший случай: 7 исправных цепей питают 1 неисправную цепь)
- Требуемый Icu: ≥ 150A (стандартные предохранители gPV: от 200A до 1500A Icu)
Снижение номинальных характеристик по температуре
Температура внутри объединительных коробок, находящихся под прямыми солнечными лучами, может достигать 65°C - 75°C. Большинство предохранителей gPV рассчитаны на температуру окружающей среды 40°C. Выше этого значения ток уменьшается:
- При 50°C: Снижение номинального тока до 95%
- При 60°C: Снижение номинального тока до 90%
- При 70°C: Снижение номинального тока до 85%
Если ваш предохранитель на 20A работает при температуре окружающей среды 65°C, эффективный номинал = 20A × 0.87 = 17.4A. Убедитесь, что это превышает ваш рассчитанный минимум.
Таблица 4: Контрольный список выбора компонентов
| Критерии выбора | Требование к спецификации | Ссылка на код | Метод проверки |
|---|---|---|---|
| Номинальный ток предохранителя | ≥ Isc × 1.56 (NEC) или 1.5-2.4 (IEC) | NEC 690.9(B), IEC 62548 | Isc из технического паспорта × множитель |
| Номинальное напряжение предохранителя | ≥ 1.2 × Voc_max при минимальной температуре | МЭК 60269-6 | Voc модуля × количество последовательно соединенных модулей × температурный коэффициент |
| Класс предохранителя | gPV (IEC 60269-6) | NEC 690.9(D) | Проверьте маркировку “gPV” |
| Максимальный ток последовательного предохранителя | ≤ Максимальный номинальный ток предохранителя модуля | Технический паспорт модуля | Проверьте паспортную табличку |
| Ток отключения | ≥ Общий Isc × 1,56 | NEC 690.13 | Суммируйте токи всех стрингов |
| Тип разъединителя | Номинал отключения под нагрузкой (на крыше) | NEC 690.15 | Проверьте сертификацию отключения под нагрузкой |
| Мощность прерывания | ≥ Максимальный ток короткого замыкания | NEC 690.9(C) | Рассчитайте вклад параллельных стрингов |
| Температурный рейтинг | Учитывайте снижение номинальных характеристик в зависимости от температуры окружающей среды | МЭК 60269-6 | Измерьте внутреннюю температуру распределительной коробки |
Распространенные ошибки при выборе размеров, которых следует избегать
Ошибка 1: Использование предохранителей переменного тока в приложениях постоянного тока
Предохранители переменного тока не могут безопасно прерывать токи постоянного тока. Дуги постоянного тока не самозатухают при переходе тока через ноль (в постоянном токе его нет). Всегда указывайте предохранители с рейтингом gPV с номинальным напряжением постоянного тока, соответствующим вашей системе.
Ошибка 2: Занижение размеров для непрерывной работы
Применение только первого множителя 125% (Isc × 1,25) без второго приводит к тому, что предохранитель рассчитан только на 80% непрерывной работы. Устройство будет перегреваться и преждевременно выходить из строя в часы пиковой солнечной активности. Всегда используйте полный коэффициент 156%, если не используются устройства с номиналом 100%.
Ошибка 3: Игнорирование максимального номинала последовательного предохранителя модуля
Даже если расчеты показывают предохранитель на 30 А, если в спецификации модуля указано ограничение последовательных предохранителей до 20 А, необходимо использовать 20 А. Превышение этого значения аннулирует гарантии и создает риск возгорания. Решение: уменьшите количество стрингов на распределитель или используйте модули с более высокими номиналами предохранителей.
Ошибка 4: Неправильный расчет параллельных стрингов
При определении размера главного разъединителя распределителя суммируйте максимальные токи (Isc × 1,25) всех стрингов, а затем примените второй множитель 125%. Не применяйте 156% к каждому стринг отдельно — первый множитель применяется к каждому стринг, второй — к объединенному устройству защиты от перегрузки по току (OCPD).
Неправильно: (Стринг 1: 10A × 1,56) + (Стринг 2: 10A × 1,56) = 31,2A
Правильно: [(10A + 10A) × 1,25] × 1,25 = 31,25A
Ошибка 5: Завышение размеров для “будущего расширения”
Установка предохранителя на 60 А для стринга на 10 А “на всякий случай” исключает защиту от перегрузки по току. Предохранитель не сработает при обратных аварийных режимах, что приведет к повреждению кабеля или возгоранию. Выбирайте предохранители по фактическому току стринга; модернизируйте распределительные коробки при добавлении мощности.
Вопросы и ответы
В: Какой предохранитель мне нужен для стринга с Isc 10,5 А?
О: Минимальный номинал предохранителя = 10,5 А × 1,56 = 16,38 А. Выберите следующий стандартный размер: Предохранитель на 20 А с рейтингом gPV. Убедитесь, что это не превышает максимальный номинал последовательного предохранителя модуля, указанный в спецификации.
В: Могу ли я использовать стандартные предохранители переменного тока в распределительной коробке постоянного тока?
О: Нет. Предохранителям переменного тока не хватает отключающей способности постоянного тока для безопасного устранения неисправностей постоянного тока. Дуги постоянного тока поддерживаются неопределенно долго без перехода тока через ноль. Всегда используйте предохранители с рейтингом gPV (IEC 60269-6) с номинальным напряжением постоянного тока, соответствующим напряжению вашей системы.
В: В чем разница между определением размеров предохранителей по NEC и IEC?
О: NEC требует фиксированный множитель 156% (Isc × 1,56) для учета непрерывной работы и скачков облучения. IEC 62548 допускает диапазон от 1,5× до 2,4× Isc, что позволяет разработчикам оптимизировать параметры для конкретных температур окружающей среды и характеристик модуля. Оба стандарта обеспечивают безопасность, но предлагают разную гибкость.
В: Как определить размер распределителя для будущего расширения стрингов?
О: Выбирайте предохранители по фактическому току установленных стрингов. Для разъединителя и шин можно увеличить размер на основе запланированной мощности. Пример: установите предохранители на 20 А для текущей системы с 4 стрингами (14 А Isc), но используйте разъединитель на 150 А и шину на 6 положений, чтобы можно было добавить еще 2 стринга позже без замены корпуса.
В: Нужны ли мне разъединители с номиналом отключения под нагрузкой для всех распределительных коробок?
О: NEC 690.15 требует разъединители с номиналом отключения под нагрузкой для распределительных коробок, расположенных на крышах. В распределителях, расположенных на уровне земли, можно использовать изоляторы без отключения под нагрузкой, если в системе есть главный разъединитель с отключением под нагрузкой в другом месте. Всегда уточняйте у местных органов, имеющих юрисдикцию (AHJ), поскольку толкования могут различаться.
Обеспечьте долгосрочную безопасность системы
Правильный выбор размеров предохранителей и разъединителей защищает ваши инвестиции в фотоэлектрическую систему и обеспечивает годы безопасной и надежной работы. Применяйте правило NEC 156% (Isc × 1,56) для предохранителей, выбирайте следующий стандартный номинал, проверяйте на соответствие максимальным пределам последовательных предохранителей модуля и выбирайте размеры разъединителей для общего суммарного тока. Если сомневаетесь, обратитесь к последним стандартам NEC Article 690 и IEC 62548.
VIOX Electric производит полную линейку фотоэлектрических распределительных коробок, предохранителей с рейтингом gPV и разъединителей постоянного тока с отключением под нагрузкой, разработанных в соответствии с требованиями NEC и IEC. Наша техническая команда предоставляет бесплатную поддержку по определению размеров для ваших конкретных проектов. Свяжитесь с нами по адресу VIOX.com для получения технических паспортов и помощи в применении.
