Как подобрать номинал предохранителей и разъединителей DC для фотоэлектрических систем согласно NEC 690

Выбор номинала разъединителя фотоэлектрической системы — это нет универсальная Isc × 1,56 расчет. Обоснованный метод заключается в разделении четырех решений:

1. Рассчитайте максимальный ток цепи в соответствии с местной редакцией NEC.
2. Решите, требуется ли защита от сверхтока, а затем подберите номинал OCPD, если она требуется.
3. Выберите разъединитель DC для максимального тока цепи, максимального напряжения, требуемой функции переключения и условий окружающей среды.
4. Проверьте полные данные об изделии и сборке: сертификацию, маркировку, SCCR, конфигурацию полюсов, корпус, клеммы проводников и инструкции производителя.

Привычное значение 156% получается в результате двух этапов 125% в рамках одного общего пути согласно NEC: сначала от тока короткого замыкания модуля к максимальному току цепи, затем от максимального тока цепи к номиналу стандартного устройства защиты от сверхтоков (OCPD). Второй коэффициент не является автоматически коэффициентом номинала разъединителя.

Граница проектирования: Редакции NEC и местные поправки принимаются по разным графикам. Используйте редакцию, действующую в соответствии с требованиями органа, обладающего юрисдикцией (AHJ), инструкции к модулю и инвертору, условия для сертифицированного оборудования и проектную документацию. В этой статье объясняется структура принятия решений; она не является утвержденным проектом.

Четырехэтапная модель выбора номиналов

Линия	Вопрос	Основной выход	Не путайте это с
Ток в цепи	Каков максимальный ток согласно NEC для данного источника, выходной или входной цепи?	Максимальный ток цепи	Номинал плавкого предохранителя или значение тока по каталогу для выключателя
Проводники и устройство защиты от сверхтока (OCPD)	Требуется ли защита от сверхтока и какой номинал допустим для всей цепи?	Допустимая токовая нагрузка проводника и номинал/размещение OCPD	Разъединитель, находящийся под нагрузкой
Разъединитель	Какие требуются ток, напряжение, коммутационная способность, количество полюсов, тип корпуса и клеммы?	Технические характеристики разъединителя	Функция срабатывания предохранителя или автоматического выключателя
Сертификация и устойчивость к токам короткого замыкания	Подходит ли данное устройство или сборка для рынка и доступного тока короткого замыкания?	Сертификация, данные по SCCR/отключающей способности, маркировка, документация	Логотип стандарта или брошюра по серии изделий

Исходные данные, необходимые для расчета

Не начинайте с каталога выключателей. Сначала соберите данные о цепи.

Вход	Почему это важно	Источник данных
Isc и Voc модуля	Начальные значения для расчетов тока и напряжения	Точный технический паспорт/заводская табличка модуля
Максимальный номинал предохранителя	Верхний предел для OCPD цепи источника	Технический паспорт/заводская табличка модуля
Количество модулей в последовательном соединении на одну цепочку	Определяет напряжение холостого хода цепи	Проектирование массива
Параллельные цепи в точке расчета	Определяет суммарный ток и воздействие обратного тока	Однолинейная схема
Минимальная ожидаемая температура	Используется для максимального напряжения PV	Основа проектирования объекта и метод NEC
Предельные значения инвертора или преобразователя DC-to-DC	Может повлиять на допустимый метод расчета, обратную подачу питания и совместимость оборудования	Точные инструкции к изделию
Тип проводника, температурный класс и монтаж	Необходимо для определения допустимой токовой нагрузки, поправочных коэффициентов и регулировки	Способ прокладки проводки и характеристики проводников
Другие подключенные источники	Электросеть, аккумуляторная батарея или параллельные источники могут изменить доступный ток и места установки устройств защиты от сверхтоков (OCPD)	Полная архитектура системы
Доступный ток короткого замыкания	Необходимо для определения отключающей способности и номинальных параметров при коротком замыкании	Инженерное исследование или проверенный расчет
Функция разъединения	Коммутация нагрузки, изоляция оборудования, изоляция для технического обслуживания или другая определенная функция	Описание проекта и принятые нормы
Температура окружающей среды, корпус, высота над уровнем моря и монтаж	Может изменить допустимый ток и пригодность для условий окружающей среды	Условия на объекте и инструкции к изделию
Целевой рынок и орган, осуществляющий надзор (AHJ)	Определяет принятый норматив и требуемую сертификацию/подтверждение	Требования проекта

Если открытым остается вопрос о том, куда где должен располагаться разъединитель, а не о его номинальных характеристиках, начните с руководства по размещению разъединителя солнечной установки.

Шаг 1: Расчет максимального тока цепи фотоэлектрической системы

Для стандартной цепи источника фотоэлектрической системы, использующей метод тока короткого замыкания модуля, привычной отправной точкой является:

Максимальный ток цепи источника = Isc модуля × 1.25

Для идентичных цепочек, соединенных параллельно:

Максимальный суммарный выходной ток = количество параллельных цепочек × Isc модуля × 1.25

Коэффициент 1.25 здесь преобразует значение Isc модуля в максимальный ток цепи для данного распространенного метода NEC. Это еще не номинал плавкого предохранителя, допустимая токовая нагрузка проводника или типоразмер разъединителя по каталогу.

Статья 690 также содержит пути для цепей, подключенных к электронным преобразователям мощности, и для определенных инженерных расчетов крупномасштабных фотоэлектрических систем. Учет тока двусторонних модулей и ограничения конкретного оборудования также могут изменить входные данные. Поэтому используйте метод, разрешенный принятой редакцией NEC и подтвержденный проектной документацией, вместо того чтобы подгонять каждую систему под одно и то же уравнение.

Типовой пример: шесть параллельных цепочек

Предположим, имеется шесть идентичных цепочек, каждая из которых использует модули со следующими характеристиками:

• Isc = 14.45 A
• максимальный номинал последовательного плавкого предохранителя = 25 A
• в данном упрощенном примере дополнительный вклад тока не учитывается

Общий максимальный ток цепи составляет:

6 × 14.45 A × 1.25 = 108.4 A

108.4 A — это максимальный ток цепи на комбинированном выходе для данного расчета. Это не означает автоматического требования к разъединителю на 150 A.

Шаг 2: Определение необходимости установки устройства защиты от сверхтока (OCPD)

Цепь фотоэлектрической системы (PV) не требует установки плавкого предохранителя только лишь из-за наличия модуля. Источники PV имеют ограничение по току, и в некоторых цепях можно обойтись без устройства защиты от сверхтока (OCPD), если соблюдены применимые условия NEC — например, когда проводник обладает достаточной допустимой токовой нагрузкой, а ток от всех источников не превышает допустимый предел сверхтока для оборудования.

Защита от сверхтока становится важной, когда параллельные цепочки, аккумуляторные батареи, электросеть или другой источник могут направить разрушительный ток в цепь или проводник. Место установки OCPD должно определяться направлением и источником этого тока, а не просто выбираться там, где это удобно.

Задайте эти вопросы по порядку:

1. Какие источники могут подавать питание на проводник во время короткого замыкания?
2. Покрывает ли допустимая токовая нагрузка проводника максимальный ток от этих источников после внесения всех необходимых поправок и корректировок?
3. Может ли ток от всех источников превысить предел модуля, преобразователя, проводника или оборудования?
4. Допускает ли принятая редакция NEC защиту с одного конца, требует ли защиты с обоих концов или не допускает использования OCPD для данной цепи?
5. Налагают ли инструкции к модулю, инвертору, объединителю, держателю предохранителя или другому сертифицированному оборудованию дополнительные условия?

Для более глубокого изучения условий отсутствия предохранителей и обратного тока параллельных цепочек см. когда NEC 690.9 требует наличия предохранителей PV-цепочек.

Шаг 3: Выбор номинала предохранителя фотоэлектрической системы или другого OCPD

Там, где требуется OCPD, стандартный путь согласно NEC устанавливает его минимальный номинал на уровне 125% от максимального тока цепи, если не применяется разрешенный путь для сборок с номиналом 100%.

Минимальный номинал обычного OCPD = максимальный ток цепи × 1.25

Объединение этого с обычным методом Isc модуля дает:

Isc × 1.25 × 1.25 = Isc × 1.5625

Это и есть происхождение сокращенного “правила 156%”. Оно может быть полезно для расчета OCPD цепи источника по стандартной методике, но только после подтверждения того, что выбранный нормативный путь применим.

Выбранный плавкий предохранитель или автоматический выключатель должен удовлетворять всем применимым ограничениям, а не только расчетному минимуму:

• на уровне или выше требуемого минимального номинала;
• на уровне или ниже максимального номинала последовательного предохранителя модуля, если это ограничение применимо;
• совместимый с допустимой токовой нагрузкой проводника после внесения поправок и корректировок;
• подходящий для максимального напряжения DC;
• с достаточной отключающей способностью для ожидаемого тока короткого замыкания;
• правильную категорию применения PV, сертификацию, держатель и комбинацию сборки; и
• допускается инструкциями к оборудованию и стандартными правилами выбора номинала тока.

Если следующий стандартный номинал OCPD превышает предел модуля, проводника, держателя или оборудования, не следует “округлять в большую сторону в надежде на лучшее”. Измените проводник, архитектуру, группировку стрингов или оборудование так, чтобы все ограничения могли быть соблюдены.

Для оценки продукции в Северной Америке UL Solutions определяет стандарты UL 248-19 и UL 2579 в качестве путей для PV-предохранителей. В проектах, ориентированных на IEC, МЭК 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.

Шаг 4: Выбор номинального тока разъединителя DC — отдельно

Для изоляции оборудования согласно статье 690 NEC, разъединитель или изолирующее устройство должны быть оценены для той цепи, которую они контролируют. В качестве базового уровня, применимый номинальный ток разъединителя должен быть не меньше максимального тока цепи. Затем примените условия сертификации конкретного изделия, ограничения по непрерывному использованию, поправки на температуру окружающей среды, влияние корпуса, предельные параметры клемм и инструкции производителя.

Для примера с шестью стрингами:

• максимальный ток цепи = 108.4 A;
• минимальное значение для обычного OCPD, если он требуется на этом выходе = 108.4 A × 1.25 = 135.5 A до учета стандартных типоразмеров и ограничений оборудования;
• базовое значение тока разъединителя = не менее 108.4 A, с последующей проверкой использования конкретного изделия и коэффициентов снижения номинальных характеристик.

Результатом может быть устройство по каталогу на 125 A, 150 A, 160 A или больше, в зависимости от того, как именно классифицируется и используется изделие. Суть в том, что 150 A не следует автоматически из применения коэффициента OCPD к разъединителю.

Не считайте, что номинальный ток по каталогу означает одно и то же для разных изделий. Уточните, является ли он номиналом для длительного тока, номиналом для выключателя общего назначения, номиналом для фотоэлектрических систем, номиналом категории применения или номиналом, зависящим от указанной схемы полюсов. В Руководство по номинальным характеристикам разъединителей DC объясняются эти различия в паспортных данных.

Шаг 5: Расчет максимального напряжения DC

Одного выбора размера по току недостаточно для квалификации разъединителя фотоэлектрической системы. Последовательно соединенные модули повышают напряжение, а Voc модуля увеличивается при падении температуры ячеек.

Для стринга, использующего табличный метод NEC, концептуальный расчет выглядит так:

Максимальное напряжение фотоэлектрической системы = количество модулей последовательно × Voc модуля × применимый поправочный коэффициент для низкой температуры

Другие разрешенные методы могут использовать температурные коэффициенты, предоставленные производителем, или инженерные расчеты. Используйте метод, разрешенный принятой редакцией NEC и самой низкой ожидаемой температурой на объекте.

Выбирайте плавкий предохранитель, держатель, автоматический выключатель, разъединитель, сумматор, SPD и вход инвертора на напряжение DC, по крайней мере равное рассчитанному максимуму. Проверьте любые ограничения по полярности, заземлению и последовательному соединению полюсов. Никогда не делайте вывод о возможности работы при 1,000 V или 1,500 V путем сложения маркировок отдельных полюсов, если точные инструкции прямо не разрешают такую схему.

Шаг 6: Определите требуемую функцию коммутации

“Термины ”разъединитель“, ”изолятор“ и ”выключатель-разъединитель» не являются взаимозаменяемыми во всех стандартах или при монтаже.

Если предполагается, что устройство будет размыкаться во время протекания тока, оно должно быть оценено и промаркировано на соответствие требуемой нагрузочной способности при размыкании цепи DC при фактическом напряжении, токе и схеме подключения. Некоторые изолирующие устройства допускаются к применению только в том случае, если прерывание нагрузки предотвращается блокировкой, или если устройство имеет маркировку, запрещающую эксплуатацию под нагрузкой. Наличие рукоятки и символа «ВЫКЛ» (OFF) не подтверждает способность устройства к размыканию под нагрузкой.

Определите функцию перед выбором продукта:

• Будет ли он регулярно эксплуатироваться под нагрузкой?
• Является ли он только точкой изоляции оборудования после того, как другое устройство разомкнет цепь?
• Требует ли проект видимого разрыва или возможности блокировки изоляции?
• Должен ли он служить средством отключения фотоэлектрической системы, разъединителем оборудования или только изолятором для технического обслуживания?
• Что остается под напряжением после срабатывания?

Разъединитель DC также не является автоматически системой быстрого отключения. Расположение и функции рассматриваются отдельно в Руководство по выбору разъединителей для солнечных энергосистем.

Шаг 7: Проверьте SCCR и отключающую способность

Два номинальных значения часто путают:

• Отключающая способность относится к способности OCPD безопасно прерывать ток короткого замыкания.
• Номинальный ток короткого замыкания (SCCR). относится к способности оборудования или сборки выдерживать ожидаемый ток короткого замыкания при заданных условиях.

Номинал отключающей способности плавкого предохранителя не становится автоматически значением SCCR сумматорной коробки или сборки разъединителя. SCCR всей сборки зависит от оцененной комбинации разъединителя, предохранителя и держателя, клемм, шин, корпуса, диапазона проводников, расстояний и любых средств токоограничивающей защиты.

Фотоэлектрические массивы имеют ограничение по току, но аккумуляторы, параллельные сумматоры, а также пути обратной подачи от инвертора или электросети могут существенно изменить доступный ток короткого замыкания. Документируйте каждый источник. Убедитесь, что:

• отключающая способность OCPD не меньше доступного тока короткого замыкания на его клеммах;
• значения SCCR разъединителя и оборудования соответствуют условиям установки;
• любые заявленные значения серийного номинала или токоограничения специально разрешены и задокументированы; и
• маркировка сборки отражает утвержденную конфигурацию.

Более подробную информацию см. в отключающая способность фотоэлектрического предохранителя.

Шаг 8: Сопоставьте путь оценки изделия

Стандарты определяют категории продукции; они не одобряют установку только на основании своего названия.

Компонент или функция	Североамериканские оценочные ссылки, определенные UL Solutions	Ссылка на стандарты IEC	Что нужно проверить
Фотоэлектрический предохранитель	UL 248-19 / UL 2579	МЭК 60269-6	Напряжение, ток, применение, отключающая способность, комбинация держателей
фотоэлектрический разъединитель	UL 98B / UL 508I	МЭК 60947-3	Точное перечисление/категория, ток, напряжение, режим работы, полюса, маркировка, SCCR
Автоматический выключатель для фотоэлектрических систем	UL 489B	Стандарт на автоматические выключатели для конкретного рынка	Напряжение, ток, расцепление, полярность, отключающая способность, применение
Комбайнер (блок объединения)	UL 1741 или применимый аттестованный путь сборки	Применимые стандарты на сборки/изделия	SCCR сборки, корпус, клеммы, защита, маркировка

Страница сертификации компонентов солнечных энергосистем UL Solutions перечисляет эти пути сертификации продукции. Они не являются взаимозаменяемыми. Например, отчет по стандарту IEC 60947-3 может служить соответствующим доказательством для выключателя-разъединителя на рынке IEC, но не подтверждает сертификацию по UL 98B или UL 508I.

Перед выбором изделия получите точный номер модели и проверьте его в соответствующей базе данных сертификации. Брошюра по серии, фраза “разработано в соответствии с”, маркировка CE или сертификат на аналогичную модель не являются заменой требуемой сертификации и условий приемлемости.

Пример А: одна фотоэлектрическая цепочка

Предположим, одна цепочка с:

• Isc модуля = 14.45 A;
• Voc модуля = 49.5 V;
• 20 модулей последовательно;
• максимальный номинал последовательного предохранителя = 25 A; и
• иллюстративный коэффициент напряжения при низкой температуре 1,14, выбранный в соответствии с разрешенным методом проекта.

Текущий

Максимальный ток цепи:

14.45 A × 1.25 = 18.06 A

Если принятые условия NEC показывают, что ни один источник не может вызвать протекание чрезмерного тока в цепи и предельные значения для проводника/оборудования соблюдены, устройство защиты от сверхтока (OCPD) для цепи источника может не потребоваться.

Если устройство защиты от сверхтока (OCPD) требуется и применяется стандартный путь OCPD 125%:

18.06 A × 1.25 = 22.58 A

Следующим подходящим стандартным номиналом может быть 25 A, но только при условии соблюдения ограничения максимального последовательного предохранителя 25 A, допустимой токовой нагрузки проводника, напряжения, держателя и требований сертификации. Данный пример не дает разрешения на использование предохранителя 25 A для другого модуля.

Базовое значение тока отключения остается не менее 18.06 A, в зависимости от условий эксплуатации конкретного изделия. Оно не становится равным 22.58 A только лишь потому, что это значение использовалось для выбора номинала OCPD.

Напряжение

Максимальное напряжение цепочки для данного иллюстративного метода:

20 × 49.5 V × 1.14 = 1,128.6 V DC

Устройство на 1,000 V DC не будет соответствовать этому расчетному значению. Следующим кандидатом может быть изделие на 1,200 V или 1,500 V, однако точное допустимое напряжение, конфигурацию полюсов, режим работы, сертификацию и совместимость оборудования все равно необходимо проверить.

Пример B: выход сумматора шести цепочек

При использовании шести параллельных цепочек с тем же током модуля Isc 14.45 A:

Максимальный ток цепи

6 × 14.45 A × 1.25 = 108.4 A

Выходной OCPD, если требуется

108.4 A × 1.25 = 135.5 A

Проектировщик может рассмотреть стандартный OCPD на 150 A, но только после подтверждения допустимой токовой нагрузки проводника, ограничений сумматора и инвертора, правил выбора стандартных типоразмеров, отключающей способности и условий эксплуатации сертифицированного оборудования. Если какое-либо из ограничений ниже, архитектуру необходимо изменить.

Разъединитель

Разъединитель должен быть рассчитан как минимум на максимальный ток цепи 108.4 A до применения специфических для изделия условий. Затем проектировщик должен проверить максимальное напряжение, функцию разрыва нагрузки, SCCR, сертификацию, корпус, клеммы, температуру окружающей среды, монтаж и расположение полюсов.

Стринговые предохранители

При выборе каждого линейного предохранителя также необходимо учитывать вклад обратного тока от других параллельных цепочек и максимальный номинал последовательного предохранителя модуля. Не выбирайте все шесть линейных предохранителей исключительно на основе значения OCPD суммарного выхода. Линейные цепи и выходные цепи являются разными зонами защиты.

Распространенные ошибки при выборе размера

Ошибка	Почему это не работает	Корректирующее действие
Умножьте Isc на 1.56 и примите полученный результат за номинал разъединителя	Второй коэффициент 1.25 обычно относится к выбору номинала OCPD, а не автоматически к току разъединителя	Рассчитайте максимальный ток цепи, затем примените точные условия использования разъединителя
Установите предохранитель на каждую цепочку без проверки необходимости	Некоторые цепи с ограничением тока могут соответствовать требованиям NEC без OCPD	Оцените ток от всех источников, допустимую токовую нагрузку проводников и предельные параметры оборудования
Выбирайте только по значению тока в амперах	Выключатель может обладать достаточной пропускной способностью по току, но не соответствовать требованиям по напряжению DC, режиму работы, SCCR, количеству полюсов или сертификации	Используйте многоуровневую спецификацию
Сложите напряжения на полюсах согласно типовой схеме	Возможность работы с напряжением DC может зависеть от специфического для данной модели последовательного расположения контактов	Следуйте точной схеме подключения и маркировке модели
Рассматривайте отключающую способность предохранителя как SCCR сумматора	Номинальные параметры компонентов и сборки различаются	Проверьте номинальный ток короткого замыкания (SCCR) сборки и конфигурацию
Примените общий температурный коэффициент 80%, 90% или 95%	Снижение номинальных характеристик изделия зависит от конкретной конструкции, корпуса, температуры окружающей среды и условий испытаний	Используйте кривые для конкретных моделей и инструкции по монтажу
Рассматривайте соответствие стандартам IEC как сертификацию для рынка США	Стандарты и системы одобрения продукции на рынке имеют разные сферы применения	Согласуйте документацию с требованиями проекта и AHJ
Примите, что положение OFF означает, что все проводники фотоэлектрической системы обесточены	Освещенные модули могут поддерживать напряжение на проводниках со стороны массива	Определите границы изоляции и соблюдайте правила техники безопасности при выполнении работ

Контрольный список для проверки проекта и запроса коммерческого предложения (RFQ)

Отправляйте поставщикам и рецензентам полное описание цепи, а не только запрос “Нужен разъединитель на 150 A для солнечной установки”. Включите:

• принятую редакцию NEC, юрисдикцию и требуемый путь оценки продукции;
• однолинейную схему и точное местоположение/функцию разъединителя;
• марку/модель модуля, Isc, Voc, максимальный номинал последовательного предохранителя и температурные коэффициенты;
• количество модулей в цепочке и количество параллельных цепочек;
• расчетный максимальный ток цепи и метод расчета;
• необходимость применения устройства защиты от сверхтока (OCPD), его предлагаемый номинал/место установки и ограничивающие факторы;
• расчетное максимальное напряжение DC и минимальная расчетная температура;
• доступный ток короткого замыкания и требуемая отключающая способность OCPD/номинальный ток короткого замыкания сборки (SCCR);
• требование к коммутации нагрузки или только к изоляции;
• конфигурация полюсов, заземление, полярность и требование к схеме электрических соединений производителя;
• материал проводника, класс, сечение, температурный класс и требования к клеммам;
• тип корпуса, требование IP/NEMA, диапазон температуры окружающей среды, высота над уровнем моря, монтаж и способ ввода кабеля;
• точный технический паспорт модели, инструкции, чертеж с размерами и схема подключения;
• точный номер листинга/сертификата и запись в базе данных, где это требуется; и
• необходимые маркировки, аксессуары, средства блокировки, запасные предохранители и политика замены деталей.

VIOX предлагает Выключатель-разъединитель DC и солнечный распределительный блок семейства продуктов для технического сравнения. Используйте эти страницы для составления предварительного списка механических форматов и заявленных номинальных характеристик, а затем запросите точные данные по конкретной модели, требуемые проектом. Не делайте выводов о соответствии NEC или наличии листинга UL на основании страницы семейства продуктов.

Заключительное положение

Самую безопасную последовательность выбора номиналов легко запомнить:

Сначала ток. Затем OCPD. В третью очередь разъединитель. В последнюю — подтверждающие документы, но это обязательно.

Сокращенный метод 156% применим только там, где действительно требуются оба этапа 125%. Проект фотоэлектрической системы, соответствующий нормам, рассматривает максимальный ток цепи, номинал предохранителя, номинал разъединителя, напряжение, ток короткого замыкания, функцию переключения и одобрение продукта как отдельные проверки, каждая из которых должна быть пройдена.

Источники

• NFPA 70 (Национальный электротехнический кодекс), текущие и архивные редакции через NFPA LiNK
• UL Solutions — Сертификация баланса компонентов фотоэлектрических систем
• UL Solutions — база данных сертификации Product iQ
• IEC — IEC 60269-6:2010+A1:2021, плавкие вставки для фотоэлектрических систем
• IEC — IEC 60947-3:2020+A1:2025, выключатели, разъединители, выключатели-разъединители и комбинации с предохранителями