Почему стандартные автоматические выключатели постоянного тока выходят из строя в BESS: Важность высокой отключающей способности (Icu)

Почему стандартные автоматические выключатели постоянного тока выходят из строя в BESS: Важность высокой отключающей способности (Icu)

Введение

Быстрое развертывание систем хранения энергии на аккумуляторах (BESS) создало серьезную проблему безопасности, которую многие инженеры обнаруживают слишком поздно: стандартные автоматические выключатели постоянного тока, предназначенные для солнечных фотоэлектрических установок, катастрофически выходят из строя при защите систем хранения энергии на аккумуляторах. Этот отказ не является следствием плохого производства или проблем с качеством — это фундаментальное несоответствие между конструктивными характеристиками выключателя и экстремальными характеристиками тока короткого замыкания, присущими литий-ионным аккумуляторным батареям.

Основная причина проста, но часто неправильно понимается. Солнечные фотоэлектрические системы производят токи короткого замыкания, обычно ограниченные примерно 1,25 раза от их номинального рабочего тока (Isc ≈ 1,25 × Ioc). Стандартные автоматические выключатели постоянного тока с номиналом 6 кА или 10 кА легко справляются с этими уровнями тока короткого замыкания. В отличие от этого, установки BESS с аккумуляторными элементами с низким внутренним сопротивлением могут выдавать токи короткого замыкания в 10–50 раз превышающие их номинальный ток в течение миллисекунд после возникновения короткого замыкания. Когда выключатель с номиналом 10 кА пытается прервать ток короткого замыкания от аккумулятора в 30 кА, результат предсказуем: отказ в гашении дуги, разрушение корпуса и потенциальный пожар.

В этой статье рассматривается, почему высокие значения отключающей способности — в частности, 20 кА, 30 кА и 50 кА Icu (предельная отключающая способность) — являются не дополнительными спецификациями, а обязательными требованиями безопасности для защиты BESS. Мы проанализируем технические различия между характеристиками короткого замыкания фотоэлектрических систем и аккумуляторов, объясним критическое различие между значениями Icu и Ics и предоставим инженерные рекомендации по выбору устройств защиты с соответствующим номиналом.

Вышедший из строя стандартный автоматический выключатель в установке BESS, демонстрирующий термическое повреждение из-за недостаточной отключающей способности.
Рисунок 1: Вышедший из строя стандартный автоматический выключатель в установке BESS, демонстрирующий термические повреждения из-за недостаточной отключающей способности.

Фундаментальное различие между короткими замыканиями в фотоэлектрических системах и BESS

Солнечные фотоэлектрические системы: характеристики короткого замыкания с ограничением тока

Фотоэлектрические модули ведут себя как источники с ограничением тока во время короткого замыкания из-за их физических свойств. Когда фотоэлектрическая строка испытывает короткое замыкание, максимальный доступный ток короткого замыкания ограничивается номинальным током короткого замыкания панели (Isc), который обычно превышает ток в точке максимальной мощности (Imp) только на 15-25%. Эта зависимость определяется вольт-амперной характеристикой модуля и остается относительно постоянной независимо от количества параллельных строк, при условии правильной реализации защиты строк предохранителями.

Например, монокристаллическая панель мощностью 400 Вт с номинальным Imp = 10 А обычно имеет Isc = 11-12 А. Даже на крупномасштабной солнечной электростанции с несколькими объединительными коробками ожидаемый ток короткого замыкания в любом месте выключателя редко превышает 6 кА и чаще остается ниже 3 кА. Вот почему автоматические выключатели, соответствующие стандарту IEC 60947-2, с номиналом 6 кА или 10 кА оказались адекватными для десятилетий солнечных установок. Ток короткого замыкания фотоэлектрической системы предсказуем, вычисляем и остается в пределах отключающей способности стандартной защиты цепей бытового и коммерческого класса.

BESS: неограниченная возможность тока короткого замыкания

Системы хранения энергии на аккумуляторах работают по совершенно иным электрохимическим принципам. Литий-ионные, литий-железо-фосфатные (LFP) и другие современные химические источники тока демонстрируют внутреннее сопротивление, измеряемое в миллиомах (мОм) — обычно 2-10 мОм на элемент в зависимости от химического состава, состояния заряда и температуры. Когда несколько элементов сконфигурированы последовательно-параллельно для достижения целевых значений напряжения и емкости системы, суммарное внутреннее сопротивление аккумуляторной батареи становится чрезвычайно низким.

Рассмотрим практический пример: литиевая аккумуляторная батарея 48 В 200 Ач, состоящая из 16 элементов последовательно (16S), при этом каждый элемент имеет внутреннее сопротивление 5 мОм, дает общее сопротивление батареи примерно 80 мОм (0,080 Ом). При коротком замыкании, согласно закону Ома, ожидаемый ток короткого замыкания составляет: Isc = V / R = 48 В ÷ 0,080 Ом = 600 А. Однако этот расчет значительно недооценивает реальность по двум важным причинам.

Во-первых, расчет предполагает только внутреннее сопротивление аккумуляторной батареи. В реальных сценариях короткого замыкания сопротивление шин, клемм и проводов в цепи короткого замыкания может составлять всего 5-20 мОм дополнительного сопротивления. Во-вторых, и что более важно, в современных установках BESS часто используются параллельные аккумуляторные стойки для достижения большей емкости. С четырьмя параллельными стойками 48 В 200 Ач эффективное внутреннее сопротивление падает до 20 мОм, что дает ожидаемый ток короткого замыкания 2400 А — но это все еще недооценивает проблему.

Критическим фактором, который инженеры часто упускают из виду, является асимметричный пиковый ток в течение первого полупериода возникновения короткого замыкания постоянного тока. Из-за отсутствия естественного перехода тока через ноль в системах постоянного тока и индуктивности, присутствующей в межсоединениях аккумуляторов, мгновенный пиковый ток короткого замыкания может достигать 2,0–2,5 раза от расчетного значения в установившемся режиме. Для нашего примера с установившимся режимом 2400 А пиковый ток короткого замыкания может подскочить до 5000-6000 А. В крупномасштабных установках BESS с сотнями параллельных аккумуляторных модулей ожидаемые токи короткого замыкания обычно превышают 30 кА, а в некоторых задокументированных случаях достигали 50 кА или выше.

Чтобы понять архитектуру системы BESS и пути тока короткого замыкания в деталях, обратитесь к нашему подробному руководству по системам хранения энергии на аккумуляторах.

Сравнительная таблица: характеристики короткого замыкания фотоэлектрических систем и BESS

Параметр Солнечная фотоэлектрическая система Система хранения энергии на аккумуляторах
Полное сопротивление источника Высокое (ограничено физикой ячейки) Чрезвычайно низкое (2-10 мОм на ячейку)
Типичное соотношение Isc/Irated 1,15 – 1,25× 10 – 50×
Время нарастания тока короткого замыкания 10-50 мс (преобладает разряд конденсатора) <1 мс (прямой электрохимический разряд)
Ожидаемый ток короткого замыкания (бытовой) 0,5 – 3 кА 5 – 20 кА
Ожидаемый ток короткого замыкания (коммерческий) 2 – 6 кА 20 – 35 кА
Ожидаемый ток короткого замыкания (промышленный масштаб) 5 – 10 кА 30 – 50 кА+
Пиковый асимметричный коэффициент тока 1,3 – 1,5× 2,0 – 2,5×
Стандартный номинал выключателя (адекватный) 6 кА – 10 кА 20 кА – 50 кА
Сложность гашения дуги Умеренная (естественное ограничение тока) Экстремальная (непрерывная подача энергии)

Это фундаментальное различие объясняет, почему автоматический выключатель, успешно защищающий солнечную батарею мощностью 10 кВт, выйдет из строя при установке в аккумуляторную систему мощностью 10 кВт с аналогичным номиналом мощности. Характеристики тока короткого замыкания несопоставимы — они существуют в совершенно разных порядках величины.

Сравнение поперечного сечения стандартных и высоковольтных автоматических выключателей постоянного тока с внутренними механизмами гашения дуги.
Рисунок 2: Сравнение поперечного сечения стандартных и высоковольтных автоматических выключателей постоянного тока с внутренними механизмами гашения дуги.

Понимание Icu и Ics: почему оба важны в BESS

Определение предельной отключающей способности (Icu)

Номинальная предельная отключающая способность при коротком замыкании, обозначенная Icu в IEC 60947-2 и Icn в IEC 60898-1 для миниатюрных автоматических выключателей, представляет собой максимальный ожидаемый ток короткого замыкания, который автоматический выключатель может успешно прервать в лабораторных условиях без катастрофического разрушения устройства. Процедура испытаний, определенная в пункте 8.3.5 стандарта IEC 60947-2, подвергает выключатель определенной последовательности: O (операция размыкания) – 3 минуты – CO (операция замыкания-размыкания). Если выключатель успешно прерывает испытательный ток без взрыва, пожара или сварки контактов, он соответствует своему номиналу Icu.

Критически важно, что прохождение теста Icu не гарантирует, что выключатель останется функциональным после этого. Стандарт IEC явно допускает повреждение внутренних компонентов выключателя, эрозию контактов и ухудшение дугогасительных камер при условии безопасного отключения короткого замыкания. После отключения короткого замыкания на уровне Icu выключатель необходимо осмотреть и часто заменить. В приложениях BESS, где устройства защиты могут испытывать несколько событий короткого замыкания в течение 20-летнего срока службы системы, опора исключительно на номиналы Icu создает опасное бремя обслуживания и потенциальный пробел в безопасности.

Определение служебной отключающей способности (Ics)

Номинальная служебная отключающая способность при коротком замыкании (Ics) представляет собой уровень тока короткого замыкания, при котором автоматический выключатель может выполнять несколько операций отключения и оставаться полностью работоспособным — способным к дальнейшей работе при своем номинальном токе без ухудшения характеристик. Пункт 8.3.6 стандарта IEC 60947-2 определяет последовательность испытаний Ics: O – 3 минуты – CO – 3 минуты – CO. После трех успешных отключений короткого замыкания на уровне тока Ics выключатель должен пройти испытания на нагрев, характеристику отключения и механическую прочность, чтобы подтвердить, что он остается в пределах спецификации.

Ics выражается в процентах от Icu: 25%, 50%, 75% или 100%. Для бытовых и легких коммерческих автоматических выключателей (IEC 60898-1, класс B) Ics должен составлять не менее 50%, 75% или 100% от Icn. Для промышленных автоматических выключателей в литом корпусе (MCCB) и специализированных устройств защиты BESS (IEC 60947-2) Ics варьируется от 25% до 100% от Icu в зависимости от конструкции производителя и предполагаемого применения.

Важность высокого Ics, специфичная для BESS

В системах хранения энергии на аккумуляторах номинал Ics имеет большее значение, чем Icu, по двум эксплуатационным причинам. Во-первых, установки BESS испытывают повторяющиеся циклы нагрузки, включая пусковые токи во время зарядки, переходные процессы разряда во время операций сглаживания пиков и потенциальные события короткого замыкания из-за теплового разгона, пробоя изоляции или ошибок обслуживания. Выключатель с номиналом 50 кА Icu, но только 25 кА Ics (соотношение 50%) может успешно отключить короткое замыкание 35 кА один раз, но потребует немедленной замены, что приведет к простою системы и увеличению затрат на жизненный цикл.

Во-вторых, последствия отказа выключателя в средах BESS значительно серьезнее, чем в фотоэлектрических системах. Аккумуляторные системы хранят огромные объемы энергии, которые могут быть высвобождены мгновенно. Отказ выключателя создает инцидент с электрической дугой, при этом доступная энергия короткого замыкания потенциально превышает 100 кал/см², что намного превышает защитный номинал стандартной СИЗ с защитой от электрической дуги. Температура дуги может достигать 19 400°C (35 000°F), что достаточно для испарения медных шин и воспламенения окружающих материалов. В наружных контейнерных установках BESS отказ одного выключателя может распространиться на соседние стойки через тепловое излучение и переносимую по воздуху медную плазму.

Преимущество VIOX Engineering: Автоматические выключатели постоянного тока VIOX с номиналом BESS имеют Ics = 100% Icu во всех наших линейках продуктов 20 кА, 30 кА и 50 кА. Это означает, что выключатель VIOX 30 кА сохраняет полную работоспособность после отключения короткого замыкания 30 кА — без ухудшения характеристик, без обязательной замены, без повышенного риска во время последующих событий короткого замыкания. Эта философия проектирования устраняет проблему “героя одного выстрела”, распространенную в стандартных промышленных автоматических выключателях, где высокие номиналы Icu маскируют неадекватную производительность Ics.

Для подробного технического анализа номиналов автоматических выключателей и их последствий для защиты от короткого замыкания см. наш руководство по пониманию номиналов Icu, Ics, Icw и Icm.

Сравнительная таблица: стандартные и высокопроизводительные выключатели BESS

Тип выключателя Номинал Icu Номинальная отключающая способность при коротком замыкании (Ics) Отношение Ics/Icu Срок службы после аварии Рекомендуемое применение
Стандартный бытовой автоматический выключатель (MCB) 6кА 3кА 50% Замена после аварии с током 3 кА Только для бытовых нагрузок переменного тока
Стандартный коммерческий автоматический выключатель (MCB) 10 кА 5кА 50% Замена после аварии с током 5 кА Легкие коммерческие нагрузки переменного/постоянного тока
Промышленный автоматический выключатель в литом корпусе (MCCB) (низкий уровень) 50кА 12,5 кА 25% Замена после аварии с током 12,5 кА Не критичное распределение
Промышленный автоматический выключатель в литом корпусе (MCCB) (средний уровень) 50кА 25кА 50% Замена после аварии с током 25 кА Стандартные промышленные фидеры
Автоматический выключатель (MCB) VIOX, предназначенный для систем хранения энергии (BESS) 20 кА 20 кА 100% Замена не требуется Бытовые системы хранения энергии (ESS) (5-20 кВтч)
Автоматический выключатель в литом корпусе (MCCB) VIOX, предназначенный для систем хранения энергии (BESS) 30кА 30кА 100% Замена не требуется Коммерческие системы хранения энергии (BESS) (50-500 кВтч)
Автоматический выключатель в литом корпусе (MCCB) VIOX, предназначенный для систем хранения энергии (BESS) 50кА 50кА 100% Замена не требуется Системы хранения энергии (BESS) коммунального масштаба (1 МВтч+)

Почему автоматические выключатели на 6 кА/10 кА выходят из строя в системах хранения энергии (BESS)

Механизм отказа дугогашения

Когда контакты автоматического выключателя размыкаются под нагрузкой, в зазоре между фиксированным и подвижным контактами образуется электрическая дуга. В системах переменного тока дуга естественным образом гаснет при переходе тока через ноль, происходящем 100 или 120 раз в секунду (50 Гц или 60 Гц), что дает дугогасительной камере выключателя время для охлаждения и деионизации пути дуги. В системах постоянного тока отсутствует этот естественный переход тока через ноль, что требует от выключателя принудительного гашения дуги посредством конструкции дугогасительной камеры, магнитных катушек гашения дуги и быстрого увеличения расстояния между контактами.

Автоматический выключатель (MCB) на 6 кА или 10 кА содержит дугогасительную камеру, размеры и конструкция которой оптимизированы для обработки токов короткого замыкания до номинального значения. При воздействии тока короткого замыкания 20 кА или 30 кА от аккумуляторной батареи одновременно происходят три механизма отказа:

  1. Тепловая перегрузка: Энергия дуги (E = V × I × t) превышает теплорассеивающую способность дугогасительной камеры. Температура плазмы дуги поднимается выше 20 000 °C, расплавляя пластины дугогасительной решетки и стенки камеры в течение первых 10-20 миллисекунд.
  2. Магнитное насыщение: Магнитная система гашения дуги выключателя, предназначенная для выталкивания дуги вверх в пластины дугогасительной решетки, насыщается, когда ток короткого замыкания превышает расчетные пределы в 2-3 раза. Дуга застаивается в области контакта вместо того, чтобы перемещаться в камеру гашения.
  3. Сваривание контактов: При токах короткого замыкания, превышающих номинал выключателя, электромагнитные силы между контактами во время хода размыкания могут достигать тысяч Ньютонов. Если пружинная сила приводного механизма не может преодолеть это магнитное притяжение достаточно быстро, контакты свариваются вместе. Выключатель остается замкнутым, обеспечивая непрерывный ток короткого замыкания до тех пор, пока не сработает вышестоящая защита или аккумуляторная батарея не будет отключена вручную.
Вышедший из строя стандартный автоматический выключатель в установке BESS, демонстрирующий термическое повреждение из-за недостаточной отключающей способности.
Рисунок 3: Тепловое повреждение из-за недостаточной отключающей способности приводит к катастрофическим режимам отказа.

Пример из практики: Автоматический выключатель на 10 кА против короткого замыкания в системе хранения энергии (BESS) на 30 кА

Рассмотрим коммерческую установку системы хранения энергии (BESS): литий-железо-фосфатная (LFP) аккумуляторная система на 100 кВтч, номинальное напряжение 400 В постоянного тока, сконфигурированная как четыре параллельные цепочки из 100 последовательно соединенных элементов (номинальное напряжение 3,2 В на элемент). Каждая цепочка обеспечивает емкость 100 Ач с внутренним сопротивлением 3 мОм на элемент, что дает общее сопротивление цепочки 300 мОм и 75 мОм для конфигурации с четырьмя параллельными цепочками. Добавьте 25 мОм для шин, соединений и проводки — общее сопротивление цепи короткого замыкания составляет 100 мОм (0,1 Ом).

Расчет ожидаемого тока короткого замыкания:

  • Установившийся ток короткого замыкания (Isc) = 400 В ÷ 0,1 Ом = 4 000 А
  • Пиковый асимметричный ток (коэффициент 2,2) = 8 800 А ≈ 8,8 кА

Инженер, просматривающий этот расчет, может прийти к выводу, что автоматический выключатель (MCB) на 10 кА обеспечивает адекватную защиту с запасом прочности 13%. Это критическая ошибка. Расчет предполагает, что все сопротивление остается постоянным во время короткого замыкания. В действительности внутреннее сопротивление аккумулятора уменьшается по мере повышения температуры элемента во время разряда. При повышенных температурах (45-60 °C) сопротивление элемента падает на 20-30%. Шины и соединения цепи короткого замыкания также нагреваются, но увеличение их сопротивления незначительно по сравнению с уменьшением импеданса аккумулятора.

Пересмотренный ток короткого замыкания при температуре аккумулятора 50 °C:

  • Сниженное сопротивление элемента: 2,1 мОм × 100S = 210 мОм на цепочку
  • Четыре параллельные цепочки: 52,5 мОм + 25 мОм (соединения) = 77,5 мОм
  • Установившийся ток короткого замыкания (Isc) = 400 В ÷ 0,0775 Ом = 5 161 А
  • Пиковый асимметричный ток = 11,4 кА

Автоматический выключатель на 10 кА теперь работает на 14% выше своего номинального Icu. Что еще более важно, если Ics выключателя составляет 50% от Icu (5 кА, типично для автоматических выключателей бытового класса), этот ток короткого замыкания превышает номинальный рабочий ток в 2,3 раза. Ожидаемый результат: успешное отключение короткого замыкания с серьезными внутренними повреждениями, обязательная замена выключателя и простой системы, длящийся часами или днями в зависимости от наличия запасных частей.

Если произойдет второе короткое замыкание до замены выключателя — сценарий, вполне возможный в многостоечных установках BESS с независимыми вероятностями короткого замыкания — поврежденный выключатель не сможет отключиться, что приведет к катастрофическому пожару.

Требуемые номиналы автоматических выключателей для распространенных конфигураций BESS

Конфигурация BESS Напряжение системы Емкость Типичное внутреннее сопротивление Ожидаемый ток короткого замыкания (пиковый) Минимальный требуемый Icu Рекомендуемый Icu Рекомендуемый тип выключателя
Бытовая ESS (одна батарея) 48 В постоянного тока 5-10 кВтч 80-100 мОм 1200 А 10 кА 20 кА Автоматический выключатель постоянного тока (2P)
Бытовая ESS (параллельное соединение) 48 В постоянного тока 10-20 кВтч 40-60 мОм 2 400 А 15 кА 20 кА Автоматический выключатель постоянного тока (2P)
Коммерческая BESS (малая) 400 В постоянного тока 50-100 кВт·ч 50-80 мОм 12 кА 20 кА 30кА DC MCCB (2P) (Автоматический выключатель в литом корпусе постоянного тока, 2 полюса)
Коммерческая СХЭЭ (Средняя) 600 В пост. тока 100-500 кВт·ч 30-60 мОм 24 кА 30кА 50кА DC MCCB (2P) (Автоматический выключатель в литом корпусе постоянного тока, 2 полюса)
Энергетическая СХЭЭ (Уровень стойки) 800 В пост. тока 500 кВт·ч - 1 МВт·ч 20-40 мОм 35 кА 50кА 50 кА + предохранитель HRC DC MCCB (2P) с последовательным предохранителем
Энергетическая СХЭЭ (Уровень стринга) 1000 В постоянного тока 1-5 МВт·ч 15-30 мОм 50кА+ 65 кА 65 кА + предохранитель 300 кА Координация DC MCCB + предохранитель HRC

Инженерное примечание: Минимальный Icu представляет собой расчетное требование с коэффициентом безопасности 1,5 в соответствии с рекомендациями IEC 60947-2. Рекомендуемый Icu включает дополнительный запас для снижения номинальных характеристик по температуре, эффектов старения и будущего расширения системы. Никогда не указывайте автоматический выключатель, у которого ожидаемый ток короткого замыкания превышает 80% от номинального Icu.

Схема электрической защиты BESS, показывающая расчет тока короткого замыкания и правильный выбор автоматического выключателя.
Рисунок 4: Схема электрической защиты СХЭЭ, показывающая расчет тока короткого замыкания и правильный выбор автоматического выключателя.

Выбор правильного автоматического выключателя постоянного тока для СХЭЭ: решение 20 кА/30 кА/50 кА

Расчет ожидаемого тока короткого замыкания

Точный расчет тока короткого замыкания является основой правильного выбора автоматического выключателя. Инженеры должны учитывать пять ключевых параметров:

  1. Напряжение системы (V): Используйте максимальное напряжение зарядки, а не номинальное напряжение. Для номинальной системы 48 В (16S литий) максимальное напряжение зарядки составляет 57,6 В (3,6 В на ячейку). Это увеличение на 20% напрямую приводит к увеличению тока короткого замыкания на 20%.
  2. Внутреннее сопротивление батареи (Rbatt): Получите это из технического паспорта производителя батареи, обычно указывается при 50% состоянии заряда (SoC) и 25°C. Для призматических ячеек большого формата сопротивление колеблется от 0,5 мОм (премиум-класса для автомобильной промышленности) до 3 мОм (стандартное стационарное хранилище). Цилиндрические ячейки (18650, 21700) демонстрируют более высокое сопротивление: 15-40 мОм на ячейку.
  3. Количество параллельных стрингов (Np): Параллельная конфигурация делит общее сопротивление. Четыре параллельных стринга снижают эффективное сопротивление до 25% от значения одного стринга: Reff = Rsingle / Np.
  4. Сопротивление соединения (Rconn): Шины, клеммы и кабели вносят вклад в 15-40 мОм в зависимости от конструкции системы. Высококачественные болтовые соединения шин с крутящим моментом >200 дюйм-фунтов достигают 15-20 мОм. Обжимные кабельные наконечники на распределительных клеммах могут достигать 30-40 мОм.
  5. Коэффициент снижения номинальных характеристик по температуре (k): Сопротивление батареи уменьшается с температурой. Используйте k = 0,7 для наихудшего случая работы в жаркую погоду (температура батареи 50-60°C).

Полная формула тока короткого замыкания:

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

Isc(пиковый) = 2,2 × Isc(установившийся)

Пример расчета:

  • Система: 400 В пост. тока, 200 кВт·ч, химия LFP
  • Конфигурация: 8 параллельных стрингов, 125S на стринг
  • Данные ячейки: 3,2 В номинальное, 3,65 В макс., 2 мОм внутреннее сопротивление при 25°C
  • Максимальное напряжение: 125S × 3,65 В = 456 В
  • Сопротивление одного стринга: 125 × 2 мОм = 250 мОм
  • Параллельное сопротивление: 250 мОм / 8 = 31,25 мОм
  • Сопротивление соединения: 25 мОм (измерено)
  • Общее сопротивление в холодном состоянии: 56,25 мОм
  • Сопротивление в горячем состоянии (k=0,7): 0,7 × 31,25 мОм + 25 мОм = 46,9 мОм
  • Установившийся Isc: 456 В / 0,0469 Ом = 9 723 А
  • Пиковый Isc: 2,2 × 9 723 А = 21,4 кА

Требуемый автоматический выключатель: Минимальный Icu = 21,4 кА × коэффициент безопасности 1,25 = 26,75 кА. Укажите MCCB с номиналом 30 кА.

Рекомендации по выбору на основе применения

Малая жилая СХЭЭ (5-20 кВт·ч): Системы в этом диапазоне обычно используют аккумуляторные блоки 48 В с ожидаемыми токами короткого замыкания от 5 кА до 15 кА пик. Правильно рассчитанный DC MCB на 20 кА обеспечивает адекватную защиту со встроенным запасом безопасности. Автоматические выключатели серии VIOX VX-DC20 (Icu 20 кА, Ics 20 кА, размеры рамок 1-63 А) специально разработаны для этого применения с двунаправленным гашением дуги и сертификацией UL 1077.

Коммерческая СХЭЭ (50-500 кВт·ч): Системы среднего масштаба работают при 400-800 В пост. тока с токами короткого замыкания, достигающими 20-35 кА. Эта категория требует защиты MCCB — стандартным MCB не хватает контактного усилия и объема дугогасительной камеры, необходимых для надежного отключения при этих уровнях энергии. Укажите MCCB с номиналом 30 кА или 50 кА в зависимости от конкретного расчета неисправности. Никогда не используйте MCB бытового класса в коммерческих аккумуляторных установках, независимо от соответствия номинального тока — отключающая способность принципиально недостаточна.

СХЭЭ коммунального масштаба (1 МВт·ч+): Крупные установки с сотнями параллельных аккумуляторных модулей доводят ожидаемые токи короткого замыкания до значений, превышающих 50 кА. При этих уровнях энергии одной защиты MCCB может быть недостаточно. Внедрите каскадную стратегию защиты: MCCB уровня стринга (50 кА), поддерживаемые предохранителями HRC с номиналом 300 кА или выше на уровне стойки/шкафа. Этот подход подробно описан в следующем разделе.

Для получения исчерпывающих технических характеристик и рекомендаций по выбору автоматических выключателей в литом корпусе для систем хранения энергии в аккумуляторах ознакомьтесь с нашим подробным руководством по MCCB.

Визуальное сравнение характеристик тока короткого замыкания в солнечных фотоэлектрических системах и системах хранения энергии от аккумуляторов.
Рисунок 5: Визуальное сравнение характеристик тока короткого замыкания в солнечных фотоэлектрических системах и системах хранения энергии в аккумуляторах.

Роль предохранителей в СХЭЭ сверхвысокой емкости

Когда одних автоматических выключателей недостаточно

В крупномасштабных установках BESS и больших коммерческих системах, где ожидаемые токи короткого замыкания превышают 50 кА, использование только автоматических выключателей сопряжено с двумя рисками. Во-первых, даже автоматические выключатели в литом корпусе (MCCB) премиум-класса с номиналом 50 кА работают вблизи своей максимальной расчетной мощности, оставляя минимальный запас прочности для ошибок в расчетах, экстремальных температур или модификаций системы. Во-вторых, стоимость и физический размер автоматических выключателей в литом корпусе с номиналом 65 кА и выше становятся непомерно высокими для защиты на уровне стрингов, где требуются десятки устройств.

Решением является скоординированная защита предохранителями и автоматическими выключателями. Высоковольтные предохранители (HRC) с номиналом 300 кА или 400 кА обеспечивают максимальную резервную защиту на уровне стойки или шкафа, в то время как автоматические выключатели в литом корпусе с номиналом 30 кА или 50 кА защищают отдельные стринг или модули. Это создает селективную схему координации, в которой автоматический выключатель в литом корпусе отключает умеренные перегрузки и неисправности до своего номинала Ics, а предохранитель срабатывает только в экстремальных условиях короткого замыкания, превышающих мощность выключателя.

Стратегия селективной координации

Правильная координация предохранителя и автоматического выключателя требует тщательного анализа время-токовых характеристик для обеспечения селективности. Минимальное время плавления предохранителя при максимальном токе короткого замыкания выключателя должно превышать общее время отключения выключателя (время горения дуги + время разделения контактов) как минимум в соотношении 2:1 в соответствии с рекомендациями IEEE 242. Это предотвращает “ложное срабатывание предохранителя”, когда предохранитель срабатывает до того, как выключатель успевает устранить неисправность.

Пример исследования координации для коммерческой BESS 600 В постоянного тока:

  • Защита на уровне стринга: автоматический выключатель в литом корпусе VIOX 50 кА, рама 125 А, время отключения 10 мс при 50 кА
  • Защита на уровне стойки: предохранитель HRC 250 А, номинальная отключающая способность 300 кА, время плавления 30 мс при 50 кА
  • Коэффициент координации: 30 мс / 10 мс = 3:1 (превышает минимальное требование)
  • Результат: Неисправности ниже 50 кА устраняются автоматическим выключателем в литом корпусе без срабатывания предохранителя. Неисправности выше 50 кА устраняются предохранителем, а автоматический выключатель в литом корпусе обеспечивает отключение после прерывания неисправности.

Эта стратегия значительно снижает затраты на техническое обслуживание. Неисправности на уровне стринга устраняются автоматическим выключателем в литом корпусе, который остается работоспособным в соответствии со своим номиналом Ics и не требует замены. Только катастрофические неисправности, превышающие расчетные значения, — редкое явление в правильно спроектированных системах — приводят к срабатыванию предохранителя и связанному с этим простою для замены предохранителя.

Для получения подробных спецификаций и рекомендаций по применению предохранителей со сверхвысокой отключающей способностью в системах хранения энергии от батарей см. наш полное руководство по защите предохранителями HRC 300 кА.

Многоуровневая архитектура защиты

В крупномасштабных BESS обычно реализуются три уровня защиты:

  1. Уровень ячейки/модуля: Интегрированная система управления батареями (BMS) с электронной системой отключения. Не предназначена для прерывания неисправностей — обеспечивает раннее предупреждение и контролируемое отключение.
  2. Уровень стринга: Автоматический выключатель в литом корпусе 30 кА или 50 кА, защищающий каждый последовательно-параллельный стринг. Эти устройства устраняют 90% всех неисправностей, включая повреждение изоляции, неисправности разъемов и частичные короткие замыкания.
  3. Уровень стойки/шкафа: Предохранители HRC 250-400 А с номиналом 300 кА+. Обеспечивают максимальную резервную защиту и отключают всю стойку во время неисправностей нескольких стрингов или внешних коротких замыканий на шине постоянного тока.

Этот многоуровневый подход обеспечивает локализацию неисправностей, предотвращает распространение неисправностей на соседнее оборудование и поддерживает доступность системы во время единичных отказов.

Специальные решения VIOX для BESS на основе автоматических выключателей постоянного тока

Инженерные преимущества продуктов VIOX, предназначенных для BESS

VIOX Electric разработала комплексную линейку автоматических выключателей постоянного тока, специально разработанных для уникальных требований систем хранения энергии от батарей. В отличие от перепрофилированных автоматических выключателей переменного тока или универсальных устройств защиты постоянного тока, продукты VIOX, предназначенные для BESS, включают четыре важных конструктивных усовершенствования:

1. Номинал Ics, равный Icu: Все автоматические выключатели VIOX для BESS достигают полной рабочей отключающей способности, равной их предельной отключающей способности. Выключатель VIOX 30 кА сохраняет полную функциональность после многократного прерывания неисправностей 30 кА. Это устраняет проблему “героя одного выстрела”, когда стандартные промышленные выключатели с коэффициентами Ics требуют замены после одного серьезного случая неисправности. В течение 20-летнего жизненного цикла BESS эта философия проектирования снижает затраты на техническое обслуживание на 40-60% по сравнению со стандартными автоматическими выключателями в литом корпусе.

2. Двунаправленное гашение дуги: Приложения BESS включают двунаправленный ток — разряд во время сглаживания пиков и резервного питания, заряд во время непиковых периодов и генерации солнечной энергии. Стандартные автоматические выключатели постоянного тока, использующие системы гашения дуги с постоянными магнитами, поляризованы: они правильно функционируют только в одном направлении тока. Если ток меняет направление, магнитное поле препятствует перемещению дуги в камеру расщепления, вызывая застой дуги и отказ гашения. VIOX использует электромагнитные системы гашения дуги с геометрией дугогасительной камеры, не зависящей от полярности, обеспечивая надежное прерывание независимо от направления тока. Это обязательно для BESS и явно требуется разделом 46 стандарта UL 1077 для двунаправленных приложений постоянного тока.

3. Улучшенная конструкция дугогасительной камеры: Токи короткого замыкания батареи обеспечивают устойчивый выброс энергии, значительно превышающий неисправности переменного тока, питаемые от трансформатора, эквивалентной величины. Автоматические выключатели VIOX BESS включают дугогасительные камеры с объемом на 40% больше по сравнению со стандартными промышленными автоматическими выключателями в литом корпусе, удлиненные пластины дуговых контактов, изготовленные из сплава серебра и вольфрама (в отличие от стандартной меди), и двухрядные керамические пластины расщепления, обеспечивающие превосходную тепловую массу и изоляцию. Эти функции обеспечивают быстрое нарастание напряжения дуги, превышающее напряжение на клеммах батареи, направляя ток дуги к нулю и обеспечивая надежное гашение в течение 10-15 мс.

4. Термическая стабильность при непрерывном токе: Приложения BESS отличаются от типичных промышленных нагрузок двигателей или трансформаторов своим профилем непрерывного тока. Батарейные системы могут поддерживать 100% номинального тока разряда в течение нескольких часов во время длительных событий резервного питания или программ реагирования на спрос. Автоматические выключатели VIOX BESS проходят расширенные испытания на повышение температуры в соответствии с пунктом 8.3.2 стандарта IEC 60947-2 — 1000 часов при номинальном токе при температуре окружающей среды 40 °C — гарантируя, что повышение температуры клемм остается ниже 50 К, а сопротивление контактов не увеличивается более чем на 150% от начального значения. Стандартные промышленные автоматические выключатели в литом корпусе обычно рассчитаны на прерывистые рабочие циклы и могут демонстрировать термическую деградацию при длительных нагрузках от батареи.

Автоматические выключатели постоянного тока VIOX 20 кА, 30 кА и 50 кА, разработанные специально для систем хранения энергии от аккумуляторов.
Рисунок 6: Автоматические выключатели постоянного тока VIOX 20 кА, 30 кА и 50 кА, разработанные специально для систем хранения энергии от батарей.

Сертификация и соответствие

Автоматические выключатели VIOX BESS соответствуют международным стандартам, регулирующим устройства защиты постоянного тока:

  • МЭК 60947-2: Низковольтная аппаратура распределения и управления – Автоматические выключатели. Охватывает требования к конструкции, пределы повышения температуры, испытания на механическую/электрическую прочность и проверку характеристик короткого замыкания, включая номиналы Icu и Ics.
  • UL 1077: Дополнительные устройства защиты для использования в электрооборудовании. Применяется к миниатюрным автоматическим выключателям (MCB) в диапазоне 1-63 А. Определяет испытания отключающей способности постоянного тока при номинальном напряжении с обязательным двунаправленным тестированием для неполяризованных выключателей.
  • УЛ 489: Автоматические выключатели в литом корпусе, выключатели в литом корпусе и корпуса автоматических выключателей. Охватывает автоматические выключатели в литом корпусе выше 63 А. Включает требования к допускам калибровки для термомагнитных расцепителей и испытания на короткое замыкание при соотношениях X/R, представляющих импеданс батареи.

Стороннее тестирование и сертификация гарантируют, что продукты VIOX соответствуют строгим требованиям безопасности и производительности, необходимым для защиты многомиллионных активов батарей и предотвращения катастрофических сценариев неисправностей.

Установка и передовые методы обеспечения безопасности

Снижение номинальных характеристик в зависимости от температуры и высоты

Номинальные характеристики автоматического выключателя указаны в стандартных условиях испытаний: температура окружающей среды 40 °C и высота ≤2000 м. Установки BESS часто превышают эти условия, особенно в контейнерных системах, установленных на открытом воздухе, или на крышах. Высокая температура окружающей среды снижает токовую нагрузку выключателя и доступные характеристики короткого замыкания, а большая высота снижает плотность воздуха и способность гашения дуги.

Снижение температуры: На каждые 10 °C выше температуры окружающей среды 40 °C уменьшайте номинальный ток выключателя на 5-8% в зависимости от спецификаций производителя. Номинальный ток выключателя 125 А, установленного в контейнере BESS, работающем при внутренней температуре 60 °C, должен быть снижен примерно до 100-110 А максимального непрерывного тока.

Снижение высоты: На высоте более 2000 м уменьшайте отключающую способность на 0,5% на каждые 100 м увеличения высоты в соответствии с приложением B стандарта IEC 60947-2. Выключатель 50 кА, установленный на высоте 3000 м, обеспечивает эффективную отключающую способность примерно 45 кА.

При указании выключателей для приложений BESS всегда учитывайте наихудшие условия окружающей среды. Выбирайте размеры рам выключателей с запасом по току 20-30% и номинальные характеристики отключающей способности с минимальным запасом по току короткого замыкания в 1,5 раза после применения всех коэффициентов снижения номинальных характеристик.

Архитектура защиты на уровне стринга, стойки и системы

Оптимальная стратегия защиты зависит от топологии BESS, величины тока короткого замыкания и требований к надежности:

Защита на уровне стринга: Каждый последовательно-параллельный стринг имеет выделенный автоматический выключатель на своих положительных и отрицательных клеммах. Это обеспечивает максимальную изоляцию неисправностей — неисправность одного стринга не влияет на другие стринг или не требует полного отключения системы. Рекомендуется для систем мощностью более 100 кВтч, где стоимость замены стринга оправдывает дополнительные затраты на выключатель.

Защита на уровне стойки: Несколько стрингов в батарейной стойке или шкафу используют общее устройство защиты в точке подключения шины постоянного тока. Снижает количество компонентов и стоимость установки, но требует полной изоляции стойки во время неисправностей. Подходит для небольших систем (50-200 кВтч) с согласованными батарейными модулями и низкой вероятностью неисправностей.

Защита на уровне системы: Один главный выключатель, защищающий всю BESS в точке подключения инвертора. Подходит только для небольших жилых систем (<20 кВтч), где ток короткого замыкания остается управляемым, а чувствительность к стоимости системы высока. Не рекомендуется для коммерческих или коммунальных установок из-за отсутствия изоляции неисправностей и длительного времени простоя во время обслуживания устройства защиты.

Инженерные группы VIOX рекомендуют защиту на уровне стринга с резервными предохранителями на уровне стойки для всех коммерческих и коммунальных установок BESS мощностью более 200 кВтч.

Требование неполяризованного выключателя для двунаправленных приложений

Этот момент невозможно переоценить: двунаправленные батарейные системы требуют неполяризованных автоматических выключателей. Стандартные выключатели постоянного тока, предназначенные для однонаправленных нагрузок (PV, приводы двигателей постоянного тока), включают системы гашения дуги с постоянными магнитами, оптимизированные для протекания тока в одном направлении. Когда эти устройства устанавливаются в приложениях BESS, они правильно функционируют во время разряда батареи (ток течет от положительной клеммы батареи к нагрузке), но катастрофически выходят из строя во время зарядки (ток течет в положительную клемму батареи).

Механизм отказа прост: направление поля постоянного магнита помогает перемещению дуги в камеру расщепления во время разряда, но препятствует перемещению дуги во время зарядки. Вместо того чтобы выдуваться вверх в дугогасительные камеры, дуга застаивается в области контакта во время неисправностей в направлении зарядки. Температура дуги превышает теплоемкость контактного материала в течение миллисекунд, вызывая сварку контактов или пробой корпуса.

В выключателях VIOX BESS используются электромагнитные системы гашения дуги без постоянных магнитов. Катушка генерирует магнитное поле, пропорциональное величине тока короткого замыкания, и автоматически ориентируется для направления дуги в камеру расщепления независимо от направления тока. Это увеличивает стоимость производства на 15-20%, но не подлежит обсуждению для безопасности BESS.

Графики тестирования и технического обслуживания

Внедрите следующий протокол осмотра и тестирования устройств защиты BESS:

Ежемесячный визуальный осмотр: Проверьте наличие обесцвечивания вокруг клемм выключателя (указывающего на ослабленные соединения и термическое напряжение), убедитесь в отсутствии физических повреждений корпуса или крепежных элементов, убедитесь, что выключатель не находится в отключенном положении без ведома оператора.

Ежеквартальное термографическое обследование: С помощью инфракрасной камеры измерьте температуру клемм во время работы при номинальной нагрузке. Превышение температуры над температурой окружающей среды не должно превышать 50K. Клеммы, показывающие повышение температуры >70K, указывают на ослабленные соединения, требующие немедленной проверки крутящего момента и ремонта.

Ежегодная проверка срабатывания: Используя кнопку тестирования автоматического выключателя или внешнее устройство для проверки катушки отключения, убедитесь, что функция механического отключения работает правильно. Это не проверяет калибровку защиты от перегрузки или короткого замыкания, но подтверждает, что механизм отключения не заклинил и не поврежден.

Измерение сопротивления контактов раз в два года: При отключенном и заблокированном автоматическом выключателе измерьте сопротивление контактов с помощью цифрового омметра низкого сопротивления (DLRO) при испытательном токе 100 А постоянного тока в соответствии с пунктом 8.3.2 стандарта IEC 60947-2. Сопротивление контактов не должно превышать 150% от значения, опубликованного производителем для нового автоматического выключателя. Повышенное сопротивление указывает на эрозию контактов и ухудшение характеристик при коротком замыкании.

Проверка калибровки раз в пять лет: После пяти лет эксплуатации или после любого прерывания короткого замыкания, превышающего 50% от Ics, автоматический выключатель должен пройти полную проверку калибровки в квалифицированной испытательной лаборатории. Это включает в себя проверку кривой отключения в зонах перегрузки, кратковременной задержки и мгновенного срабатывания, а также измерение сопротивления контактов, сопротивления изоляции и испытание на механическую износостойкость.

Автоматические выключатели, которые прерывали короткие замыкания, приближающиеся к их номиналу Icu, должны быть немедленно заменены независимо от внешнего состояния. Внутреннее повреждение дугогасительной камеры не видно снаружи, но может поставить под угрозу будущую способность прерывания короткого замыкания.

Вопросы и ответы

В: В чем основное различие между током короткого замыкания фотоэлектрической системы и системы хранения энергии от аккумуляторов (BESS)?

О: Солнечные фотоэлектрические системы являются источниками с ограничением тока, при этом ток короткого замыкания (Isc) обычно составляет всего 1,15-1,25 раза от номинального рабочего тока из-за присущей физики фотоэлектрических элементов. Системы хранения энергии от аккумуляторов имеют чрезвычайно низкое внутреннее сопротивление (2-10 мОм на ячейку), что позволяет получить токи короткого замыкания в 10-50 раз превышающие номинальный ток. Солнечная батарея мощностью 10 кВт может генерировать максимальный ток короткого замыкания 3 кА, в то время как аккумуляторная система мощностью 10 кВтч может выдавать 20 кА или более. Это фундаментальное различие требует, чтобы автоматические выключатели постоянного тока для BESS имели отключающую способность (Icu) 20 кА, 30 кА или 50 кА по сравнению с 6 кА или 10 кА, достаточными для фотоэлектрических применений.

В: Почему я не могу использовать стандартный автоматический выключатель MCB на 10 кА в моей аккумуляторной системе?

О: Автоматический выключатель на 10 кА разработан и протестирован для прерывания токов короткого замыкания до 10 000 ампер в лабораторных условиях. Аккумуляторные системы обычно генерируют токи короткого замыкания от 20 кА до 50 кА из-за их низкого внутреннего сопротивления. Когда автоматический выключатель на 10 кА пытается устранить короткое замыкание в аккумуляторной системе на 30 кА, энергия дуги превышает тепловую мощность дугогасительной камеры автоматического выключателя, что приводит к стагнации дуги, сварке контактов и потенциальному взрывному разрушению. Автоматический выключатель физически не может погасить дугу — короткое замыкание продолжается до тех пор, пока не сработает вышестоящая защита или аккумулятор не будет отключен вручную. Это создает серьезный риск возгорания и повреждения оборудования, выходящий далеко за пределы вышедшего из строя автоматического выключателя.

В: Что означает Ics = 100% Icu и почему это важно?

О: Icu (предельная отключающая способность) — это максимальный ток короткого замыкания, который автоматический выключатель может прервать без взрыва. Ics (рабочая отключающая способность) — это уровень тока короткого замыкания, при котором автоматический выключатель может прерывать несколько коротких замыканий и оставаться полностью работоспособным. Многие стандартные автоматические выключатели имеют Ics = 50% от Icu, что означает, что автоматический выключатель на 30 кА может надежно обрабатывать повторные короткие замыкания только на 15 кА. Если он прерывает короткое замыкание на 25 кА, автоматический выключатель может сработать, но будет поврежден внутри и потребует замены. Автоматические выключатели VIOX BESS достигают Ics = 100% Icu — автоматический выключатель на 30 кА сохраняет полную работоспособность после многократного прерывания коротких замыканий на 30 кА. Это устраняет обязательную замену после крупных коротких замыканий и значительно снижает затраты на жизненный цикл в аккумуляторных установках, где устройства защиты могут испытывать повторные нагрузки в течение 20+ лет.

В: Как рассчитать требуемую отключающую способность для моей BESS?

О: Рассчитайте ожидаемый ток короткого замыкания, используя: Isc = Vmax / (k × Rbatt/Np + Rconn), где Vmax — максимальное напряжение зарядки, Rbatt — внутреннее сопротивление одной цепочки, Np — количество параллельных цепочек, Rconn — сопротивление шины/соединения (обычно 15-40 мОм), а k — коэффициент снижения номинальных характеристик по температуре (используйте 0,7 для работы в условиях высокой температуры). Умножьте результат на 2,2, чтобы учесть асимметричный пиковый ток во время возникновения короткого замыкания. Номинал Icu автоматического выключателя должен превышать это пиковое значение как минимум в 1,25 раза с коэффициентом безопасности. Для системы 400 В, 200 кВтч с 8 параллельными цепочками и сопротивлением цепочки 250 мОм: Isc(пик) = 2,2 × [456 В / (0,7×31,25 мОм + 25 мОм)] = 21,4 кА. Требуемый автоматический выключатель: 21,4 кА × 1,25 = минимум 26,75 кА, укажите устройство с номиналом 30 кА.

В: Когда следует использовать MCCB вместо MCB в системе хранения энергии от аккумуляторов?

О: Используйте MCCB (автоматические выключатели в литом корпусе) для любого применения BESS, где ожидаемый ток короткого замыкания превышает 15 кА или напряжение системы превышает 600 В постоянного тока. MCB (миниатюрные автоматические выключатели) ограничены размерами рамы примерно до 63 А и максимальной отключающей способностью 20 кА в соответствии с IEC 60898-1. Они подходят для бытовых аккумуляторных систем мощностью менее 20 кВтч при напряжении 48 В или 100 В. Коммерческие и промышленные установки требуют MCCB из-за более высоких токов короткого замыкания, больших размеров рамы (125 А-2500 А) и дополнительных функций, включая регулируемые настройки отключения, вспомогательные контакты и возможность шунтового отключения. MCCB также обеспечивают превосходный объем дуговой камеры и контактное усилие, необходимые для надежного прерывания устойчивого высвобождения энергии, характерного для коротких замыканий в больших аккумуляторных батареях. Никогда не используйте бытовые MCB в коммерческих BESS, независимо от соответствия номинального тока — отключающая способность принципиально недостаточна.

В: Нужны ли мне предохранители в дополнение к автоматическим выключателям для больших BESS?

О: Да, для промышленных и крупных коммерческих установок BESS, где ожидаемые токи короткого замыкания превышают 50 кА. Внедрите скоординированную защиту: MCCB уровня цепочки с номиналом 30 кА или 50 кА, поддерживаемые предохранителями HRC уровня стойки с номиналом 300 кА или выше. MCCB обрабатывает обычные перегрузки и умеренные короткие замыкания до своего номинала Ics, не требуя замены. Предохранитель обеспечивает максимальную резервную защиту во время экстремальных коротких замыканий, превышающих мощность автоматического выключателя. Правильная координация кривой времени-тока гарантирует, что автоматический выключатель сработает первым при коротких замыканиях в пределах своего номинала, в то время как предохранитель сработает только при катастрофических событиях. Эта стратегия снижает затраты на техническое обслуживание (предохранители срабатывают редко), обеспечивая при этом всестороннюю защиту во всем диапазоне токов короткого замыкания. Для систем с ожидаемым током короткого замыкания менее 50 кА достаточно только правильно рассчитанных MCCB — добавление предохранителей увеличивает стоимость без повышения безопасности.

Заключение

Широкое распространение систем хранения энергии от аккумуляторов создало серьезную проблему защиты, которую инженеры должны решать с помощью соответствующих технологий: стандартные автоматические выключатели постоянного тока, предназначенные для солнечных фотоэлектрических систем, катастрофически выходят из строя при применении в установках BESS. Фундаментальное различие заключается в характеристиках тока короткого замыкания — солнечные панели обеспечивают токи короткого замыкания, ограниченные примерно 1,25 раза от номинального тока, в то время как аккумуляторные батареи с внутренним сопротивлением на уровне миллиом генерируют токи короткого замыкания в 10–50 раз превышающие номинальный ток.

Надлежащая защита BESS требует автоматических выключателей с отключающей способностью (Icu) 20 кА, 30 кА или 50 кА в зависимости от размера системы, напряжения и параллельной конфигурации. Не менее важен номинал рабочей отключающей способности (Ics), который определяет, останется ли автоматический выключатель работоспособным после прерывания крупных коротких замыканий. Автоматические выключатели VIOX BESS достигают Ics = 100% Icu, что устраняет обязательное требование замены, распространенное для стандартных промышленных автоматических выключателей после коротких замыканий.

Занижение размера автоматических выключателей в системах хранения энергии от аккумуляторов — это не вопрос снижения надежности или увеличения затрат на техническое обслуживание — это создает непосредственную опасность возгорания и катастрофические режимы отказа. Автоматический выключатель на 10 кА, пытающийся устранить короткое замыкание в аккумуляторной системе на 30 кА, не может погасить дугу. Результатом является устойчивая подача тока короткого замыкания, термическое разрушение соседнего оборудования и потенциальное распространение теплового разгона по аккумуляторным стойкам.

Инженеры, определяющие защиту BESS, должны выполнять точные расчеты тока короткого замыкания с учетом химического состава аккумулятора, внутреннего сопротивления, параллельной конфигурации, сопротивления соединения и температурных эффектов. Выбирайте автоматические выключатели с минимальным запасом безопасности в 1,25 раза выше расчетного пикового тока короткого замыкания после применения всех коэффициентов снижения номинальных характеристик. Для коммерческих и промышленных установок внедрите защиту MCCB уровня цепочки, поддерживаемую предохранителями HRC уровня стойки, чтобы обеспечить всестороннюю защиту во всем диапазоне токов короткого замыкания.

VIOX Electric предлагает комплексные решения для защиты BESS с инженерной поддержкой для анализа тока короткого замыкания, выбора автоматического выключателя и исследований координации. Наши продукты, рассчитанные на BESS, соответствуют стандартам IEC 60947-2, UL 1077 и UL 489, обеспечивая высокую отключающую способность, двунаправленное гашение дуги и термическую стабильность, необходимые для надежной защиты аккумуляторной системы.

Свяжитесь с VIOX Engineering сегодня для получения бесплатной консультации по проектированию системы защиты BESS и убедитесь, что ваша установка хранения энергии от аккумуляторов обеспечивает безопасность и надежность, которых требуют ваши инвестиции.

Авторское изображение

Привет, я Джо, преданный своему делу профессионал с 12-летним опытом работы в электротехнической отрасли. В VIOX Electric я сосредоточен на предоставлении высококачественных электротехнических решений, адаптированных к потребностям наших клиентов. Мой опыт охватывает промышленную автоматизацию, электропроводку в жилых помещениях и коммерческие электрические системы.Свяжитесь со мной [email protected], если у вас возникнут какие-либо вопросы.

Содержание
    헤더를 추가 생성을 시작 하는 내용의 테이블
    Запросить цену прямо сейчас