การเลือกขนาดเซอร์กิตเบรกเกอร์ DC ที่ไม่ถูกต้องอาจนำไปสู่ความล้มเหลวของระบบอย่างร้ายแรง อันตรายจากไฟไหม้ และความเสียหายของอุปกรณ์ที่มีค่าใช้จ่ายสูงในการติดตั้งโซลาร์เซลล์ ไม่ว่าคุณจะออกแบบระบบสำหรับตลาดอเมริกาเหนือหรือโครงการระหว่างประเทศ การทำความเข้าใจความแตกต่างที่สำคัญระหว่างมาตรฐาน NEC 690 และ IEC 60947-2 เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการติดตั้งที่ปลอดภัยและเป็นไปตามข้อกำหนด.
คู่มือที่ครอบคลุมนี้จะแบ่งวิธีการคำนวณ ปัจจัยด้านความปลอดภัย และการใช้งานจริงของทั้งสองมาตรฐาน เพื่อช่วยให้วิศวกรไฟฟ้า ผู้ออกแบบระบบ และผู้ติดตั้งสามารถตัดสินใจได้อย่างมีข้อมูล.
สิ่งสำคัญที่ต้องจดจำ
- NEC 690 ใช้ตัวคูณ 1.56× (125% × 125%) กับกระแสไฟฟ้าลัดวงจรสำหรับวงจรแหล่งจ่าย PV ในขณะที่ IEC 60947-2 ใช้ปัจจัยโหลดต่อเนื่องที่แตกต่างกัน ตามประเภทการใช้งาน
- พิกัดแรงดันไฟฟ้าแตกต่างกันอย่างมาก: NEC 690 จำกัดระบบ DC ที่อยู่อาศัยไว้ที่ 600V ในขณะที่ IEC 60947-2 ครอบคลุมถึง 1,500V DC สำหรับการใช้งานในอุตสาหกรรม
- ข้อกำหนดความสามารถในการตัดกระแส: NEC มุ่งเน้นไปที่กระแสไฟฟ้าขัดข้องที่มีอยู่ที่จุดติดตั้ง ในขณะที่ IEC 60947-2 ระบุพิกัด Icu (สูงสุด) และ Ics (ใช้งาน)
- การลดอุณหภูมิ: ทั้งสองมาตรฐานกำหนดให้มีการแก้ไขอุณหภูมิแวดล้อม แต่มีอุณหภูมิอ้างอิงที่แตกต่างกัน (40°C สำหรับ NEC, แตกต่างกันไปตามการใช้งาน IEC)
- ข้อกำหนดด้านเอกสาร: NEC 690 กำหนดให้มีฉลากและป้ายเฉพาะ ในขณะที่ IEC 62446-1 กำหนดให้มีรายงานการทดสอบการใช้งานที่ครอบคลุม
ทำความเข้าใจมาตรฐานเซอร์กิตเบรกเกอร์ DC: ทำไมจึงสำคัญ
เซอร์กิตเบรกเกอร์ DC ทำงานแตกต่างจากเซอร์กิตเบรกเกอร์ AC โดยพื้นฐานแล้ว ต่างจากกระแส AC ที่ตัดผ่านศูนย์โดยธรรมชาติ 100-120 ครั้งต่อวินาที (ช่วยในการดับอาร์ค) กระแส DC รักษาขั้วคงที่ ทำให้การขัดจังหวะอาร์คเป็นสิ่งที่ท้าทายอย่างมาก ความเป็นจริงทางกายภาพนี้ผลักดันความจำเป็นในการคำนวณขนาดและมาตรฐานเฉพาะ.
National Electrical Code (NEC) Article 690 ควบคุมระบบโซลาร์เซลล์เป็นหลักในสหรัฐอเมริกาและเขตอำนาจศาลที่นำกรอบ NEC มาใช้ ในขณะเดียวกัน IEC 60947-2 ทำหน้าที่เป็นมาตรฐานสากลสำหรับเซอร์กิตเบรกเกอร์แรงดันต่ำที่ใช้ในการใช้งานเชิงพาณิชย์และอุตสาหกรรมทั่วโลก รวมถึงการติดตั้งโซลาร์เซลล์ในยุโรป เอเชีย และภูมิภาคอื่นๆ.
การทำความเข้าใจทั้งสองมาตรฐานเป็นสิ่งสำคัญสำหรับผู้ผลิตที่ให้บริการตลาดโลกและผู้ติดตั้งที่ทำงานในโครงการระหว่างประเทศ. DC Circuit Breaker คืออะไร ให้ความรู้พื้นฐานเกี่ยวกับหลักการป้องกัน DC.
NEC 690: วิธีการกำหนดขนาดเซอร์กิตเบรกเกอร์โซลาร์เซลล์
อธิบายตัวคูณ 1.56×
NEC 690.8(A)(1) สร้างรากฐานสำหรับการกำหนดขนาดเซอร์กิตเบรกเกอร์ DC ในการใช้งานโซลาร์เซลล์ การคำนวณใช้ปัจจัยด้านความปลอดภัย 125% สองครั้งติดต่อกัน:
ขั้นตอนที่ 1: พิจารณาการแผ่รังสีที่เพิ่มขึ้น
ปัจจัย 125% แรกกล่าวถึงผลกระทบ “ขอบเมฆ” ซึ่งโมดูลโซลาร์เซลล์สามารถผลิตกระแสไฟฟ้าเกินกว่ากระแสไฟฟ้าลัดวงจรที่กำหนด (Isc) ภายใต้สภาวะบรรยากาศบางอย่าง.
ขั้นตอนที่ 2: ปัจจัยโหลดต่อเนื่อง
ปัจจัย 125% ที่สองพิจารณาถึงการทำงานอย่างต่อเนื่อง เนื่องจากระบบ PV สามารถสร้างพลังงานได้นานกว่าสามชั่วโมงติดต่อกันในช่วงแสงแดดสูงสุด.
การคำนวณรวม:
กระแสไฟฟ้าสูงสุด = Isc × 1.25 × 1.25 = Isc × 1.56
ตัวอย่างการกำหนดขนาด NEC 690 ในทางปฏิบัติ
ข้อมูลจำเพาะของระบบ:
- โมดูลโซลาร์เซลล์ Isc: 10.5A
- จำนวนสตริงขนาน: 2
- แรงดันไฟฟ้าในการทำงาน: 48V DC
ขั้นตอนการคำนวณ:
- คำนวณกระแสไฟฟ้าลัดวงจรรวม:
Total Isc = 10.5A × 2 สตริง = 21A - ใช้ตัวคูณ NEC 690.8:
พิกัดเบรกเกอร์ที่ต้องการ = 21A × 1.56 = 32.76A - เลือกขนาดเบรกเกอร์มาตรฐาน:
ขนาดมาตรฐานถัดไป = เซอร์กิตเบรกเกอร์ 40A DC - ตรวจสอบความสามารถในการนำกระแสของตัวนำ:
ตัวนำต้องรองรับ ≥ 32.76A หลังจากการแก้ไขอุณหภูมิ/การเติมท่อร้อยสาย
วิธีการนี้ช่วยให้มั่นใจได้ว่าเบรกเกอร์จะไม่ตัดวงจรโดยไม่จำเป็นในสภาวะการแผ่รังสีสูงตามปกติ ในขณะเดียวกันก็ให้การป้องกันการโอเวอร์โหลดที่เพียงพอ. วิธีเลือกเซอร์กิตเบรกเกอร์ DC ที่เหมาะสม นำเสนอเกณฑ์การเลือกเพิ่มเติม.
ข้อควรพิจารณาเกี่ยวกับแรงดันไฟฟ้า NEC 690
NEC 690.7 กำหนดให้คำนวณแรงดันไฟฟ้าระบบสูงสุดโดยใช้แรงดันไฟฟ้าวงจรเปิดที่แก้ไขอุณหภูมิ (Voc) สำหรับการติดตั้งที่อยู่อาศัย NEC จำกัดแรงดันไฟฟ้า DC ไว้ที่ 600V สำหรับที่อยู่อาศัยแบบหนึ่งและสองครอบครัว แม้ว่าระบบเชิงพาณิชย์จะสามารถทำงานที่แรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้นได้โดยมีมาตรการป้องกันที่เหมาะสม.
สูตรการแก้ไขอุณหภูมิ:
Voc(max) = Voc(STC) × [1 + (Tmin – 25°C) × สัมประสิทธิ์อุณหภูมิ]
โดยที่ Tmin คืออุณหภูมิแวดล้อมต่ำสุดที่คาดว่าจะเกิดขึ้น ณ สถานที่ติดตั้ง.
IEC 60947-2: มาตรฐานเซอร์กิตเบรกเกอร์ DC อุตสาหกรรม
ขอบเขตและการใช้งาน
IEC 60947-2 ใช้กับเซอร์กิตเบรกเกอร์ที่มีหน้าสัมผัสหลักที่มีวัตถุประสงค์สำหรับวงจรที่ไม่เกิน:
- 1,000V AC
- 1,500V DC
มาตรฐานนี้ครอบคลุมถึงเซอร์กิตเบรกเกอร์แบบเคส (MCCB) และอุปกรณ์ป้องกันเกรดอุตสาหกรรมอื่นๆ ทำให้เหมาะสำหรับการติดตั้งโซลาร์เซลล์ขนาดใหญ่ ระบบกักเก็บพลังงานแบตเตอรี่ (BESS) และไมโครกริด DC. ทำความเข้าใจ IEC 60947-2 เปรียบเทียบมาตรฐานนี้กับข้อกำหนด MCB สำหรับที่อยู่อาศัย.
หมวดหมู่พิกัดกระแสไฟฟ้า IEC
IEC 60947-2 กำหนดพิกัดกระแสไฟฟ้าหลายรายการที่แตกต่างจากคำศัพท์ NEC:
จัดอันดับปฏิบัติการปัจจุบัน(Ie):
กระแสไฟฟ้าที่เบรกเกอร์สามารถนำไปได้อย่างต่อเนื่องที่อุณหภูมิแวดล้อมที่ระบุ (โดยทั่วไปคือ 40°C สำหรับการติดตั้งแบบปิด, 25°C สำหรับที่โล่ง).
กระแสความร้อน (Ith):
กระแสต่อเนื่องสูงสุดที่เบรกเกอร์สามารถนำพาได้ในตู้หุ้ม โดยไม่เกินขีดจำกัดการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิ.
กระแสความร้อนในอากาศอิสระตามปกติ (Ithe):
พิกัดกระแสต่อเนื่องเมื่อติดตั้งบนราง DIN ในอากาศอิสระที่ 25°C.
ระเบียบวิธีขนาดตามมาตรฐาน IEC 60947-2
ต่างจากตัวคูณคงที่ 1.56 เท่าของ NEC มาตรฐาน IEC 60947-2 กำหนดให้ผู้ออกแบบต้องพิจารณา:
- กระแสโหลดต่อเนื่อง (กระแสไฟฟ้าที่ใช้งานภายใต้สภาวะปกติ)
- การลดพิกัดตามอุณหภูมิแวดล้อม (อุณหภูมิอ้างอิงแตกต่างกันไปตามการติดตั้ง)
- ประเภทการใช้งาน (AC-21A, AC-22A, AC-23A สำหรับ AC; DC-21A, DC-22A, DC-23A สำหรับ DC)
- ความสามารถในการตัดกระแสไฟฟ้าลัดวงจร (พิกัด Icu และ Ics)
สูตรการกำหนดขนาดตามมาตรฐาน IEC ขั้นพื้นฐาน:
Breaker Ie ≥ (กระแสโหลดต่อเนื่อง) / (ปัจจัยลดพิกัดตามอุณหภูมิ)
ข้อกำหนดด้านความสามารถในการตัดกระแสไฟฟ้าตามมาตรฐาน IEC
IEC 60947-2 ระบุพิกัดความสามารถในการตัดกระแสไฟฟ้าที่สำคัญสองประการ:
Icu (ความสามารถในการตัดกระแสไฟฟ้าลัดวงจรสูงสุด):
กระแสไฟฟ้าผิดพร่องสูงสุดที่เบรกเกอร์สามารถตัดได้เพียงครั้งเดียว หลังจากการทดสอบนี้ เบรกเกอร์อาจไม่เหมาะสำหรับการใช้งานต่อเนื่อง.
Ics (ความสามารถในการตัดกระแสไฟฟ้าลัดวงจรขณะใช้งาน):
ระดับกระแสไฟฟ้าผิดพร่องที่เบรกเกอร์สามารถตัดได้หลายครั้งและยังคงใช้งานได้ โดยทั่วไปจะแสดงเป็นเปอร์เซ็นต์ของ Icu (25%, 50%, 75% หรือ 100%).
เพื่อการป้องกันที่เชื่อถือได้ พิกัด Icu ของเบรกเกอร์ต้องเกินกระแสไฟฟ้าผิดพร่องสูงสุดที่มี ณ จุดติดตั้ง ในขณะที่ Ics ควรเกินกระแสไฟฟ้าผิดพร่องที่คาดการณ์ไว้สำหรับการทำงานต่อเนื่องหลังเกิดเหตุการณ์ผิดพร่อง.
การวิเคราะห์เปรียบเทียบ: NEC 690 เทียบกับ IEC 60947-2
| พารามิเตอร์ | NEC 690 (โซลาร์เซลล์) | IEC 60947-2 (อุตสาหกรรม) |
|---|---|---|
| แอปพลิเคชันหลัก | ระบบผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์ (สหรัฐอเมริกา) | ระบบไฟฟ้าแรงดันต่ำสำหรับอุตสาหกรรม/เชิงพาณิชย์ (นานาชาติ) |
| แรงดันไฟฟ้า DC สูงสุด | 600V (ที่อยู่อาศัย), 1,000V (เชิงพาณิชย์) | 1,500V DC |
| การคำนวณกระแสไฟฟ้า | Isc × 1.56 (ตัวคูณคงที่) | Ie ตามโหลดต่อเนื่อง + การลดพิกัด |
| อุณหภูมิอ้างอิง | อุณหภูมิแวดล้อม 40°C (NEC 310.15) | 40°C ในตู้หุ้ม, 25°C ในอากาศอิสระ |
| ทำลายคืน | อิงตามกระแสไฟฟ้าผิดพร่องที่มี | พิกัด Icu (สูงสุด) และ Ics (ขณะใช้งาน) |
| ปัจจัยโหลดต่อเนื่อง | 125% สร้างไว้ในตัวคูณ 1.56 เท่า | นำไปใช้แยกกันตามรอบการทำงาน |
| หมวดหมู่การใช้ประโยชน์ | ไม่ได้ระบุ (เฉพาะ PV) | กำหนด DC-21A, DC-22A, DC-23A |
| มาตรฐานการทดสอบ | UL 489 (สหรัฐอเมริกา), UL 1077 (เพิ่มเติม) | ลำดับการทดสอบ IEC 60947-2 |
| เอกสารประกอบ | ป้ายกำกับตาม NEC 690.53 | การทดสอบการใช้งานตาม IEC 62446-1 |
| การประสานงาน | Selectivity ตาม NEC 240.12 | Discrimination ตาม IEC 60947-2 Annex A |
ตัวอย่างการกำหนดขนาดเชิงปฏิบัติ: การเปรียบเทียบแบบเคียงข้างกัน
ตัวอย่างที่ 1: แผงโซลาร์เซลล์สำหรับที่อยู่อาศัย
พารามิเตอร์ของระบบ:
- Module Isc: 9.5A
- สตริงขนานกัน: 3
- แรงดันไฟฟ้าระบบ: 400V DC
- สถานที่: Phoenix, AZ (อุณหภูมิสูง)
- การติดตั้ง: ท่อร้อยสายบนหลังคา
การคำนวณตาม NEC 690:
- Total Isc = 9.5A × 3 = 28.5A
- ตัวคูณ NEC = 28.5A × 1.56 = 44.46A
- เบรกเกอร์มาตรฐาน = เบรกเกอร์ 50A DC
- ตัวนำ: 1/0 AWG (50A ที่ 90°C) พร้อมการแก้ไขอุณหภูมิ
การคำนวณตาม IEC 60947-2:
- กระแสต่อเนื่อง = 28.5A (Isc เป็นข้อมูลอ้างอิง)
- การลดพิกัดตามอุณหภูมิ (อุณหภูมิแวดล้อม 50°C): ปัจจัย 0.88
- Ie ที่ต้องการ = 28.5A / 0.88 = 32.4A
- เบรกเกอร์ที่เลือก: MCCB 40A (พิกัดตามมาตรฐาน IEC)
- ตรวจสอบว่า Icu ≥ กระแสลัดวงจรที่เกิดขึ้นได้
ความแตกต่างที่สำคัญ: ตัวคูณแบบระมัดระวัง 1.56× ของ NEC ส่งผลให้ใช้เบรกเกอร์ขนาดใหญ่ขึ้น (50A เทียบกับ 40A) ซึ่งให้ค่าเผื่อความปลอดภัยเพิ่มเติมสำหรับสภาวะการแผ่รังสีที่รุนแรงซึ่งพบได้บ่อยในสภาพอากาศแบบทะเลทราย.
ตัวอย่างที่ 2: ระบบจัดเก็บแบตเตอรี่เชิงพาณิชย์
พารามิเตอร์ของระบบ:
- ชุดแบตเตอรี่: 500V DC nominal
- กระแสชาร์จสูงสุด: 100A
- กระแสไฟดิสชาร์จสูงสุด: 150A
- กระแสไฟลัดวงจรที่เกิดขึ้นได้: 8,000A
แนวทาง NEC 690 (ถ้ามี):
สำหรับวงจรแบตเตอรี่ NEC 690 ไม่ได้ใช้โดยตรง แต่ NEC 706 (ระบบจัดเก็บพลังงาน) จะควบคุม:
- กระแสต่อเนื่อง = 150A (ค่าที่สูงกว่าระหว่างชาร์จ/ดิสชาร์จ)
- ใช้แฟกเตอร์ 1.25 = 150A × 1.25 = 187.5A
- เบรกเกอร์มาตรฐาน = เบรกเกอร์ 200A DC
แนวทาง IEC 60947-2:
- กระแสใช้งานที่กำหนด (Ie) = 150A
- เลือกเบรกเกอร์ที่มี Ie ≥ 150A
- ตรวจสอบว่า Icu ≥ 8,000A (8kA)
- ตรวจสอบว่า Ics ≥ 4,000A (50% ของ Icu ขั้นต่ำ)
- เบรกเกอร์ที่เลือก: MCCB 160A ที่มีพิกัด Icu 10kA
ความแตกต่างที่สำคัญ: IEC อนุญาตให้ปรับขนาดได้อย่างแม่นยำยิ่งขึ้นตามกระแสใช้งานจริงโดยไม่มีตัวคูณคงที่ 1.56× แต่ต้องมีการวิเคราะห์กระแสไฟลัดวงจรโดยละเอียดและการตรวจสอบความสามารถในการตัดกระแส.
การลดพิกัดเนื่องจากอุณหภูมิ: ข้อควรพิจารณาที่สำคัญ
ทั้งสองมาตรฐานกำหนดให้มีการแก้ไขอุณหภูมิ แต่ระเบียบวิธีแตกต่างกัน:
การแก้ไขอุณหภูมิ NEC 310.15
NEC จัดเตรียมแฟกเตอร์แก้ไขอุณหภูมิในตาราง 310.15(B)(1):
| อุณหภูมิแวดล้อม | แฟกเตอร์แก้ไข (ตัวนำ 90°C) |
|---|---|
| 30 องศาเซลเซียส | 1.04 |
| 40 องศาเซลเซียส | 1.00 |
| 50 องศาเซลเซียส | 0.82 |
| 60 องศาเซลเซียส | 0.58 |
โปรแกรม: คูณแอมแปร์ของตัวนำด้วยแฟกเตอร์แก้ไข จากนั้นตรวจสอบว่าพิกัดของเบรกเกอร์ไม่เกินแอมแปร์ที่แก้ไขแล้ว.
การลดพิกัดเนื่องจากอุณหภูมิ IEC 60947-2
เบรกเกอร์ IEC ได้รับการจัดอันดับที่อุณหภูมิอ้างอิงเฉพาะ (โดยทั่วไปคือ 40°C สำหรับแบบหุ้ม, 25°C สำหรับในอากาศ) ผู้ผลิตจัดเตรียมเส้นโค้งการลดพิกัดสำหรับสภาวะแวดล้อมที่แตกต่างกัน.
การลดพิกัด IEC ทั่วไป:
- 30°C: 1.05× กระแสที่กำหนด
- 40°C: 1.00× กระแสที่กำหนด (อ้างอิง)
- 50°C: 0.86× กระแสที่กำหนด
- 60°C: 0.71× กระแสที่กำหนด
สำหรับการติดตั้งพลังงานแสงอาทิตย์ในสภาพอากาศร้อน การลดพิกัดเนื่องจากอุณหภูมิอาจส่งผลกระทบอย่างมากต่อการเลือกเบรกเกอร์. คู่มือการลดพิกัดความสูงของเซอร์กิตเบรกเกอร์ ครอบคลุมปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อมเพิ่มเติม.
ความสามารถในการตัดกระแสและการวิเคราะห์กระแสไฟลัดวงจร
แนวทาง NEC: กระแสไฟลัดวงจรที่เกิดขึ้นได้
NEC 110.9 กำหนดว่า “อุปกรณ์ที่มีวัตถุประสงค์เพื่อขัดขวางกระแสไฟในระดับความผิดพลาดจะต้องมีพิกัดการขัดขวางที่เพียงพอสำหรับแรงดันไฟฟ้าของวงจรที่กำหนดและกระแสไฟที่มีอยู่ที่ขั้วสายของอุปกรณ์”
วิธีการคำนวณ:
- กำหนดกระแสไฟลัดวงจรสูงสุดที่เกิดขึ้นได้จากสาธารณูปโภค/แหล่งจ่ายไฟ
- คำนวณการมีส่วนร่วมของกระแสไฟลัดวงจรจากแผงโซลาร์เซลล์
- รวมกระแสไฟลัดวงจรทั้งหมดที่เกิดขึ้นได้
- เลือกเบรกเกอร์ที่มีพิกัดการขัดขวาง ≥ กระแสไฟลัดวงจรทั้งหมด
กระแสไฟลัดวงจร PV จากพลังงานแสงอาทิตย์:
กระแสไฟลัดวงจรสูงสุดจาก PV ≈ Isc × 1.25 × จำนวนสตริงขนาน
แนวทาง IEC 60947-2: พิกัด Icu และ Ics
IEC กำหนดให้มีการตรวจสอบความสามารถในการตัดกระแสทั้งขั้นสูงสุด (Icu) และขั้นใช้งาน (Ics):
การเลือก Icu:
Breaker Icu ≥ กระแสไฟฟ้าลัดวงจรที่คาดหวังสูงสุด
การเลือก Ics:
Breaker Ics ≥ กระแสไฟลัดวงจรที่คาดหวังสำหรับการทำงานต่อเนื่อง
- Ics = 100% Icu: ความสามารถในการให้บริการเต็มรูปแบบ
- Ics = 75% Icu: ความสามารถในการให้บริการสูง
- Ics = 50% Icu: ความสามารถในการให้บริการปานกลาง
- Ics = 25% Icu: ความสามารถในการให้บริการที่จำกัด
สำหรับการติดตั้งที่สำคัญ การเลือกเบรกเกอร์ที่มี Ics = 100% Icu ช่วยให้มั่นใจได้ว่าเบรกเกอร์ยังคงทำงานได้อย่างสมบูรณ์หลังจากตัดกระแสไฟลัดวงจร. พิกัดเซอร์กิตเบรกเกอร์ ICU ICS ICW ICM ให้คำอธิบายโดยละเอียดเกี่ยวกับพิกัดเหล่านี้.
การประสานงานและการเลือกสรร
ข้อกำหนดการเลือกสรรของ NEC
NEC 240.12 กล่าวถึงการประสานงานแบบเลือกสรรสำหรับระบบฉุกเฉิน ระบบสแตนด์บายที่จำเป็นตามกฎหมาย และระบบไฟฟ้าสำหรับการปฏิบัติงานที่สำคัญ สำหรับการติดตั้งพลังงานแสงอาทิตย์:
- เมนเบรกเกอร์ต้องคงสถานะปิดเมื่อเบรกเกอร์ด้านท้ายวงจรตัด
- ต้องวิเคราะห์เส้นโค้งเวลา-กระแส
- ระบบพิกัดอนุกรมอนุญาตภายใต้เงื่อนไขเฉพาะ
ข้อกำหนดการเลือกตัดกระแส IEC
IEC 60947-2 Annex A ให้ตารางการเลือกตัดกระแส (Selectivity) โดยละเอียดและวิธีการคำนวณ:
การเลือกตัดกระแสทั้งหมด:
อุปกรณ์ต้นทางไม่ทำงานสำหรับความผิดพร่องใดๆ ที่อุปกรณ์ปลายทางแก้ไข
การเลือกตัดกระแสบางส่วน:
การเลือกตัดกระแสจนถึงระดับกระแสที่ระบุ (ขีดจำกัดการเลือกตัดกระแส)
การเลือกตัดกระแสพลังงาน:
อิงตามลักษณะพลังงานที่ยอมให้ไหลผ่าน (I²t)
สำหรับการติดตั้งพลังงานแสงอาทิตย์ขนาดใหญ่ที่มีระดับการป้องกันหลายระดับ การประสานงานที่เหมาะสมจะป้องกันการตัดวงจรที่ไม่พึงประสงค์และรักษาความพร้อมใช้งานของระบบ. คู่มือการประสานงานการเลือกเบรกเกอร์คืออะไร อธิบายหลักการประสานงานโดยละเอียด.
ข้อควรพิจารณาพิเศษสำหรับการใช้งานพลังงานแสงอาทิตย์
ขั้วและความสามารถในการดับอาร์ค DC
เซอร์กิตเบรกเกอร์ DC สำหรับการใช้งานพลังงานแสงอาทิตย์ต้องจัดการกับความท้าทายที่ไม่เหมือนใคร:
ความยากลำบากในการดับอาร์ค:
อาร์ค DC ไม่ดับตามธรรมชาติที่จุดตัดศูนย์เหมือน AC เบรกเกอร์ใช้:
- คอยล์เป่าด้วยแม่เหล็ก
- ช่องดับอาร์คพร้อมแผ่นดีไอออน
- การแยกหน้าสัมผัสที่เพิ่มขึ้น
ข้อควรพิจารณาเกี่ยวกับขั้ว:
เบรกเกอร์ DC บางตัวมีความไวต่อขั้ว. คู่มือเบรกเกอร์ DC ขั้ว ครอบคลุมการวางแนวการติดตั้งที่เหมาะสม.
การป้องกันระดับสตริงเทียบกับการป้องกันระดับอาร์เรย์
การป้องกันระดับสตริง (NEC 690.9):
- เบรกเกอร์แต่ละตัวต่อสตริง
- อนุญาตให้แยกสตริงเดียวได้
- จำนวนส่วนประกอบและต้นทุนที่สูงขึ้น
การป้องกันระดับอาร์เรย์:
- เบรกเกอร์ตัวเดียวสำหรับสตริงขนานหลายสตริง
- ต้องมีการกำหนดขนาดตัวนำที่เหมาะสม
- ต้นทุนต่ำกว่า แต่การควบคุมละเอียดน้อยกว่า
การปฏิบัติตามข้อกำหนด Rapid Shutdown
NEC 690.12 (2017 และรุ่นต่อๆ มา) กำหนดให้มีฟังก์ชันปิดระบบอย่างรวดเร็ว:
- ลดแรงดันไฟฟ้าให้ ≤ 80V ภายใน 30 วินาที
- เบรกเกอร์ DC บางตัวทำงานร่วมกับระบบปิดระบบอย่างรวดเร็ว
- ส่งผลต่อการจัดวางเบรกเกอร์และการออกแบบระบบ
คู่มือความปลอดภัยในการปิดระบบอย่างรวดเร็วเทียบกับการตัดการเชื่อมต่อ DC เปรียบเทียบแนวทางการปฏิบัติตามข้อกำหนดที่แตกต่างกัน.
การรวมการกำหนดขนาดตัวนำ
การกำหนดขนาดเซอร์กิตเบรกเกอร์ DC ที่เหมาะสมต้องประสานงานกับความสามารถในการนำกระแสของตัวนำ:
การกำหนดขนาดตัวนำ NEC
- คำนวณความสามารถในการนำกระแสขั้นต่ำ:
ความสามารถในการนำกระแส ≥ Isc × 1.56 - ใช้ปัจจัยแก้ไข:
- การแก้ไขอุณหภูมิ (NEC 310.15(B)(1))
- การปรับการเติมท่อร้อยสาย (NEC 310.15(B)(3)(a))
- ตรวจสอบการป้องกันเบรกเกอร์:
พิกัดเบรกเกอร์ ≤ ความสามารถในการนำกระแสของตัวนำ (หลังการแก้ไข)
การกำหนดขนาดตัวนำ IEC
- กำหนดกระแสออกแบบ (Ib):
Ib = กระแสไฟฟ้าที่ใช้งานต่อเนื่อง - เลือกพิกัดเบรกเกอร์ (In):
ใน ≥ Ib - เลือกความสามารถในการนำกระแสของตัวนำ (Iz):
Iz ≥ In - ใช้ปัจจัยแก้ไข:
- อุณหภูมิแวดล้อม (IEC 60364-5-52)
- ปัจจัยการจัดกลุ่ม
- วิธีการติดตั้ง
คู่มือการเลือกขนาดสายไฟ 50 แอมป์ ให้ตัวอย่างการกำหนดขนาดตัวนำที่เป็นประโยชน์.
ข้อผิดพลาดในการกำหนดขนาดทั่วไปและวิธีหลีกเลี่ยง
ข้อผิดพลาดที่ 1: การนับซ้ำปัจจัย 125%
แนวทางที่ไม่ถูกต้อง:
- คำนวณ: Isc × 1.56 = 15.6A
- ใช้ 125% เพิ่มเติม: 15.6A × 1.25 = 19.5A ❌
แนวทางที่ถูกต้อง:
- NEC 690.8 รวมปัจจัยโหลดต่อเนื่องแล้ว
- ใช้: Isc × 1.56 = 15.6A
- เลือกขนาดมาตรฐานถัดไป: 20A ✓
ข้อผิดพลาดที่ 2: การละเลยการลดพิกัดเนื่องจากอุณหภูมิ
ปัญหา:
การเลือก #12 AWG (25A ที่ 90°C) สำหรับเบรกเกอร์ 20A ในสภาพแวดล้อม 60°C โดยไม่มีการแก้ไขอุณหภูมิ.
แอมแปร์ที่แก้ไขแล้ว:
25A × 0.58 (ปัจจัย 60°C) = 14.5A (ไม่เพียงพอสำหรับเบรกเกอร์ 20A)
สารละลาย:
ใช้ #10 AWG (35A × 0.58 = 20.3A) ✓
ข้อผิดพลาดที่ 3: ความสามารถในการตัดกระแสไฟไม่เพียงพอ
สถานการณ์:
การติดตั้งเบรกเกอร์ 6kA ในที่ที่มีกระแสไฟผิดพร่อง 8kA
ผลที่ตามมา:
เบรกเกอร์อาจล้มเหลวอย่างร้ายแรงระหว่างเกิดความผิดพร่อง ทำให้เกิดอันตรายจากไฟไหม้
สารละลาย:
คำนวณกระแสไฟผิดพร่องสูงสุดรวมถึงแหล่งที่มาทั้งหมด เลือกเบรกเกอร์ที่มี Icu ≥ กระแสไฟผิดพร่องทั้งหมด
ข้อผิดพลาดที่ 4: การผสมพิกัด AC และ DC
ข้อผิดพลาดร้ายแรง:
การใช้เบรกเกอร์ที่ได้รับการจัดอันดับ AC สำหรับการใช้งาน DC
ทำไมถึงล้มเหลว:
- เบรกเกอร์ AC อาศัยการตัดข้ามศูนย์เพื่อดับอาร์ค
- อาร์ค DC คงอยู่ตลอดไปโดยไม่มีกลไกการขัดจังหวะที่เหมาะสม
- อาจส่งผลให้เบรกเกอร์ล้มเหลวและเกิดไฟไหม้
สารละลาย:
ระบุเบรกเกอร์ที่ได้รับการจัดอันดับ DC เสมอสำหรับระบบโซลาร์เซลล์และแบตเตอรี่. ความแตกต่างที่สำคัญของเซอร์กิตเบรกเกอร์ DC กับ AC อธิบายความแตกต่างที่สำคัญ.
ข้อกำหนดด้านการปฏิบัติตามข้อกำหนดและเอกสาร
เอกสาร NEC 690
ป้ายกำกับที่จำเป็น (NEC 690.53):
- แรงดันไฟฟ้าระบบสูงสุด
- กระแสไฟฟ้าสูงสุดของวงจร
- พิกัด OCPD สูงสุด
- พิกัดกระแสไฟฟ้าลัดวงจร
ข้อกำหนดป้ายประกาศ:
- ตำแหน่งของตัวตัดการเชื่อมต่อ DC
- ตำแหน่งปุ่มปิดระบบอย่างรวดเร็ว
- ข้อมูลติดต่อฉุกเฉิน
เอกสารการว่าจ้าง IEC
ข้อกำหนด IEC 62446-1:
- เอกสารการออกแบบระบบ
- ข้อกำหนดส่วนประกอบ
- ผลการทดสอบ (ความต้านทานฉนวน, ขั้ว, ความต่อเนื่องของดิน)
- การวัดเส้นโค้ง I-V
- การตั้งค่าอุปกรณ์ป้องกัน
- ภาพวาดตามที่สร้าง
สำหรับโครงการระหว่างประเทศ การดูแลรักษาทั้งป้ายกำกับ NEC และรายงานการว่าจ้าง IEC ช่วยให้มั่นใจได้ถึงการปฏิบัติตามข้อกำหนดในทุกเขตอำนาจศาล.
การเลือกมาตรฐานที่เหมาะสมสำหรับโครงการของคุณ
ใช้ NEC 690 เมื่อ:
- การติดตั้งในสหรัฐอเมริกา แคนาดา หรือเขตอำนาจศาลที่ใช้ NEC
- การออกแบบระบบโซลาร์เซลล์ที่อยู่อาศัย
- การทำงานกับอุปกรณ์ที่ได้รับการรับรองจาก UL
- โครงการต้องได้รับการอนุมัติจาก AHJ ภายใต้กรอบ NEC
- การเชื่อมต่อโครงข่ายไฟฟ้าเป็นไปตาม IEEE 1547
ใช้ IEC 60947-2 เมื่อ:
- การติดตั้งในยุโรป เอเชีย ตะวันออกกลาง หรือภูมิภาคที่ใช้ IEC
- การออกแบบระบบเชิงพาณิชย์/อุตสาหกรรมขนาดใหญ่
- การทำงานกับอุปกรณ์ที่มีเครื่องหมาย CE
- ข้อกำหนดของโครงการกำหนดให้ต้องปฏิบัติตาม IEC
- การบูรณาการกับอินเทอร์เฟซยูทิลิตี้ IEC 61727
แนวทางการปฏิบัติตามข้อกำหนดคู่:
สำหรับผู้ผลิตที่ให้บริการตลาดโลก:
- ออกแบบตามข้อกำหนดที่เข้มงวดกว่า
- ขอรับการรับรองทั้ง UL และ IEC
- จัดทำเอกสารสำหรับทั้งสองมาตรฐาน
- ใช้ขนาดที่อนุรักษ์นิยมซึ่งเป็นไปตามทั้งสองกรอบ
เซอร์กิตเบรกเกอร์ DC สมัยใหม่จำนวนมากมีพิกัดคู่ (UL 489 และ IEC 60947-2) ทำให้การระบุข้อกำหนดสำหรับโครงการระหว่างประเทศง่ายขึ้น. 10 ผู้ผลิตเซอร์กิตเบรกเกอร์ชั้นนำในประเทศจีน แสดงรายการซัพพลายเออร์ที่นำเสนอผลิตภัณฑ์ที่ได้รับการรับรองแบบคู่.
หัวข้อขั้นสูง: การจัดเก็บแบตเตอรี่และไมโครกริด
การป้องกันวงจรแบตเตอรี่
ระบบจัดเก็บพลังงานแบตเตอรี่นำเสนอความท้าทายที่ไม่เหมือนใคร:
ความไม่สมมาตรของการชาร์จ/ดิสชาร์จ:
- กระแสชาร์จ: โดยทั่วไปถูกจำกัดโดยอินเวอร์เตอร์/เครื่องชาร์จ
- กระแสดิสชาร์จ: สามารถสูงกว่าอย่างมีนัยสำคัญ
- เลือกขนาดเบรกเกอร์สำหรับกระแสชาร์จหรือดิสชาร์จสูงสุด
กระแสไฟกระชาก:
- โหลดแบบ Capacitive สร้างกระแสไหลเข้าสูง
- อาจต้องใช้เบรกเกอร์แบบ D-curve หรือวงจร Soft-start
การมีส่วนร่วมของกระแสไฟฟ้าลัดวงจร:
- แบตเตอรี่สามารถจ่ายกระแสไฟฟ้าลัดวงจรที่สูงมากได้
- ต้องมีการวิเคราะห์ความสามารถในการตัดกระแสไฟฟ้าอย่างระมัดระวัง
เหตุผลที่เบรกเกอร์ DC มาตรฐานไม่สามารถใช้งานได้ใน BESS ที่มีความสามารถในการตัดกระแสไฟฟ้าสูง กล่าวถึงความท้าทายในการป้องกันเฉพาะสำหรับแบตเตอรี่.
การใช้งาน DC Microgrid
ระบบ DC ที่มีแหล่งจ่ายไฟหลายแหล่งต้องมีการประสานงานการป้องกันที่ซับซ้อน:
การประสานงานแหล่งที่มา:
- การมีส่วนร่วมของ Solar PV
- การมีส่วนร่วมของแบตเตอรี่
- การมีส่วนร่วมของวงจรเรียงกระแสที่เชื่อมต่อกับระบบไฟฟ้า
- การมีส่วนร่วมของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า
การไหลของพลังงานแบบสองทิศทาง:
- เบรกเกอร์ต้องตัดกระแสไฟฟ้าในทั้งสองทิศทาง
- ข้อควรพิจารณาเกี่ยวกับขั้วสำหรับเบรกเกอร์ที่ไม่สมมาตร
ระบบสายดิน:
- ระบบสายดินแบบ Solidly grounded
- ระบบสายดินแบบ High-resistance grounded
- ระบบที่ไม่มีสายดิน (ระบบ IT ตามมาตรฐาน IEC)
แนวโน้มในอนาคตของการป้องกันวงจร DC
เซอร์กิตเบรกเกอร์แบบ Solid-State
เทคโนโลยี Solid-State ที่เกิดขึ้นใหม่นำเสนอ:
- เวลาในการตัดวงจรที่เร็วกว่า (ไมโครวินาทีเทียบกับมิลลิวินาที)
- ไม่มีการสึกหรอทางกลไก
- การจำกัดกระแสไฟฟ้าที่แม่นยำ
- การบูรณาการกับระบบกริดอัจฉริยะ
Solid State Circuit Breaker SSCB Nvidia Tesla Switch สำรวจเทคโนโลยีที่เกิดขึ้นใหม่นี้.
Smart Breakers และการบูรณาการ IoT
เบรกเกอร์ DC รุ่นใหม่มีคุณสมบัติ:
- การตรวจสอบกระแสไฟฟ้าแบบเรียลไทม์
- การแจ้งเตือนการบำรุงรักษาเชิงคาดการณ์
- ความสามารถในการสั่ง Trip/Close จากระยะไกล
- การบูรณาการกับระบบการจัดการอาคาร
การปรับมาตรฐานให้สอดคล้องกัน
ความพยายามอย่างต่อเนื่องในการปรับมาตรฐาน NEC และ IEC ให้สอดคล้องกัน:
- IEC/UL 61730 ปรับความปลอดภัยของแผงโซลาร์เซลล์ให้สอดคล้องกัน
- กลุ่มทำงานร่วมกันแก้ไขช่องว่างในการป้องกัน DC
- การยอมรับร่วมกันของผลการทดสอบที่เพิ่มขึ้น
ส่วนคำถามที่พบบ่อยสั้นๆ
ถาม: ฉันสามารถใช้วิธีการกำหนดขนาดเบรกเกอร์แบบเดียวกันสำหรับโครงการ NEC และ IEC ได้หรือไม่
ตอบ: ไม่ได้ NEC 690 กำหนดตัวคูณคงที่ 1.56× สำหรับวงจร Solar PV ในขณะที่ IEC 60947-2 ใช้กระแสโหลดต่อเนื่องพร้อมปัจจัยลดพิกัดแยกต่างหาก ใช้มาตรฐานที่ควบคุมเขตอำนาจศาลของคุณเสมอ สำหรับโครงการระหว่างประเทศ ให้คำนวณโดยใช้วิธีการทั้งสองและเลือกผลลัพธ์ที่ระมัดระวังกว่า.
ถาม: อะไรคือความแตกต่างระหว่างพิกัด Icu และ Ics ในเบรกเกอร์ IEC
ตอบ: Icu (ความสามารถในการตัดกระแสไฟฟ้าสูงสุด) คือกระแสไฟฟ้าลัดวงจรสูงสุดที่เบรกเกอร์สามารถตัดได้เพียงครั้งเดียว ในขณะที่ Ics (ความสามารถในการตัดกระแสไฟฟ้าขณะใช้งาน) คือระดับกระแสไฟฟ้าลัดวงจรที่สามารถตัดได้หลายครั้งและยังคงใช้งานได้ โดยทั่วไป Ics จะอยู่ที่ 25-100% ของ Icu สำหรับการใช้งานที่สำคัญ ให้เลือกเบรกเกอร์ที่มี Ics = 100% Icu.
ถาม: ฉันต้องใช้ตัวคูณ 1.56× กับวงจรแบตเตอรี่ภายใต้ NEC หรือไม่
ตอบ: ไม่ NEC 690.8 ใช้ตัวคูณนี้เฉพาะกับวงจรแหล่งจ่ายและเอาต์พุต PV เท่านั้น วงจรแบตเตอรี่อยู่ภายใต้ NEC 706 (ระบบจัดเก็บพลังงาน) ซึ่งกำหนด 125% (1.25×) สำหรับโหลดต่อเนื่อง แต่ไม่ใช่ปัจจัยการแผ่รังสีเพิ่มเติม ตรวจสอบบทความรหัสที่เกี่ยวข้องสำหรับการใช้งานเฉพาะของคุณเสมอ.
ถาม: ฉันสามารถใช้เบรกเกอร์ที่ได้รับการจัดอันดับ AC สำหรับการใช้งาน DC ได้หรือไม่ หากพิกัดแรงดันและกระแสไฟฟ้าเพียงพอ
ตอบ: ห้ามใช้โดยเด็ดขาด เบรกเกอร์ AC อาศัยการตัดข้ามศูนย์ตามธรรมชาติของกระแสสลับเพื่อดับอาร์ค กระแส DC รักษาขั้วคงที่ ซึ่งต้องใช้กลไกการตัดอาร์คแบบพิเศษ การใช้เบรกเกอร์ AC สำหรับการใช้งาน DC อาจส่งผลให้เกิดความล้มเหลวอย่างร้ายแรงและอันตรายจากไฟไหม้ ระบุเบรกเกอร์ที่ได้รับการจัดอันดับ DC ที่มีพิกัดแรงดันไฟฟ้าที่เหมาะสมเสมอ.
ถาม: ฉันจะกำหนดกระแสไฟฟ้าลัดวงจรที่มีอยู่สำหรับการเลือกเบรกเกอร์ได้อย่างไร
ตอบ: สำหรับระบบที่เชื่อมต่อกับกริด ให้รับกระแสไฟฟ้าลัดวงจรที่มีอยู่ของระบบไฟฟ้าที่จุดเชื่อมต่อ เพิ่มการมีส่วนร่วมของกระแสไฟฟ้าลัดวงจรจากแผง PV ของคุณ (โดยประมาณ Isc × 1.25 × จำนวนสตริงขนาน) สำหรับระบบแบตเตอรี่ ให้ปรึกษาข้อมูลของผู้ผลิตสำหรับกระแสไฟฟ้าลัดวงจรสูงสุด เลือกเบรกเกอร์ที่มี Icu (IEC) หรือพิกัดการตัดกระแสไฟฟ้า (NEC) เกินกระแสไฟฟ้าลัดวงจรที่คำนวณได้ทั้งหมด.
ถาม: ฉันควรใช้ อุณหภูมิใดในการลดพิกัดตัวนำในระบบติดตั้งบนหลังคาโซลาร์เซลล์
ตอบ: สำหรับตัวนำที่ติดตั้งในท่อร้อยสายบนหลังคา อุณหภูมิแวดล้อมอาจเกิน 60-70°C ในแสงแดดโดยตรง ใช้ข้อมูลสภาพอากาศในท้องถิ่นและ NEC 310.15(B)(3)(c) สำหรับตัวเพิ่มอุณหภูมิบนหลังคา (โดยทั่วไป +33°C เหนืออุณหภูมิแวดล้อม) การออกแบบที่ระมัดระวังใช้อุณหภูมิแวดล้อม 70°C สำหรับสภาพอากาศแบบทะเลทรายหรือหลังคาสีเข้มที่มีการระบายอากาศไม่ดี.
สรุป: การรับรองความปลอดภัย การป้องกัน DC ที่เป็นไปตามข้อกำหนด
การกำหนดขนาดเซอร์กิตเบรกเกอร์ DC ที่เหมาะสมเป็นพื้นฐานสำหรับความปลอดภัย การติดตั้งโซลาร์เซลล์ PV และระบบจัดเก็บพลังงานที่เชื่อถือได้ ไม่ว่าจะทำงานภายใต้มาตรฐาน NEC 690 หรือ IEC 60947-2 การทำความเข้าใจวิธีการคำนวณ ปัจจัยด้านความปลอดภัย และข้อกำหนดด้านความสามารถในการตัดกระแสไฟฟ้า ช่วยให้มั่นใจได้ว่าระบบของคุณจะปกป้องทั้งอุปกรณ์และบุคลากร.
หลักการสำคัญที่ควรจดจำ:
- ใช้มาตรฐานที่ถูกต้อง สำหรับเขตอำนาจศาลและการใช้งานของคุณ
- อย่าข้ามการลดพิกัดอุณหภูมิ – เป็นสิ่งสำคัญสำหรับการป้องกันตัวนำ
- ตรวจสอบความสามารถในการตัดกระแส จากกระแสไฟฟ้าลัดวงจรสูงสุดที่มีอยู่
- ใช้เบรกเกอร์ที่ได้รับการจัดอันดับ DC – ห้ามใช้เบรกเกอร์ AC แทนเบรกเกอร์ DC
- จัดทำเอกสารอย่างละเอียด – การติดฉลากและการบันทึกการทดสอบเดินเครื่องที่เหมาะสมเป็นสิ่งจำเป็น
สำหรับการติดตั้งที่ซับซ้อนที่เกี่ยวข้องกับแหล่งจ่ายไฟหลายแหล่ง การจัดเก็บแบตเตอรี่ หรือข้อกำหนดการปฏิบัติตามข้อกำหนดระหว่างประเทศ การปรึกษากับวิศวกรไฟฟ้าที่มีประสบการณ์และการใช้อุปกรณ์จากผู้ผลิตที่มีชื่อเสียง ช่วยให้มั่นใจได้ว่าระบบป้องกันของคุณทำงานตามที่ออกแบบไว้เมื่อจำเป็นที่สุด.
VIOX Electric นำเสนอเซอร์กิตเบรกเกอร์ DC ที่ครอบคลุมซึ่งเป็นไปตามมาตรฐาน NEC และ IEC ซึ่งได้รับการสนับสนุนโดยการทดสอบอย่างเข้มงวดและการสนับสนุนทางเทคนิคสำหรับการใช้งานที่เหมาะสม ไม่ว่าคุณจะออกแบบแผงโซลาร์เซลล์สำหรับที่อยู่อาศัยหรือระบบจัดเก็บแบตเตอรี่ขนาดใหญ่ การป้องกันวงจรที่เหมาะสมเริ่มต้นด้วยการคำนวณขนาดที่แม่นยำและส่วนประกอบที่มีคุณภาพ.
