Việc chọn sai kích cỡ của bộ ngắt mạch DC có thể dẫn đến các sự cố hệ thống nghiêm trọng, nguy cơ hỏa hoạn và thiệt hại thiết bị tốn kém trong các hệ thống điện mặt trời PV. Cho dù bạn đang thiết kế hệ thống cho thị trường Bắc Mỹ hay các dự án quốc tế, việc hiểu rõ sự khác biệt quan trọng giữa các tiêu chuẩn NEC 690 và IEC 60947-2 là điều cần thiết để lắp đặt an toàn và tuân thủ.
Hướng dẫn toàn diện này phân tích các phương pháp tính toán, hệ số an toàn và ứng dụng thực tế của cả hai tiêu chuẩn để giúp các kỹ sư điện, nhà thiết kế hệ thống và người lắp đặt đưa ra quyết định sáng suốt.
Những điểm chính
- NEC 690 áp dụng hệ số nhân 1,56× (1,25 × 1,25) cho dòng điện ngắn mạch đối với các mạch nguồn PV, trong khi IEC 60947-2 sử dụng các hệ số tải liên tục khác nhau dựa trên loại ứng dụng
- Định mức điện áp khác nhau đáng kể: NEC 690 giới hạn hệ thống DC dân dụng ở 600V, trong khi IEC 60947-2 bao gồm đến 1.500V DC cho các ứng dụng công nghiệp
- Yêu cầu về khả năng cắt: NEC tập trung vào dòng điện sự cố có sẵn tại điểm lắp đặt, trong khi IEC 60947-2 chỉ định định mức Icu (tối ưu) và Ics (dịch vụ)
- Giảm nhiệt độ: Cả hai tiêu chuẩn đều yêu cầu điều chỉnh nhiệt độ môi trường, nhưng nhiệt độ tham chiếu khác nhau (40°C đối với NEC, thay đổi theo ứng dụng IEC)
- Yêu cầu về tài liệu: NEC 690 quy định việc dán nhãn và biển báo cụ thể, trong khi IEC 62446-1 yêu cầu các báo cáo nghiệm thu toàn diện
Hiểu các Tiêu chuẩn về Bộ ngắt mạch DC: Tại sao Chúng lại Quan trọng
Bộ ngắt mạch DC hoạt động khác về cơ bản so với các bộ ngắt mạch AC tương ứng. Không giống như dòng điện AC tự nhiên vượt qua điểm không 100-120 lần mỗi giây (hỗ trợ dập tắt hồ quang), dòng điện DC duy trì cực tính không đổi, khiến việc ngắt hồ quang trở nên khó khăn hơn đáng kể. Thực tế vật lý này thúc đẩy sự cần thiết của các tính toán và tiêu chuẩn định cỡ chuyên dụng.
Điều 690 của Bộ luật Điện Quốc gia (NEC) chi phối các hệ thống điện mặt trời chủ yếu ở Hoa Kỳ và các khu vực pháp lý áp dụng khuôn khổ NEC. Trong khi đó, IEC 60947-2 đóng vai trò là tiêu chuẩn quốc tế cho bộ ngắt mạch hạ thế được sử dụng trong các ứng dụng thương mại và công nghiệp trên toàn thế giới, bao gồm cả các hệ thống điện mặt trời ở Châu Âu, Châu Á và các khu vực khác.
Hiểu cả hai tiêu chuẩn là rất quan trọng đối với các nhà sản xuất phục vụ thị trường toàn cầu và những người lắp đặt làm việc trong các dự án quốc tế. Bộ ngắt mạch DC là gì cung cấp kiến thức nền tảng về các nguyên tắc bảo vệ DC.
NEC 690: Phương pháp Định cỡ Bộ ngắt mạch PV Mặt trời
Giải thích Hệ số nhân 1,56×
NEC 690.8(A)(1) thiết lập nền tảng cho việc định cỡ bộ ngắt mạch DC trong các ứng dụng năng lượng mặt trời. Phép tính áp dụng hai hệ số an toàn 1,25 liên tiếp:
Bước 1: Tính đến Độ rọi Tăng cường
Hệ số 1,25 đầu tiên giải quyết hiệu ứng “bờ mây”, trong đó các mô-đun năng lượng mặt trời có thể tạo ra dòng điện vượt quá dòng điện ngắn mạch định mức (Isc) của chúng trong một số điều kiện khí quyển nhất định.
Bước 2: Hệ số Tải Liên tục
Hệ số 1,25 thứ hai tính đến hoạt động liên tục, vì các hệ thống PV có thể tạo ra điện trong ba giờ liên tiếp trở lên trong thời gian nắng cao điểm.
Tính toán Kết hợp:
Dòng điện Tối đa = Isc × 1,25 × 1,25 = Isc × 1,56
Ví dụ Định cỡ NEC 690 Thực tế
Thông số kỹ thuật Hệ thống:
- Mô-đun năng lượng mặt trời Isc: 10,5A
- Số lượng chuỗi song song: 2
- Điện áp hoạt động: 48V DC
Các bước Tính toán:
- Tính tổng dòng điện ngắn mạch:
Tổng Isc = 10,5A × 2 chuỗi = 21A - Áp dụng hệ số nhân NEC 690.8:
Định mức bộ ngắt mạch yêu cầu = 21A × 1,56 = 32,76A - Chọn kích thước bộ ngắt mạch tiêu chuẩn:
Kích thước tiêu chuẩn tiếp theo = Bộ ngắt mạch 40A DC - Xác minh dòng điện cho phép của dây dẫn:
Dây dẫn phải xử lý ≥ 32,76A sau khi điều chỉnh nhiệt độ/lấp đầy ống dẫn
Phương pháp này đảm bảo bộ ngắt mạch sẽ không bị cắt do nhiễu trong điều kiện độ rọi cao bình thường đồng thời cung cấp khả năng bảo vệ quá tải đầy đủ. Cách Chọn Bộ ngắt mạch DC Phù hợp cung cấp các tiêu chí lựa chọn bổ sung.
Các Cân nhắc về Điện áp NEC 690
NEC 690.7 yêu cầu tính toán điện áp hệ thống tối đa bằng cách sử dụng điện áp hở mạch đã được điều chỉnh theo nhiệt độ (Voc). Đối với các hệ thống lắp đặt dân dụng, NEC giới hạn điện áp DC ở 600V đối với nhà ở một và hai gia đình, mặc dù các hệ thống thương mại có thể hoạt động ở điện áp cao hơn với các biện pháp bảo vệ thích hợp.
Công thức Điều chỉnh Nhiệt độ:
Voc(max) = Voc(STC) × [1 + (Tmin – 25°C) × Hệ số Nhiệt độ]
Trong đó Tmin là nhiệt độ môi trường dự kiến thấp nhất tại địa điểm lắp đặt.
IEC 60947-2: Tiêu chuẩn Bộ ngắt mạch DC Công nghiệp
Phạm vi và Ứng dụng
IEC 60947-2 áp dụng cho các bộ ngắt mạch có tiếp điểm chính dành cho các mạch không vượt quá:
- 1,000V AC
- 1.500V DC
Tiêu chuẩn này bao gồm bộ ngắt mạch vỏ đúc (MCCB) và các thiết bị bảo vệ cấp công nghiệp khác, làm cho nó phù hợp với các hệ thống lắp đặt năng lượng mặt trời quy mô lớn, hệ thống lưu trữ năng lượng pin (BESS) và lưới điện siêu nhỏ DC. Hiểu IEC 60947-2 so sánh tiêu chuẩn này với các yêu cầu MCB dân dụng.
Các Loại Định mức Dòng điện IEC
IEC 60947-2 định nghĩa một số định mức dòng điện khác với thuật ngữ NEC:
Bình Hoạt Động Hiện Tại (Tức Là):
Dòng điện mà bộ ngắt mạch có thể mang liên tục ở nhiệt độ môi trường quy định (thường là 40°C đối với các hệ thống lắp đặt kín, 25°C đối với không khí thoáng).
Dòng điện nhiệt (Ith):
Dòng điện liên tục tối đa mà bộ ngắt mạch có thể mang trong vỏ của nó mà không vượt quá giới hạn tăng nhiệt độ.
Dòng điện nhiệt trong không khí tự do thông thường (Ithe):
Định mức dòng điện liên tục khi được gắn trên thanh DIN trong không khí tự do ở 25°C.
Phương pháp định cỡ IEC 60947-2
Không giống như hệ số nhân cố định 1,56× của NEC, IEC 60947-2 yêu cầu các nhà thiết kế phải xem xét:
- Dòng điện tải liên tục (dòng điện hoạt động trong điều kiện bình thường)
- Giảm định mức theo nhiệt độ môi trường (nhiệt độ tham chiếu thay đổi theo cài đặt)
- Thể loại sử dụng (AC-21A, AC-22A, AC-23A cho AC; DC-21A, DC-22A, DC-23A cho DC)
- Khả năng cắt ngắn mạch (định mức Icu và Ics)
Công thức định cỡ IEC cơ bản:
Ie của bộ ngắt mạch ≥ (Dòng điện tải liên tục) / (Hệ số giảm định mức theo nhiệt độ)
Yêu cầu về khả năng cắt mạch theo tiêu chuẩn IEC
IEC 60947-2 quy định hai định mức khả năng cắt mạch quan trọng:
Icu (Khả năng cắt ngắn mạch cuối cùng):
Dòng điện sự cố tối đa mà bộ ngắt mạch có thể cắt một lần. Sau thử nghiệm này, bộ ngắt mạch có thể không còn phù hợp để tiếp tục sử dụng.
Ics (Khả năng cắt ngắn mạch khi vận hành):
Mức dòng điện sự cố mà bộ ngắt mạch có thể cắt nhiều lần và vẫn hoạt động. Thường được biểu thị bằng tỷ lệ phần trăm của Icu (25%, 50%, 75% hoặc 100%).
Để bảo vệ đáng tin cậy, định mức Icu của bộ ngắt mạch phải vượt quá dòng điện sự cố tối đa có sẵn tại điểm lắp đặt, trong khi Ics phải vượt quá dòng điện sự cố dự kiến để tiếp tục hoạt động sau sự kiện sự cố.
Phân tích so sánh: NEC 690 so với IEC 60947-2
| Tham số | NEC 690 (Điện mặt trời PV) | IEC 60947-2 (Công nghiệp) |
|---|---|---|
| Ứng dụng chính | Hệ thống điện mặt trời (Hoa Kỳ) | Hệ thống điện hạ thế công nghiệp/thương mại (Quốc tế) |
| Điện áp DC tối đa | 600V (dân dụng), 1.000V (thương mại) | 1.500V DC |
| Tính toán dòng điện | Isc × 1,56 (hệ số nhân cố định) | Ie dựa trên tải liên tục + giảm định mức |
| Nhiệt độ tham chiếu | 40°C môi trường (NEC 310.15) | 40°C trong vỏ, 25°C không khí tự do |
| Khả Năng Phá Vỡ | Dựa trên dòng điện sự cố có sẵn | Định mức Icu (cuối cùng) và Ics (vận hành) |
| Hệ số tải liên tục | 125% được tích hợp vào hệ số nhân 1,56× | Áp dụng riêng dựa trên chu kỳ làm việc |
| Các loại sử dụng | Không được chỉ định (dành riêng cho PV) | DC-21A, DC-22A, DC-23A được xác định |
| Tiêu chuẩn Thử nghiệm | UL 489 (Hoa Kỳ), UL 1077 (bổ sung) | Trình tự thử nghiệm IEC 60947-2 |
| Tài liệu | Nhãn theo NEC 690.53 | Vận hành theo IEC 62446-1 |
| Phối hợp | Tính chọn lọc theo NEC 240.12 | Tính phân biệt theo Phụ lục A của IEC 60947-2 |
Ví dụ thực tế về định cỡ: So sánh song song
Ví dụ 1: Dàn pin mặt trời dân dụng
Thông số hệ thống:
- Module Isc: 9,5A
- Số chuỗi song song: 3
- Điện áp hệ thống: 400V DC
- Vị trí: Phoenix, AZ (nhiệt độ cao)
- Lắp đặt: Ống dẫn trên mái nhà
Tính toán theo NEC 690:
- Tổng Isc = 9,5A × 3 = 28,5A
- Hệ số nhân NEC = 28,5A × 1,56 = 44,46A
- Bộ ngắt mạch tiêu chuẩn = Bộ ngắt mạch 50A DC
- Dây dẫn: 8 AWG (50A ở 90°C) có hiệu chỉnh nhiệt độ
Tính toán theo IEC 60947-2:
- Dòng điện liên tục = 28,5A (Isc làm tham chiếu)
- Giảm định mức theo nhiệt độ (50°C môi trường): hệ số 0,88
- Ie yêu cầu = 28.5A / 0.88 = 32.4A
- Chọn aptomat: MCCB 40A (Định mức IEC)
- Kiểm tra Icu ≥ dòng ngắn mạch khả dụng
Sự khác biệt chính: Hệ số nhân bảo thủ 1.56× của NEC dẫn đến aptomat lớn hơn (50A so với 40A), cung cấp thêm biên độ an toàn cho các điều kiện bức xạ khắc nghiệt thường thấy ở vùng khí hậu sa mạc.
Ví dụ 2: Hệ thống lưu trữ pin thương mại
Thông số hệ thống:
- Ngân hàng pin: 500V DC danh định
- Tối đa phí hiện: 100
- Dòng xả tối đa: 150A
- Dòng ngắn mạch khả dụng: 8,000A
Phương pháp tiếp cận NEC 690 (nếu áp dụng):
Đối với mạch pin, NEC 690 không áp dụng trực tiếp, nhưng NEC 706 (Hệ thống lưu trữ năng lượng) sẽ chi phối:
- Dòng điện liên tục = 150A (cao hơn giữa sạc/xả)
- Áp dụng hệ số 125%: 150A × 1.25 = 187.5A
- Bộ ngắt mạch tiêu chuẩn = Aptomat 200A DC
Phương pháp tiếp cận IEC 60947-2:
- Dòng điện vận hành định mức (Ie) = 150A
- Chọn aptomat có Ie ≥ 150A
- Kiểm tra Icu ≥ 8,000A (8kA)
- Kiểm tra Ics ≥ 4,000A (50% của Icu tối thiểu)
- Chọn aptomat: MCCB 160A với định mức Icu 10kA
Sự khác biệt chính: IEC cho phép định cỡ chính xác hơn dựa trên dòng điện vận hành thực tế mà không cần hệ số nhân cố định 1.56×, nhưng yêu cầu phân tích dòng ngắn mạch chi tiết và xác minh khả năng cắt.
Giảm định mức theo nhiệt độ: Các cân nhắc quan trọng
Cả hai tiêu chuẩn đều yêu cầu điều chỉnh nhiệt độ, nhưng phương pháp luận khác nhau:
Điều chỉnh nhiệt độ NEC 310.15
NEC cung cấp các hệ số điều chỉnh nhiệt độ trong Bảng 310.15(B)(1):
| Nhiệt độ Môi trường | Hệ số điều chỉnh (dây dẫn 90°C) |
|---|---|
| 30°C | 1.04 |
| 40°C | 1.00 |
| 50°C | 0.82 |
| 60°C | 0.58 |
Ứng dụng: Nhân dòng điện cho phép của dây dẫn với hệ số điều chỉnh, sau đó xác minh định mức aptomat không vượt quá dòng điện cho phép đã điều chỉnh.
Giảm định mức theo nhiệt độ IEC 60947-2
Aptomat IEC được định mức ở nhiệt độ tham chiếu cụ thể (thường là 40°C đối với loại kín, 25°C đối với loại hở). Các nhà sản xuất cung cấp các đường cong giảm định mức cho các điều kiện môi trường khác nhau.
Giảm định mức IEC điển hình:
- 30°C: 1.05× dòng điện định mức
- 40°C: 1.00× dòng điện định mức (tham chiếu)
- 50°C: 0.86× dòng điện định mức
- 60°C: 0.71× dòng điện định mức
Đối với các lắp đặt năng lượng mặt trời ở vùng khí hậu nóng, việc giảm định mức theo nhiệt độ có thể ảnh hưởng đáng kể đến việc lựa chọn aptomat. Hướng dẫn giảm định mức theo độ cao của aptomat bao gồm các yếu tố môi trường bổ sung.
Khả năng cắt và phân tích dòng ngắn mạch
Phương pháp tiếp cận NEC: Dòng ngắn mạch khả dụng
NEC 110.9 yêu cầu rằng “thiết bị dự định cắt dòng điện ở mức sự cố phải có định mức cắt đủ cho điện áp mạch danh định và dòng điện có sẵn tại các đầu nối đường dây của thiết bị.”
Phương pháp tính toán:
- Xác định dòng ngắn mạch khả dụng tối đa từ tiện ích/nguồn
- Tính toán đóng góp dòng ngắn mạch từ mảng năng lượng mặt trời
- Tổng dòng ngắn mạch khả dụng
- Chọn aptomat có định mức cắt ≥ tổng dòng ngắn mạch
Dòng ngắn mạch PV mặt trời:
Dòng ngắn mạch tối đa từ PV ≈ Isc × 1.25 × số lượng chuỗi song song
Phương pháp tiếp cận IEC 60947-2: Định mức Icu và Ics
IEC yêu cầu xác minh cả khả năng cắt cuối cùng (Icu) và khả năng cắt dịch vụ (Ics):
Lựa chọn Icu:
Aptomat Icu ≥ Dòng ngắn mạch dự kiến tối đa
Lựa chọn Ics:
Aptomat Ics ≥ Dòng ngắn mạch dự kiến để tiếp tục hoạt động
- Ics = 100% Icu: Khả năng dịch vụ đầy đủ
- Ics = 75% Icu: Khả năng dịch vụ cao
- Ics = 50% Icu: Khả năng dịch vụ vừa phải
- Ics = 25% Icu: Khả năng dịch vụ hạn chế
Đối với các lắp đặt quan trọng, việc chọn aptomat có Ics = 100% Icu đảm bảo aptomat vẫn hoạt động đầy đủ sau khi cắt dòng ngắn mạch. Định mức Aptomat ICU ICS ICW ICM cung cấp giải thích chi tiết về các định mức này.
Sự phối hợp và tính chọn lọc
Yêu cầu về tính chọn lọc của NEC
NEC 240.12 đề cập đến phối hợp chọn lọc cho các hệ thống khẩn cấp, hệ thống dự phòng theo yêu cầu pháp lý và hệ thống điện vận hành quan trọng. Đối với các lắp đặt năng lượng mặt trời:
- Aptomat chính phải duy trì trạng thái đóng khi aptomat hạ nguồn tác động
- Phải phân tích đường cong thời gian-dòng điện
- Cho phép hệ thống có dòng định mức nối tiếp trong các điều kiện cụ thể
Yêu cầu về tính chọn lọc theo tiêu chuẩn IEC
Phụ lục A của tiêu chuẩn IEC 60947-2 cung cấp các bảng chọn lọc (phân biệt) chi tiết và các phương pháp tính toán:
Chọn lọc hoàn toàn:
Thiết bị thượng nguồn không hoạt động đối với bất kỳ sự cố nào được xử lý bởi thiết bị hạ nguồn
Chọn lọc một phần:
Chọn lọc lên đến một mức dòng điện cụ thể (giới hạn chọn lọc)
Chọn lọc năng lượng:
Dựa trên đặc tính năng lượng thông qua (I²t)
Đối với các hệ thống năng lượng mặt trời lớn với nhiều cấp độ bảo vệ, việc phối hợp thích hợp sẽ ngăn chặn việc cắt không cần thiết và duy trì tính khả dụng của hệ thống. Hướng dẫn phối hợp chọn lọc aptomat là gì giải thích chi tiết các nguyên tắc phối hợp.
Các cân nhắc đặc biệt cho các ứng dụng năng lượng mặt trời
Phân cực và dập hồ quang DC
Aptomat DC cho các ứng dụng năng lượng mặt trời phải xử lý những thách thức riêng:
Khó khăn trong việc dập hồ quang:
Hồ quang DC không tự dập tắt tự nhiên tại điểm cắt không như AC. Aptomat sử dụng:
- Cuộn dây thổi từ tính
- Ống dập hồ quang với các tấm khử ion
- Tăng khoảng cách tiếp xúc
Cân nhắc về phân cực:
Một số aptomat DC nhạy cảm với phân cực. Hướng dẫn về aptomat DC phân cực bao gồm hướng dẫn lắp đặt đúng hướng.
Bảo vệ cấp chuỗi so với cấp mảng
Bảo vệ cấp chuỗi (NEC 690.9):
- Aptomat riêng cho mỗi chuỗi
- Cho phép cách ly một chuỗi đơn
- Số lượng thành phần và chi phí cao hơn
Bảo vệ cấp mảng:
- Aptomat đơn cho nhiều chuỗi song song
- Yêu cầu kích thước dây dẫn phù hợp
- Chi phí thấp hơn nhưng khả năng kiểm soát ít chi tiết hơn
Tuân thủ Tắt máy nhanh
NEC 690.12 (2017 trở đi) quy định chức năng tắt nhanh:
- Giảm điện áp xuống ≤ 80V trong vòng 30 giây
- Một số aptomat DC tích hợp với hệ thống tắt nhanh
- Ảnh hưởng đến vị trí aptomat và thiết kế hệ thống
Hướng dẫn an toàn về tắt nhanh so với ngắt kết nối DC so sánh các phương pháp tuân thủ khác nhau.
Tích hợp kích thước dây dẫn
Kích thước aptomat DC phù hợp phải phối hợp với khả năng chịu tải của dây dẫn:
Kích thước dây dẫn theo NEC
- Tính toán khả năng chịu tải tối thiểu:
Khả năng chịu tải ≥ Isc × 1.56 - Áp dụng các hệ số điều chỉnh:
- Điều chỉnh nhiệt độ (NEC 310.15(B)(1))
- Điều chỉnh độ đầy ống luồn dây (NEC 310.15(B)(3)(a))
- Xác minh bảo vệ aptomat:
Dòng định mức aptomat ≤ Khả năng chịu tải của dây dẫn (sau khi điều chỉnh)
Kích thước dây dẫn theo IEC
- Xác định dòng điện thiết kế (Ib):
Ib = dòng điện hoạt động liên tục - Chọn dòng định mức aptomat (In):
In ≥ Ib - Chọn khả năng chịu tải của dây dẫn (Iz):
Iz ≥ In - Áp dụng các hệ số điều chỉnh:
- Nhiệt độ môi trường (IEC 60364-5-52)
- Hệ số nhóm
- Phương pháp cài đặt
Hướng dẫn chọn kích thước dây 50 Amp cung cấp các ví dụ thực tế về kích thước dây dẫn.
Các lỗi định cỡ phổ biến và cách tránh chúng
Lỗi 1: Đếm hai lần hệ số 125%
Cách tiếp cận không chính xác:
- Tính toán: Isc × 1.56 = 15.6A
- Áp dụng thêm 125%: 15.6A × 1.25 = 19.5A ❌
Cách tiếp cận đúng:
- NEC 690.8 đã bao gồm hệ số tải liên tục
- Sử dụng: Isc × 1.56 = 15.6A
- Chọn kích thước tiêu chuẩn tiếp theo: 20A ✓
Lỗi 2: Bỏ qua việc giảm định mức theo nhiệt độ
Vấn đề:
Chọn #12 AWG (25A ở 90°C) cho cầu dao 20A trong môi trường 60°C mà không cần điều chỉnh nhiệt độ.
Dòng điện định mức đã điều chỉnh:
25A × 0.58 (hệ số 60°C) = 14.5A (không đủ cho cầu dao 20A)
Giải pháp:
Sử dụng #10 AWG (35A × 0.58 = 20.3A) ✓
Lỗi 3: Khả năng cắt không đủ
Kịch bản:
Lắp đặt cầu dao 6kA ở nơi dòng ngắn mạch khả dụng là 8kA
Hậu quả:
Cầu dao có thể hỏng nghiêm trọng trong quá trình xảy ra sự cố, gây ra nguy cơ hỏa hoạn
Giải pháp:
Tính toán dòng ngắn mạch tối đa bao gồm tất cả các nguồn, chọn cầu dao có Icu ≥ tổng dòng ngắn mạch
Lỗi 4: Trộn lẫn định mức AC và DC
Lỗi nghiêm trọng:
Sử dụng cầu dao định mức AC cho ứng dụng DC
Tại sao nó không thành công:
- Cầu dao AC dựa vào điểm cắt không để dập hồ quang
- Hồ quang DC duy trì vô thời hạn nếu không có cơ chế ngắt mạch thích hợp
- Có thể dẫn đến hỏng cầu dao và hỏa hoạn
Giải pháp:
Luôn chỉ định cầu dao định mức DC cho hệ thống pin mặt trời PV và pin. Sự khác biệt thiết yếu giữa cầu dao DC và AC giải thích những điểm khác biệt quan trọng.
Yêu cầu về tuân thủ và tài liệu
Tài liệu NEC 690
Nhãn bắt buộc (NEC 690.53):
- Điện áp hệ thống tối đa
- Dòng điện mạch tối đa
- Định mức OCPD tối đa
- Định mức dòng ngắn mạch
Yêu cầu về biển báo:
- Vị trí của bộ ngắt kết nối DC
- Vị trí nút tắt nhanh
- Thông tin liên hệ khẩn cấp
Tài liệu nghiệm thu IEC
Yêu cầu IEC 62446-1:
- Tài liệu thiết kế hệ thống
- Thông số kỹ thuật của thành phần
- Kết quả kiểm tra (điện trở cách điện, cực tính, tính liên tục của đất)
- Đo đường cong I-V
- Cài đặt thiết bị bảo vệ
- Bản vẽ hoàn công
Đối với các dự án quốc tế, việc duy trì cả nhãn NEC và báo cáo nghiệm thu IEC đảm bảo tuân thủ trên các khu vực pháp lý.
Chọn tiêu chuẩn phù hợp cho dự án của bạn
Sử dụng NEC 690 Khi:
- Lắp đặt ở Hoa Kỳ, Canada hoặc các khu vực pháp lý áp dụng NEC
- Thiết kế hệ thống năng lượng mặt trời dân dụng
- Làm việc với thiết bị được liệt kê theo UL
- Dự án yêu cầu phê duyệt AHJ theo khuôn khổ NEC
- Kết nối tiện ích tuân theo IEEE 1547
Sử dụng IEC 60947-2 Khi:
- Lắp đặt ở Châu Âu, Châu Á, Trung Đông hoặc các khu vực áp dụng IEC
- Thiết kế hệ thống thương mại/công nghiệp lớn
- Làm việc với thiết bị được đánh dấu CE
- Thông số kỹ thuật của dự án yêu cầu tuân thủ IEC
- Tích hợp với giao diện tiện ích IEC 61727
Phương pháp tuân thủ kép:
Đối với các nhà sản xuất phục vụ thị trường toàn cầu:
- Thiết kế theo yêu cầu khắt khe hơn
- Nhận cả chứng nhận UL và IEC
- Cung cấp tài liệu cho cả hai tiêu chuẩn
- Sử dụng kích thước bảo thủ đáp ứng cả hai khuôn khổ
Nhiều cầu dao DC hiện đại mang định mức kép (UL 489 và IEC 60947-2), đơn giản hóa thông số kỹ thuật cho các dự án quốc tế. Top 10 nhà sản xuất aptomat tại Trung Quốc liệt kê các nhà cung cấp cung cấp các sản phẩm được chứng nhận kép.
Các chủ đề nâng cao: Lưu trữ pin và Microgrid
Bảo vệ mạch pin
Hệ thống lưu trữ năng lượng pin đặt ra những thách thức riêng:
Bất đối xứng nạp/xả:
- Dòng nạp: thường bị giới hạn bởi bộ nghịch lưu/bộ sạc
- Dòng xả: có thể cao hơn đáng kể
- Chọn kích thước bộ ngắt mạch cho dòng nạp hoặc dòng xả tối đa
Dòng điện khởi động:
- Tải điện dung tạo ra dòng khởi động cao
- Có thể yêu cầu bộ ngắt mạch loại D hoặc mạch khởi động mềm
Đóng góp dòng sự cố:
- Pin có thể cung cấp dòng sự cố rất cao
- Yêu cầu phân tích khả năng cắt mạch cẩn thận
Tại sao bộ ngắt mạch DC tiêu chuẩn không đáp ứng được khả năng cắt mạch cao trong BESS giải quyết các thách thức bảo vệ dành riêng cho pin.
Ứng dụng Microgrid DC
Hệ thống DC đa nguồn yêu cầu phối hợp bảo vệ phức tạp:
Phối Hợp Nguồn:
- Đóng góp từ điện mặt trời PV
- Đóng góp từ pin
- Đóng góp từ bộ chỉnh lưu nối lưới
- Đóng góp từ máy phát điện
Dòng điện hai chiều:
- Bộ ngắt mạch phải ngắt dòng điện theo cả hai hướng
- Cân nhắc về cực tính đối với bộ ngắt mạch không đối xứng
Sơ đồ nối đất:
- Hệ thống nối đất trực tiếp
- Hệ thống nối đất điện trở cao
- Hệ thống không nối đất (hệ thống IT theo IEC)
Xu hướng tương lai trong bảo vệ mạch DC
Bộ ngắt mạch trạng thái rắn
Công nghệ trạng thái rắn mới nổi cung cấp:
- Thời gian ngắt mạch nhanh hơn (micro giây so với mili giây)
- Không bị mài mòn cơ học
- Hạn chế dòng điện chính xác
- Tích hợp với hệ thống lưới điện thông minh
Bộ ngắt mạch trạng thái rắn SSCB Nvidia Tesla Switch khám phá công nghệ mới nổi này.
Bộ ngắt mạch thông minh và tích hợp IoT
Bộ ngắt mạch DC thế hệ tiếp theo có:
- Giám sát dòng điện thời gian thực
- Cảnh báo bảo trì dự đoán
- Khả năng ngắt/đóng từ xa
- Tích hợp với hệ thống quản lý tòa nhà
Hài hòa tiêu chuẩn
Các nỗ lực đang diễn ra để điều chỉnh các tiêu chuẩn NEC và IEC:
- IEC/UL 61730 hài hòa hóa an toàn mô-đun năng lượng mặt trời
- Các nhóm làm việc chung giải quyết các khoảng trống bảo vệ DC
- Tăng cường công nhận lẫn nhau về kết quả thử nghiệm
Phần Câu hỏi thường gặp ngắn
H: Tôi có thể sử dụng cùng một phương pháp định cỡ bộ ngắt mạch cho cả dự án NEC và IEC không?
Đ: Không. NEC 690 yêu cầu hệ số nhân cố định 1,56× cho mạch điện mặt trời PV, trong khi IEC 60947-2 sử dụng dòng tải liên tục với các hệ số giảm tải riêng biệt. Luôn áp dụng tiêu chuẩn chi phối khu vực pháp lý của bạn. Đối với các dự án quốc tế, hãy tính toán bằng cả hai phương pháp và chọn kết quả thận trọng hơn.
H: Sự khác biệt giữa xếp hạng Icu và Ics trong bộ ngắt mạch IEC là gì?
Đ: Icu (khả năng cắt mạch cuối cùng) là dòng sự cố tối đa mà bộ ngắt mạch có thể ngắt một lần, trong khi Ics (khả năng cắt mạch dịch vụ) là mức sự cố mà nó có thể ngắt nhiều lần và vẫn hoạt động. Ics thường là 25-100% Icu. Đối với các ứng dụng quan trọng, hãy chọn bộ ngắt mạch có Ics = 100% Icu.
H: Tôi có cần áp dụng hệ số nhân 1,56× cho mạch pin theo NEC không?
Đ: Không. Hệ số nhân NEC 690.8 áp dụng cụ thể cho mạch nguồn và mạch đầu ra PV. Mạch pin thuộc NEC 706 (Hệ thống lưu trữ năng lượng), yêu cầu 125% (1,25×) cho tải liên tục nhưng không có thêm hệ số bức xạ. Luôn xác minh điều khoản mã áp dụng cho ứng dụng cụ thể của bạn.
H: Tôi có thể sử dụng bộ ngắt mạch định mức AC cho các ứng dụng DC nếu định mức điện áp và dòng điện phù hợp không?
Đ: Không bao giờ. Bộ ngắt mạch AC dựa vào điểm cắt không tự nhiên của dòng điện xoay chiều để dập tắt hồ quang. Dòng điện DC duy trì cực tính không đổi, đòi hỏi các cơ chế ngắt hồ quang chuyên dụng. Sử dụng bộ ngắt mạch AC cho các ứng dụng DC có thể dẫn đến hỏng hóc thảm khốc và nguy cơ hỏa hoạn. Luôn chỉ định bộ ngắt mạch định mức DC với định mức điện áp phù hợp.
H: Làm cách nào để xác định dòng sự cố có sẵn để chọn bộ ngắt mạch?
Đ: Đối với hệ thống nối lưới, hãy lấy dòng sự cố có sẵn của tiện ích tại điểm kết nối. Thêm đóng góp dòng sự cố từ mảng PV của bạn (xấp xỉ Isc × 1,25 × số chuỗi song song). Đối với hệ thống pin, hãy tham khảo dữ liệu của nhà sản xuất về dòng ngắn mạch tối đa. Chọn bộ ngắt mạch có Icu (IEC) hoặc định mức ngắt (NEC) vượt quá tổng dòng sự cố đã tính toán.
H: Tôi nên sử dụng nhiệt độ nào để giảm tải dây dẫn trong các cài đặt trên mái nhà năng lượng mặt trời?
Đ: Đối với dây dẫn gắn trong ống dẫn trên mái nhà, nhiệt độ môi trường xung quanh có thể vượt quá 60-70°C dưới ánh sáng mặt trời trực tiếp. Sử dụng dữ liệu khí hậu địa phương và NEC 310.15(B)(3)(c) cho các yếu tố cộng nhiệt độ trên mái nhà (thường là +33°C so với môi trường xung quanh). Các thiết kế thận trọng sử dụng môi trường xung quanh 70°C cho khí hậu sa mạc hoặc mái nhà tối màu có hệ thống thông gió kém.
Kết luận: Đảm bảo bảo vệ DC an toàn, tuân thủ
Định cỡ bộ ngắt mạch DC đúng cách là nền tảng cho các cài đặt lưu trữ năng lượng và PV mặt trời an toàn, đáng tin cậy. Cho dù làm việc theo tiêu chuẩn NEC 690 hay IEC 60947-2, việc hiểu các phương pháp tính toán, hệ số an toàn và yêu cầu về khả năng cắt mạch đảm bảo hệ thống của bạn bảo vệ cả thiết bị và nhân viên.
Các Nguyên tắc Quan trọng Cần Ghi nhớ:
- Áp dụng tiêu chuẩn chính xác cho khu vực pháp lý và ứng dụng của bạn
- Không bao giờ bỏ qua việc giảm tải nhiệt độ – nó rất quan trọng để bảo vệ dây dẫn
- Xác minh khả năng cắt chống lại dòng sự cố có sẵn tối đa
- Sử dụng bộ ngắt mạch định mức DC – không bao giờ thay thế bộ ngắt mạch AC cho các ứng dụng DC
- Ghi lại đầy đủ – ghi nhãn và hồ sơ nghiệm thu thích hợp là rất cần thiết
Đối với các cài đặt phức tạp liên quan đến nhiều nguồn, lưu trữ pin hoặc yêu cầu tuân thủ quốc tế, việc tham khảo ý kiến của các kỹ sư điện có kinh nghiệm và sử dụng thiết bị từ các nhà sản xuất có uy tín đảm bảo hệ thống bảo vệ của bạn hoạt động như thiết kế khi cần thiết nhất.
VIOX Electric cung cấp một loạt các bộ ngắt mạch DC tuân thủ cả tiêu chuẩn NEC và IEC, được hỗ trợ bởi thử nghiệm nghiêm ngặt và hỗ trợ kỹ thuật để ứng dụng phù hợp. Cho dù bạn đang thiết kế các mảng năng lượng mặt trời dân dụng hay hệ thống lưu trữ pin quy mô lớn, việc bảo vệ mạch phù hợp bắt đầu bằng các tính toán định cỡ chính xác và các thành phần chất lượng.
