Bên trong mỗi hộp kết hợp năng lượng mặt trời, hai loại thiết bị chuyển mạch DC xuất hiện lặp đi lặp lại và chúng không thể hoán đổi cho nhau theo mặc định. Bộ cách ly DC A chủ yếu ở đó để cung cấp khả năng cách ly thủ công, có chủ ý để kỹ thuật viên có thể bảo trì hệ thống một cách an toàn. Cầu dao DC A chủ yếu ở đó để phát hiện tình trạng quá dòng hoặc ngắn mạch và tự động ngắt mạch.
Chúng giải quyết các rủi ro khác nhau. Chúng nằm ở các phần khác nhau của hệ thống phân cấp bảo vệ. Và khi các nhà thiết kế làm mờ ranh giới giữa chúng, kết quả thường không phải là một vấn đề giấy tờ nhỏ. Nó xuất hiện dưới dạng các chuyến đi gây phiền toái, bảo vệ lỗi yếu, quy trình bảo trì khó xử hoặc hồ quang DC kéo dài bên trong vỏ bọc.
Hướng dẫn này giải thích vị trí của từng thiết bị trong hộp kết hợp PV, lý do tại sao nhiều hộp cần cả hai chức năng, và những sai lầm lựa chọn nào tiếp tục xuất hiện trong các dự án thực tế.
Nếu bạn muốn có bối cảnh bao quát hơn trước, hãy bắt đầu với trang sản phẩm hộp kết hợp hoặc phần giải thích về chức năng của hộp kết hợp năng lượng mặt trời. Bài viết này tập trung vào ranh giới vai trò thiết bị bên trong hộp.
Trả lời trực tiếp
Một Bộ cách ly DC là dành cho cách ly thủ công và ngắt kết nối an toàn. Một Cầu dao DC là dành cho ngắt quá dòng tự động.
Trong hộp kết hợp PV, điều đó thường có nghĩa là:
- các chức năng cách ly hỗ trợ bảo trì, khóa và ngắt kết nối cục bộ
- các chức năng cầu dao hỗ trợ bảo vệ chuỗi hoặc bộ cấp nguồn trong điều kiện lỗi
Một thiết bị đôi khi có thể đáp ứng nhiều hơn một yêu cầu nếu danh sách, nhãn hiệu và ứng dụng của nó cho phép. Nhưng các nhà thiết kế không nên bắt đầu từ giả định rằng bộ ngắt mạch tự động thay thế bộ cách ly hoặc bộ cách ly bằng cách nào đó thay thế bảo vệ quá dòng.
So sánh cốt lõi: Bộ cách ly DC so với Bộ ngắt mạch DC trong hộp kết hợp
| Năng | Bộ cách ly DC | Bộ ngắt mạch DC |
|---|---|---|
| Vai trò chính | Ngắt kết nối thủ công và cách ly bảo trì | Bảo vệ tự động quá dòng và ngắn mạch |
| Cách ly thủ công | Có, đây là mục đích chính | Đôi khi có thể, nhưng thường không phải là lý do đầu tiên nó được chỉ định |
| Bảo vệ quá dòng | Không có | Yes |
| Chỉ báo cách ly | Thường cung cấp vị trí chuyển mạch rõ ràng, có chủ ý và trạng thái dịch vụ có thể khóa được | Vị trí tay cầm không phải lúc nào cũng mang lại sự tin cậy bảo trì như bộ cách ly chuyên dụng |
| Khả năng ngắt tải | Phụ thuộc vào định mức công tắc-bộ ngắt kết nối và nhiệm vụ DC PV | Phụ thuộc vào thiết kế bộ ngắt mạch, định mức DC và nhiệm vụ ngắt |
| Vị trí điển hình trong hộp kết hợp | Thường ở đầu ra kết hợp hoặc điểm ngắt kết nối cục bộ | Ở mức chuỗi, mức nhóm chuỗi hoặc điểm bảo vệ đầu ra kết hợp, tùy thuộc vào kiến trúc |
| Khi cả hai đều cần thiết | Khi hộp cần cả cách ly thủ công an toàn và bảo vệ lỗi tự động | Tương tự |
Điểm mấu chốt rất đơn giản: bộ cách ly chủ yếu là về ngắt kết nối được kiểm soát cho người và công việc dịch vụ. Bộ ngắt mạch chủ yếu là về ngắt bảo vệ trong quá trình hoạt động.
Tại sao hộp kết hợp thường cần cả hai chức năng
Hộp kết hợp PV tập hợp nhiều chuỗi lại với nhau trước khi đầu ra DC được gửi xuống hạ lưu đến biến tần hoặc một điểm thu khác. Điều đó tạo ra hai câu hỏi thiết kế riêng biệt:
Vấn đề 1: Lỗi và tiếp xúc với dòng điện ngược
Khi một số chuỗi được kết nối song song, một chuỗi bị lỗi có thể tiếp xúc với dòng điện ngược từ các chuỗi khỏe mạnh. Đó là lý do tại sao bảo vệ quá dòng trở nên cần thiết khi kiến trúc chuỗi và khung mã yêu cầu nó. Trong thiết kế dựa trên NEC, cuộc trò chuyện này được gắn với 690.9 Bảo vệ quá dòng. Trong thiết kế dựa trên IEC, logic tương tự xuất hiện trong các quy tắc bảo vệ mạch nguồn cho các mảng PV.
Vai trò quá dòng đó có thể được xử lý bởi:
- cầu chì chuỗi
- Bộ ngắt mạch DC
- một sự sắp xếp bảo vệ khác được chấp nhận theo tiêu chuẩn dự án
Pro Mẹo: Trong thiết kế PV kiểu NEC, một kiểm tra kỹ thuật nhanh là so sánh mức độ tiếp xúc của mạch bị lỗi với dòng điện ngược có sẵn từ các chuỗi song song còn lại. Trong hộp kết hợp 12 chuỗi, một chuỗi bị lỗi có thể tiếp xúc với khoảng 11 x Isc từ các chuỗi khác. Đó là lý do tại sao các nhà thiết kế không thể định cỡ bảo vệ bằng cách chỉ nhìn vào một chuỗi riêng lẻ.
Nếu bạn muốn có bức tranh phối hợp rộng hơn, thiết kế bảo vệ hộp kết hợp năng lượng mặt trời là trang hỗ trợ gần nhất.
Vấn đề 2: Giảm năng lượng an toàn cho dịch vụ
Ngay cả sau khi một thiết bị bảo vệ hoạt động, nhân viên bảo trì vẫn cần một cách có chủ ý để cách ly hộp để làm việc. Các mô-đun năng lượng mặt trời tiếp tục tạo ra điện áp bất cứ khi nào có bức xạ. Điều đó có nghĩa là quy trình dịch vụ vẫn cần một phương tiện ngắt kết nối thích hợp, không chỉ là một sự kiện ngắt.
Trong thực tế ở Hoa Kỳ, điều này gắn liền với NEC 690.13 và các yêu cầu liên quan đến phương tiện ngắt kết nối. Trong các dự án dựa trên tiêu chuẩn IEC, kỳ vọng tương tự thể hiện qua các yêu cầu cách ly PV như Tiêu chuẩn IEC 60364-7-712. Tại Úc và New Zealand, Tiêu chuẩn AS/NZS 5033 thậm chí còn rõ ràng hơn về vai trò và vị trí của bộ cách ly DC PV.
Pro Mẹo: Việc lựa chọn cách ly cũng nên tuân theo điện áp hở mạch đã được hiệu chỉnh theo nhiệt độ lạnh, không chỉ là nhãn hệ thống danh định. Điện áp chuỗi PV tăng khi nhiệt độ mô-đun giảm, vì vậy bộ cách ly được chọn quá gần với Voc STC có thể bị đánh giá thấp vào những buổi sáng lạnh mặc dù nó có vẻ chấp nhận được trên giấy tờ.
Kết luận thực tế là nhiều hộp kết hợp cần cả hai:
- một chức năng bảo vệ quá dòng
- một chức năng cách ly / ngắt kết nối
Các chức năng đó có thể nằm trong các thiết bị riêng biệt hoặc trong một số trường hợp, có thể được đáp ứng bằng một thiết bị được đánh giá và chấp nhận phù hợp. Nhưng chúng không nên được coi là cùng một công việc.
Cách chúng phối hợp với nhau trong thực tế
Hãy xem xét một hộp kết hợp trong một hệ thống PV thương mại hoặc quy mô tiện ích với nhiều chuỗi đi vào một bus chung.
Các thiết bị bảo vệ quá dòng ở cấp chuỗi hoặc cấp nhóm có ở đó để hạn chế tiếp xúc với lỗi và ngăn một mạch bất thường làm hỏng phần còn lại của hệ thống dây điện. Bộ cách ly đầu ra hoặc thiết bị ngắt kết nối có ở đó để kỹ thuật viên có thể cố ý tách hộp kết hợp khỏi đường dây hạ lưu, khóa công tắc ở vị trí an toàn khi cần thiết và làm việc trên vỏ bọc với quy trình dịch vụ rõ ràng hơn.
Sự tách biệt đó không phải là thừa. Đó là điều làm cho hộp có thể hoạt động được trong thực tế.
Trong các dự án mà sự khác biệt này được xử lý tốt, các kỹ thuật viên có thể:
- xác định chuỗi hoặc nhánh bị lỗi
- vận hành các thiết bị bảo vệ và ngắt kết nối theo đúng trình tự
- cách ly hộp một cách an toàn để bảo trì
- khôi phục các mạch khỏe mạnh với ít nhầm lẫn và ít thời gian ngừng hoạt động hơn
Khi nào chức năng cách ly DC là bắt buộc
Cách diễn đạt cẩn thận rất quan trọng ở đây.
Hầu hết các quy tắc không nói rằng mọi dự án phải sử dụng một hình dạng sản phẩm chính xác được dán nhãn “bộ cách ly” trong mọi hộp kết hợp. Điều họ yêu cầu là một phương tiện ngắt kết nối.
Trong thực tế, một bộ cách ly DC chuyên dụng hoặc bộ ngắt kết nối chuyển mạch thường là cách đơn giản nhất để đáp ứng nhiệm vụ đó khi dự án cần:
- một ngắt kết nối bảo trì cục bộ tại đầu ra của bộ kết hợp
- một điểm chuyển mạch dịch vụ được đánh dấu rõ ràng
- một vị trí mở có thể khóa được
- một thiết bị được chọn chủ yếu cho nhiệm vụ ngắt kết nối hơn là ngắt bảo vệ
Đây là lý do tại sao các bộ cách ly DC chuyên dụng vẫn phổ biến trong các hộp kết hợp PV ngay cả trên các hệ thống đã bao gồm cầu dao hoặc cầu chì bảo vệ. Vấn đề quyết định thường không phải là sở thích danh mục. Đó là liệu nhóm bảo trì có được một điểm cách ly rõ ràng hơn, an toàn hơn và dễ kiểm tra hơn hay không.
Nếu người đọc cần thông tin cơ bản cụ thể hơn về thiết bị, các trang hỗ trợ tự nhiên là công tắc cách ly DC và công tắc cách ly DC là gì.
Khi nào chức năng ngắt mạch DC là bắt buộc
Bảo vệ quá dòng là bắt buộc khi dây dẫn hoặc thiết bị tiếp xúc với dòng điện sự cố vượt quá mức mà mạch có thể chịu được một cách an toàn.
Trong các hộp kết hợp PV, điều này trở nên đặc biệt quan trọng khi:
- ba hoặc nhiều chuỗi được mắc song song theo logic NEC
- đặc điểm kỹ thuật của dự án yêu cầu bảo vệ quá dòng có thể đặt lại
- dây dẫn đầu ra yêu cầu một thiết bị bảo vệ tại bộ kết hợp
- thiết kế cần một giải pháp thay thế có thể đặt lại, thân thiện với giám sát cho bảo vệ chỉ bằng cầu chì
Lý do cầu dao DC được chỉ định không phải là vì nó có tay cầm. Đó là vì mạch cần ngắt sự cố tự động trong điều kiện DC.
Để tìm hiểu sâu hơn chỉ về cầu dao, các trang hỗ trợ liên quan nhất là hướng dẫn thực tế về cầu dao DC và Định cỡ cầu dao DC: NEC 690 so với IEC 60947-2.
Cái này có thể thay thế cái kia không?
Không phải bằng giả định.
Bộ cách ly DC không thay thế cầu dao DC khi cần bảo vệ quá dòng
Bộ cách ly không phát hiện quá dòng, không tự động ngắt và không nên được coi là thiết bị loại bỏ sự cố đang phát triển chỉ vì nó có thể được mở bằng tay.
Cầu dao DC không tự động thay thế bộ cách ly chuyên dụng
Cầu dao có thể được chấp nhận như một phương tiện ngắt kết nối trong một số dự án, nhưng nhà thiết kế vẫn phải xác minh:
- danh sách và đánh dấu
- tính phù hợp của ứng dụng DC
- liệu vị trí mở có thể được xác định rõ ràng và khóa khi cần thiết hay không
- liệu quy trình bảo trì có an toàn và thiết thực hay không
Đây là lý do tại sao câu hỏi kỹ thuật tốt hơn không phải là “cái nào thắng?” Đó là “liệu thiết kế này vẫn cung cấp cả bảo vệ và cách ly theo cách mà quy tắc, thanh tra viên và nhóm bảo trì đều chấp nhận?”
Những sai lầm thực tế trong lựa chọn trong hộp kết hợp PV
1. Sử dụng thiết bị định mức AC trong mạch PV DC
Đây vẫn là một trong những sai lầm nguy hiểm nhất trong thực tế. Ngắt DC không giống như ngắt AC. Một thiết bị thoải mái trong bảng AC không tự động phù hợp với hộp kết hợp PV DC. Trong AC, dòng điện đi qua điểm cắt không tự nhiên mỗi chu kỳ, điều này giúp dập tắt hồ quang. Trong DC, không có điểm cắt không tự nhiên. Nếu thiết bị không được thiết kế để kiểm soát hồ quang DC, hồ quang có thể tự duy trì trên các tiếp điểm mở.
Hậu quả: hồ quang có thể không tự dập tắt, thiết bị có thể không ngắt được và vỏ bọc của bộ kết hợp có thể bị cháy.
2. Coi cầu dao chuỗi là toàn bộ chiến lược bảo vệ
Một hàng các bộ ngắt mạch trên mỗi chuỗi không tự động giải quyết yêu cầu về phương tiện ngắt kết nối và nó không tự động tạo ra một quy trình làm việc bảo trì rõ ràng.
Hậu quả: Kỹ thuật viên vẫn có thể đối mặt với một bus đang được cấp điện hoặc một trình tự tắt máy gây nhầm lẫn trong quá trình bảo trì.
3. Coi Bộ Cách Ly Đầu Ra Như Thể Nó Giải Quyết Bảo Vệ Quá Dòng
Nó không làm được. Một điểm ngắt kết nối chuyên dụng và một chức năng ngắt bảo vệ là các lớp khác nhau của thiết kế.
Hậu quả: Sự cố có thể kéo dài cho đến khi dây dẫn, đầu nối hoặc các bộ phận vỏ bị quá nhiệt.
4. Chỉ Chọn Theo Định Mức Ampe
Trong hộp kết hợp PV, cấp điện áp, bố trí cực, sử dụng DC, khả năng cắt, hành vi nhiệt độ và kiến trúc chuỗi thực tế đều quan trọng.
Hậu quả: Thiết bị được chọn có thể trông chính xác trên nhãn nhưng vẫn bị đánh giá thấp cho nhiệm vụ PV thực tế.
5. Lắp Đặt Thiết Bị Ngắt Kết Nối Sai Vị Trí
Nếu mục tiêu là cách ly toàn bộ hộp hoặc hạ nguồn, thiết bị ngắt kết nối phải được định vị sao cho nó thực sự tách phần mạch dự định. Một công tắc ở sai vị trí có thể khiến bus hoặc dây dẫn hạ nguồn được cấp điện khi đội bảo trì cho rằng điều ngược lại.
Hậu quả: Hộp có thể có vẻ được cách ly trên giấy tờ trong khi điện áp nguy hiểm vẫn còn trong thực tế.
6. Trộn Lẫn Các Hệ Thống Tiêu Chuẩn Mà Không Nêu Rõ Cơ Sở Dự Án
Việc xem xét thiết kế trở nên lộn xộn rất nhanh khi các yêu cầu của NEC, IEC và AS/NZS được trích dẫn cùng nhau mà không nêu rõ bộ quy tắc nào chi phối dự án. Tài liệu tốt luôn làm rõ cơ sở đó.
Hậu quả: Nhóm có thể phê duyệt sai bộ thiết bị, không đạt kiểm tra hoặc tạo ra một quy trình bảo trì không phù hợp với tiêu chuẩn chi phối.
Câu hỏi thường gặp
Tôi có cần cả bộ cách ly DC và bộ ngắt mạch DC trong mỗi hộp kết hợp không?
Không phải lúc nào cũng là hai thiết bị độc lập riêng biệt, nhưng nhiều hộp kết hợp cần cả hai chức năng: cách ly và bảo vệ quá dòng. Cách các chức năng đó được triển khai phụ thuộc vào cơ sở tiêu chuẩn của dự án, kiến trúc chuỗi và tính phù hợp của thiết bị.
Aptomat DC có thể được sử dụng như một phương tiện ngắt kết nối PV không?
Đôi khi có thể, nhưng chỉ khi các thông tin về danh sách, nhãn mác và lắp đặt của nó hỗ trợ chức năng đó. Kỹ sư nên kiểm tra xác minh điều này thay vì mặc định mọi aptomat DC đều tự động là một thiết bị cách ly tuân thủ.
Bộ cách ly DC có thể bảo vệ chống quá dòng hoặc ngắn mạch không?
Không. Một thiết bị cách ly tiêu chuẩn không phải là một thiết bị bảo vệ quá dòng.
Có bắt buộc phải có cầu dao chuỗi (string breaker) trong mọi hộp kết hợp (combiner box) không?
Không. Sự cần thiết của bảo vệ quá dòng ở cấp chuỗi phụ thuộc vào số lượng chuỗi song song, sự tiếp xúc của dây dẫn, khung pháp lý và giới hạn của thiết bị. Trong nhiều dự án, cầu chì chuỗi vẫn là giải pháp phổ biến hơn.
Cách an toàn nhất để suy nghĩ về sự khác biệt là gì?
Coi thiết bị cách ly là thiết bị được chọn cho ngắt kết nối có chủ ý và bộ ngắt mạch là thiết bị được chọn cho ngắt sự cố tự động. Sau đó, xác minh xem dự án có còn cần cả hai chức năng riêng biệt hay không.
