Типы и области применения автоматических выключателей солнечной системы

Введение

При проектировании современных солнечных электростанций основное внимание часто уделяется выработке энергии — эффективности панелей и коэффициенту преобразования энергии инверторами. Тем не менее, экономическая и эксплуатационная устойчивость любой солнечной установки зависит от её мер защиты. Автоматический выключатель, обеспечивающий безопасность солнечной системы, является ядром этой архитектуры безопасности, обеспечивая владельцам системы спокойствие.

Солнечная установка — это не просто генератор, а высоковольтная электростанция постоянного тока, устанавливаемая на крышах жилых домов или промышленных объектов. Требования к защите возрастают с увеличением мощности системы. Надежная защита необходима везде, будь то защита цепей в… PV распределительный щит, в котором концентрируется мощность, или управление несколькими выходами в панелях нагрузки постоянного тока, где домовладельцы напрямую используют постоянный ток.

Опасности, связанные с передачей постоянного тока, а именно устойчивая дуга и опасность поражения электрическим током, отличаются от опасностей, связанных с обычными сетями переменного тока. Поэтому выбор защиты цепи – будь то распределительные щиты или главное распределительное устройство – не является легкомысленным выбором аксессуаров, а представляет собой важный инженерный расчёт.

В настоящем руководстве подробно рассматриваются типы солнечных автоматических выключателей, особенности их использования в топологии фотоэлектрической системы, а также математическая модель, необходимая для правильного выбора их характеристик.

Что такое автоматический выключатель солнечной системы?

Автоматический выключатель солнечной системы — это автоматическое защитное устройство, используемое для защиты электрических цепей от повреждений, вызванных перегрузкой или коротким замыканием, вызванным избыточным током. Автоматический выключатель — это долговечное коммутационное устройство, в отличие от простого предохранителя, который срабатывает только один раз и требует замены. Его можно перезапустить (вручную или автоматически) для продолжения нормальной работы после устранения неисправности.

В случае фотоэлектрических систем (PV) автоматический выключатель постоянного тока имеет две основные цели:

• Изоляция и коммутация: Он предлагает ручную точку отключения, которая позволяет обслуживающему персоналу безопасно изолировать PV Массив, аккумуляторную батарею или солнечный инвертор можно эксплуатировать без опасности контакта с напряжением. Это особенно важно в системах, использующих трансформаторные изолирующие инверторы. В таких конструкциях технические стандарты обычно требуют двухполюсного автоматического выключателя постоянного тока с токоограничивающей способностью не менее 1.25 тока короткого замыкания (Isc) солнечной батареи. PV массив и в 1.2 раза больше напряжения холостого хода (Voc) солнечной батареи PV массив.
• Защита от сверхтока: Это тепловой и магнитный экран. Когда ток, протекающий через цепь, превышает номинальный из-за неисправности или ошибки в электропроводке, автоматический выключатель срабатывает, разрывая цепь, предотвращая расплавление изоляции проводов и катастрофический выход оборудования из строя.

Необходимо провести различие между Изолятор постоянного тока и автоматический выключатель постоянного тока. Хотя изолятор может использоваться для разрыва цепи и поддержания её в рабочем состоянии, он не обязательно обеспечивает автоматическую защиту от перегрузки по току. Автоматический выключатель обеспечивает необходимую изоляцию, как указано выше, и активную защиту от короткого замыкания.

Автоматический выключатель солнечной системы против обычного автоматического выключателя: почему это важно

Замена автоматических выключателей переменного тока (AC) на автоматические выключатели постоянного тока (DC) — одна из самых распространённых и опасных ошибок при установке солнечных батарей. Неспециалисту эти устройства кажутся одинаковыми. Для физика или инженера-электрика они существуют в совершенно иных реальностях.

Самым важным отличием является явление перехода через ноль.

• Реальность AC: Переменный ток меняет полярность 50 или 60 раз в секунду (в герцах). В этом цикле напряжение падает до нуля 100 или 120 раз в секунду. При срабатывании автоматического выключателя переменного тока и возникновении электрической дуги между контактами естественным образом создаётся точка нулевого напряжения, способствующая гашению дуги.
• Опасность DC: Постоянный ток — это непрерывное напряжение без переходов через ноль. При попытке разомкнуть цепь постоянным током высокого напряжения дуга не гаснет сама собой. Вместо этого она превращается в устойчивый плазменный мост, выделяющий огромное количество тепла (тысячи градусов Цельсия).

При использовании обычного автоматического выключателя переменного тока в цепи постоянного тока солнечной электростанции он может не прервать дугу при срабатывании. Это приводит к свариванию контактов, при котором предохранители выключателя замыкаются и не отключают питание, или к полному разрушению корпуса выключателя, что часто приводит к возгоранию.

Таким образом, солнечные автоматические выключатели постоянного тока оснащены сложными дугогасительными камерами. В них используются магнитные дугогасительные катушки, которые физически растягивают дугу и направляют её в дугогасительные камеры, где она разделяется и быстро охлаждается. Для обеспечения безопасности нагрузок постоянного тока обязательно использовать специальный автоматический выключатель постоянного тока вместо панели автоматического выключателя переменного тока.

Основные типы автоматических выключателей для солнечных систем

Защита от солнца прямо пропорциональна плотности энергии. На рынке представлены автоматические выключатели от небольших, например, на 15 А, для использования в жилых домах, до крупных, например, на 6000 А, для использования в коммунальной инфраструктуре.

Хотя функционально наиболее распространенные типы автоматических выключателей можно разделить на стандартные, автоматические выключатели с защитой от замыкания на землю (УЗО) и AFCI В зависимости от типа защиты (дугового замыкания), каждый из которых выполняет свою определённую защитную функцию, инженеры определяют основной выбор в зависимости от размера системы и физической конструкции устройства. Аппаратная иерархия делится на три основные структурные категории:

Тип выключателя	Типичный текущий рейтинг	Уровень напряжения	Разрывная мощность	Основной сценарий применения
DC MCB	1А - 125А	До 1000 В постоянного тока	Низкий или средний (например, 6 кА)	Жилые крыши, PV Комбинированные коробки, защита струн.
DC MCCB	63А - 1600А	До 1500 В постоянного тока	Высокий (20 кА – 50 кА)	Коммерческие массивы, центральные инверторы, главный выключатель батареи.
АКБ / BESS	2000А - 6300А	До 1500 В постоянного тока	Очень высокий (вакуум/воздух)	Солнечные электростанции промышленного масштаба, системы хранения энергии сетевого масштаба (BESS).

DC MCB (Миниатюрный автоматический выключатель)

В системах с низким током можно использовать миниатюрный автоматический выключатель постоянного тока (MCB) в основном заменили старые предохранители на 20 или 30 А, использовавшиеся в старых параллельных распределительных панелях. Эти устройства компактны и имеют модульную конструкцию, предназначенную для установки на стандартные DIN-рейки, поэтому они являются выбором по умолчанию. PV Распределительные коробки и бытовые распределительные щиты.

• Область инженерных работ: MCBОбычно они рассчитаны на ток 125 А и постоянное напряжение 1000 В.
• Механизм: Они используют термомагнитный расцепитель двойного действия. Тепловой элемент используется для защиты от медленных, длительных перегрузок, а магнитный элемент — для немедленного отключения при возникновении короткого замыкания с высоким током для защиты отдельных солнечных батарей или входов гибридного инвертора.

DC MCCB (Автоматический выключатель в литом корпусе)

Как только сила тока превышает жилой диапазон в коммерческих солнечных системах и промышленном (C&I) диапазоне, ограничение MCB В этом случае автоматический выключатель в литом корпусе (MCCB) станет обязательным стандартом. Эти устройства гораздо крупнее и прочнее, заключены в прочный литой изолирующий корпус и предназначены для болтового крепления, чтобы выдерживать механические нагрузки при коммутации мощных цепей.

• Область инженерных работ: MCCBОни используются для подъема тяжелых грузов, а их номинальные характеристики обычно находятся в диапазоне от 63 А до 1600 А и обладают высокой отключающей способностью (например, от 20 кА до 50 кА).
• Преимущество: В отличие от фиксированных настроек MCB, много MCCBs имеют регулируемые настройки отключения. Это позволяет инженерам корректировать кривую защиты в соответствии с характеристиками нагрузки крупных PV массивы или аккумуляторные батареи, которые являются основным отключением центральных инверторов.

АКБ и BESS Выключатели (высоковольтные/промышленные)

Воздушные автоматические выключатели (ACB) используются в коммунальном хозяйстве Zenith, которое охватывает крупные электростанции и системы хранения энергии с использованием аккумуляторных батарей (BESS), для управления верхней границей спектра постоянного тока. Это не просто выключатели, а сложные дугогасительные системы с использованием сжатого воздуха или вакуума.

BESS Специализация: Стандартные воздушные автоматические выключатели (ACB) не всегда подходят для систем хранения. Быстродействующие автоматические выключатели постоянного тока необходимы для компенсации огромных токов короткого замыкания, которые могут выдавать стеллажи с литий-ионными аккумуляторами. Эти устройства должны реагировать за миллисекунды, чтобы избежать катастрофического теплового разгона.

Область инженерных работ: Способен выдерживать ток силой в тысячи ампер (2000А – 6300А).

Применение: где установить автоматический выключатель солнечной системы PV системы

Солнечный PV Система должна быть защищена на различных этапах логики потока энергии. Неправильное расположение автоматических выключателей или отсутствие разделения между цепями переменного и постоянного тока делает уязвимыми части системы. Таким образом, мы рекомендуем использовать автоматические выключатели в четырёх важных областях.

PV Блок объединения массивов (защита строк)

Блок сумматора — это первая точка защиты в многорядных системах, где комбинация нескольких рядов панелей формируется в один выход. До объединения, ЦОД MCB Должен быть установлен на конце каждой струны. Такое расположение особенно важно для решения проблемы существующей направленности, как указано в мерах безопасности.

Если одна из гирлянд затенена или имеет неисправность, другие гирлянды могут направить в неё ток в противоположном направлении. Как уже упоминалось, случайное изменение направления тока может создать серьёзные проблемы безопасности и повредить солнечные элементы. Хотя автоматический выключатель не осуществляет активного управления током, он является необходимой защитой от опасных токов обратной связи, которые в противном случае могут привести к возгоранию и необратимому повреждению модулей.

Защита аккумуляторных батарей

Переходя к секции накопления энергии, интерфейс между аккумуляторной батареей и инвертором/зарядным устройством является наиболее токопроводящей зоной всей системы. Эта секция обеспечивает максимальную силу тока и мощный постоянный ток. MCCB или высокорейтинговый MCB не требуется.

Здесь предусмотрен автоматический выключатель, который не только защищает толстые кабели аккумуляторной батареи от теплового разгона, вызванного перегрузками по току, но и, что, пожалуй, ещё важнее, обеспечивает безопасный физический способ отключения. Такая изоляция позволяет обслуживающему персоналу работать с аккумуляторной батареей, не подвергаясь смертельному воздействию постоянного напряжения.

Вход основного инвертора (распределение постоянного тока)

Защита главного входа инвертора играет роль важнейшего звена между генерацией постоянного тока и преобразованием переменного тока. Этот выключатель устанавливается между выходом сумматора и входом инвертора и служит главным выключателем постоянного тока для всей генерирующей стороны. Он не только обеспечивает защиту от перегрузки по току, но и защищает чувствительную внутреннюю силовую электронику инвертора от внешних скачков напряжения и обеспечивает централизованную точку изоляции для всей системы распределения постоянного тока.

Распределение нагрузки постоянного тока (бытовые цепи постоянного тока)

Наконец, существуют определенные области применения, связанные с потреблением электроэнергии, особенно для домовладельцев, которые используют постоянный ток напрямую для повышения эффективности. Для повышения эффективности электроснабжения монтажникам необходимо устанавливать отдельные распределительные щиты (коробки предохранителей) со специальными автоматическими выключателями, которые кардинально отличаются от панели переменного тока.

Это необходимо в ситуациях, когда работа таких приборов, как светодиодные лампы, зависит от постоянного наличия постоянного тока. Поскольку этим устройствам требуется определённая электропитающая среда, автоматические выключатели постоянного тока в данном случае используются для защиты этих чувствительных потребителей. Они обеспечивают надлежащий контроль электропитания и быструю изоляцию любой перегрузки в цепи освещения без ущерба для основной системы.

Учет факторов при выборе автоматического выключателя солнечной системы

Выбор автоматических выключателей в солнечных батареях PV Системы — это область исследований, которой часто пренебрегают в пользу вариантов с панелью управления или инвертором. Но в этом случае небрежность обходится дорого. Неправильно выбранный автоматический выключатель часто выходит из строя из-за снижения номинальных характеристик, что приводит к перегреву и, в худшем случае, к возгоранию системы.

Выбор выключателя — это не игра случая, а согласование технических характеристик с условиями работы системы.

Номинальные значения напряжения и нормативные стандарты

Номинальное напряжение выключателя должно быть больше максимального напряжения холостого хода (Voc) PV Массив, но при самой низкой ожидаемой температуре. Более того, выбор должен соответствовать топологии инвертора и отраслевым стандартам, включая UL508i и IEC60947-3.

• 600 В постоянного тока (UL508i): Это стандартная спецификация бытовых установок с использованием однофазных инверторов.
• 1000 В постоянного тока (IEC60947-3): Коммерческая установка на крыше и стандартный трехфазный инвертор.
• 1500 В постоянного тока: Текущий стандарт централизованных инверторов и крупных солнечных электростанций. Повышенное напряжение минимизирует потери в кабеле, но требует использования автоматических выключателей с лучшей изоляцией и защитой от дуги.

Конфигурация столбов и количество струн

Конфигурация полюсов прямо пропорциональна количеству секций изолятора. Один из важнейших принципов изоляции постоянного тока заключается в том, что все токоведущие проводники должны быть обесточены одновременно.

• 2P (Два полюса): Однострунный стандарт (прерывающий как положительную, так и отрицательную полярность). Может использоваться с типичными строчными инверторами, в которых в качестве преобразователя используется один датчик точки максимальной мощности (MPPT).
• 4P (четырехполюсный): Это необходимо при одновременной работе двух цепей или в системах с более высоким напряжением (1000 В/1200 В). В высоковольтных системах полюса обычно соединяются последовательно, чтобы распределить напряжение дуги между несколькими контактными точками, что позволяет малогабаритному выключателю безопасно управлять нагрузкой.

Экологическая долговечность и безопасность материалов

Влияние условий установки — один из важнейших аспектов, который обычно не указывается в технических характеристиках. Солнечные изоляторы и выключатели работают не в серверных помещениях с контролируемым климатом, а в суровых условиях.

• Диапазон температур: Нормальная рабочая температура надежных выключателей постоянного тока должна быть в диапазоне от -40 °C до 60 °C. Номинальные характеристики выключателей следует снижать, если температура окружающей среды превышает этот диапазон, чтобы избежать ложных срабатываний.
• Стандарты воспламеняемости: Поскольку основная задача — предотвращение возгорания, материал корпуса должен быть огнестойким. Технические характеристики должны строго соответствовать стандартам UL 94V-0–UL 94V-2, при этом корпус должен быть самозатухающим в случае выхода из строя внутренних компонентов.

Размеры и расчет (как рассчитать силу тока)

Согласно Национальному электротехническому кодексу (NEC) и передовой инженерной практике, выключатель не должен работать непрерывно на 100% своего номинала.

Формула расчета:

Чтобы определить минимальный номинальный ток для вашего выключателя (Ibreaker), необходимо применить коэффициенты безопасности к PV Ток короткого замыкания массива (Isc).

Упрощенный:

Это критически важно для анализа и выбора наиболее эффективных ключевых слов для улучшения рейтинга вашего сайта.

Если у вас есть ряд панелей с током утечки 10 А:

Вам следует округлить значение до ближайшего стандартного размера, который будет соответствовать автомату защиты постоянного тока на 20 А.

Почему именно BENY Автоматический выключатель

На рынке, переполненном генерическими компонентами, BENY Компания позиционирует себя как производитель, специализирующийся на решении сложных задач защиты постоянного тока от солнца. Отличие заключается не в маркетинге, а в инженерной строгости.

Имея более чем 30-летний опыт работы в отрасли, BENY инженеры автоматические выключатели солнечной системы которые устраняют разрыв между экономической эффективностью и устойчивостью промышленного уровня. Наши решения разработаны для решения всего спектра задач. PV требования — от систем напряжением от 12 В до 1500 В, поддерживающих сильные токи до 630 А с минимальными потерями энергии.

Безопасность — неотъемлемая часть нашей философии «Создано на века». Каждый выключатель оснащён усовершенствованными дугогасительными барьерами и отключающей способностью 6 кА для мгновенного нейтрализации неисправностей. Мы решаем практические задачи монтажа благодаря неполяризованной конструкции, исключающей ошибки при подключении, и прочным корпусам со степенью защиты IP65, протестированным на работу в экстремальных климатических условиях от -40 °C до 85 °C.

С 5-летней гарантией и круглосуточной глобальной поддержкой, выбор BENY означает обеспечение безопасности вашей инфраструктуры с помощью партнера, приверженного бескомпромиссной безопасности и долговечности.

Заключение

Инвестиции в фотоэлектрическую энергетику имеют бесшумную защиту – солнечный автоматический выключатель. В то время как панели создают ценность, автоматические выключатели её поддерживают. Переход к более сложным высоковольтным коммерческим системам вместо простых бытовых систем требует изменения нашего подхода к выбору компонентов.

Нам следует перестать рассматривать автоматические выключатели как товар массового спроса и рассматривать их как важные средства безопасности. Монтажники могут гарантировать надёжность систем, учитывая уникальную физику дуг постоянного тока, соотнося автоматические выключатели с областями их применения, например, с распределительными щитами и аккумуляторными батареями, а также учитывая строгие экологические стандарты и номинальные токи.

Автоматические выключатели — это высококлассная защита, необходимая многим системам. Соблюдение правил электропроводки, мер безопасности и обслуживания гарантирует долгий срок службы фотоэлектрической панели.

Для тех, кто хочет иметь надежные, сертифицированные и разработанные решения по защите постоянного тока, BENY предлагает оборудование, необходимое для безопасного и эффективного строительства солнечных систем будущего.

Часто задаваемые вопросы

В: Какой тип автоматического выключателя используется для солнечных панелей?

A: Для защиты солнечных панелей необходимо использовать специальный автоматический выключатель, обычно это автоматический выключатель постоянного тока. Не используйте стандартные домашние автоматические выключатели переменного тока. Постоянный ток создаёт непрерывные дуги, которые сложнее погасить, чем переменный. Солнечные выключатели (например, постоянного тока) MCBс или MCCBs) имеют специальные дугогасительные камеры и магнитные механизмы, предназначенные для безопасного прерывания этих высоковольтных дуг постоянного тока и предотвращения возгорания.

В: Нужен ли мне выключатель между солнечной панелью и инвертором?

A: Да. Между солнечной панелью и аккумуляторной батареей требуется автоматический выключатель (или изолятор постоянного тока). PV Массив и инвертор. Он выполняет две важные функции: защищает вход инвертора от скачков напряжения или коротких замыканий, а также обеспечивает безопасную точку физического отключения для персонала по техническому обслуживанию, чтобы он мог обслуживать систему, не прикасаясь к проводам под напряжением.

В: Где установить выключатель в солнечной системе?

A: Выключатели должны быть установлены в трех критических зонах защиты:

• Распределительный щит постоянного тока: Для защиты нагрузок постоянного тока, таких как светодиодные светильники или насосы.
• PV Комбинаторная коробка: Для защиты отдельных солнечных батарей от обратного тока.
• Банк батарей: Между аккумулятором и инвертором (обычно это самый большой выключатель).