Seminarium Solis Odcinek 17: Wybór odpowiednich bezpieczników do falowników w systemach PV

Informacje podstawowe
W systemach PV wybór bezpiecznika jest czymś, co można łatwo przeoczyć i należy poświęcić trochę czasu na wybranie właściwego rozwiązania. Jeśli bezpiecznik automatyczny nie jest odpowiedni, spowoduje to częste wyzwolenia urządzenia, jego przegrzanie, a nawet pożar systemu. Podczas tego seminarium Solis omówimy, jak wybrać automatyczne bezpieczniki do systemów fotowoltaicznych.

Typy bezpieczników
W systemach PV wybór szeregu bezpieczników automatycznych zależy od kilku czynników:
• Parametry elektryczne układu
• Środowisko
• Obciążenia i wymagania dotyczące typu instalacji

1.Temperatura otoczenia na poziomie bezpiecznika
W przypadku systemów PV sprzęt jest zwykle instalowany na zewnątrz (systemy do montażu naziemnego, systemy do montażu na płaskim dachu itp.). Zazwyczaj zakłada się wyższą temperaturę na zewnątrz niż w przypadku instalacji w budynkach, dlatego można oczekiwać, że temperatura na tablicy rozdzielczej będzie wyższa. Ma to również wpływ na natężenie przepływu i temperaturę pracy bezpiecznika automatycznego.
Przy wyborze bezpieczników do systemów PV najważniejszą kwestią jest temperatura. Zgodnie z normą IEC 60947-2 każdy bezpiecznik automatyczny posiada arkusz danych opisujący obniżenie/zwiększenie wartości prądu w temperaturze otoczenia. Należy wybrać odpowiedni bezpiecznik w zależności od temperatury otoczenia w miejscu pracy i natężenia prądu w systemie.

Tabela 1: Przykładowe zespoły bezpieczników automatycznych — obniżono/podniesiono wartości prądu zgodnie z temperaturą otoczenia.

2.Wzajemne ogrzewanie bezpieczników automatycznych
W przypadku dużych elektrowni PV z wieloma falownikami, zwykle w tablicy rozdzielczej znajduje się wiele bezpieczników, które są zamontowane blisko siebie. Zapewniają one maksymalny prąd jednocześnie, dlatego ich temperatura będzie szybciej wpływać jedna na drugą, co może prowadzić do przedwczesnego wyzwolenia prądu.

Podczas równoległego instalowania wielu bezpieczników automatycznych należy wziąć pod uwagę współczynnik korekcji podany w arkuszu danych bezpiecznika.
Na przykład w przypadku rozmieszczenia 6 urządzeń współczynnik korekcji może wynosić 0,75. Bezpiecznik o natężeniu nominalnym 15,1 Amps (A) zachowuje się jak w przypadku prądu nominalnego 0,75 x 15,1A = 11,33A.

Dzięki temu obliczeniu, jeśli prąd jest niewystarczający, możemy użyć bezpiecznika automatycznego o wyższym natężeniu znamionowym. Inną możliwością jest zwiększenie odstępu między bezpiecznikami. Pozwala to na rozpraszanie większej ilości ciepła, co zapobiega niepotrzebnemu wyzwoleniu prądu.

3. Typ podłączonych urządzeń
Jeśli do sieci zostanie podłączony słoneczny system PV, prąd ulegnie w nim wyzwoleniu oraz nastąpi uderzenie napięcia z sieci zasilającej. Podczas wybierania bezpiecznika, musimy wziąć pod uwagę elementy obciążenia w tej sieci, aby dobrać najbardziej odpowiedni bezpiecznik.
Tabela 2: Inny typ bezpiecznika, natychmiastowy lub działający z krótkim opóźnieniem

Przykładowy system
Przykłady dla mocy znamionowych bezpieczników w równoległej pracy instalacji PV.

Instalacji PV z 6 falownikami Solis-1P8K-5G.

Wymagane dane techniczne można znaleźć w arkuszu danych falownika Solis-1P8K-5G:
• Maksymalny prąd wyjściowy = 34,7A
• Maksymalne zabezpieczenie bezpiecznika = 50 A.
Wybór kabla, metody okablowania, temperatury otoczenia i innych potencjalnych warunków ogranicza maksymalną ochronę bezpiecznika kabla.
W naszym przykładzie zakładamy, że wybrany kabel (6mm²) ma idealne ułożenie i może być odporny na prąd znamionowy 35A.
Maksymalny możliwy prąd znamionowy używanego kabla i maksymalna możliwa ochrona bezpieczników w modelu Solis-1P8K-5G ograniczają maksymalny możliwy prąd znamionowy bezpieczników.

Wybór właściwego bezpiecznika
Korzystając z tego samego przykładowego systemu i zakładając, że obciążenie nie obejmuje silników, transformatorów itp., w oparciu o obliczony prąd 34,7A, wybieramy bezpiecznik 40A z funkcją wyłącznika termicznego B i bez przerwy pomiędzy bezpiecznikami. Następnie sprawdzamy, czy wybrana przez nas wartość jest odpowiednia, weryfikując możliwości dostosowania bezpiecznika termicznego:

Współczynnik obciążenia jest zgodny ze specyfikacją arkusza danych:
•Redukcja przy stałym obciążeniu > 1 h = 0,9
(W instalacji PV możliwe jest stałe obciążenie przekraczające 1 godzinę.)
•Współczynnik redukcji, gdy 6 bezpieczników jest bezpośrednio rozmieszczone obok do siebie = 0,75
(Jeśli używany jest jeden bezpiecznik lub odległość między nimi jest wystarczająca, współczynnik wynosi 1.)
•Wzrost prądu nominalnego na tablicy rozdzielczej, gdy temperatura otoczenia wynosi 40°C = 1,0

Wynik
Nominalny prąd obciążenia bezpiecznika jest obliczany jako:
Ibn = 40 A x 0,9 x 0,75 x 1,0 = 27A

Wniosek
Ponieważ maksymalny prąd znamionowy do pracy bez usterek jest niższy niż maksymalny prąd wyjściowy używanego falownika, w tym przykładzie nie można użyć wybranego bezpiecznika. Bezpiecznik zostanie wyzwolony podczas pracy z mocą znamionową.

Rozwiązanie 1
Użyć bezpiecznika 50A. Pomiędzy bezpiecznikami jest wystarczająco dużo miejsca (>10mm) na rozproszenie ciepła, a maksymalna obciążenie prądu wynosi 40,5 A.
(Ibn = 50A x 0,9x0,9 = 40,5A), Bezpiecznik nie będzie się włączał w trybie znamionowym.

Rozwiązanie 2
Użyć bezpiecznika 63A. Maksymalna obciążalność prądowa wynosi 42,5A
(Ibn = 63A x 0,75x0,9 x 1 = 42,5A), Bezpiecznik nie będzie się wyzwalał w trybie znamionowym.