Автоматический выключатель переменного тока в цепи постоянного тока

Большинство инверторов и даже некоторые контроллеры заряда имеют внутри очень большие конденсаторы. Когда вы подключаете аккумуляторную батарею к большому инвертору или контроллеру заряда, часто в течение доли секунды происходит значительное потребление тока, которое заряжает конденсаторы внутри инвертора или контроллера заряда. Если вы включаете по одной батарее за раз при подключении блока батарей к инвертору или контроллеру заряда, BMS может разомкнуть цепь, чтобы защитить батарею от этого скачка напряжения. Этот разомкнутый контур может продолжаться, даже если вы затем включите вторую батарею, так как первая батарея теперь фактически отключена, поэтому такой же выброс теперь будет поступать от второй батареи и т. д.

Хотя для этого есть несколько обходных путей, самый простой способ полностью предотвратить это — включить отключение постоянного тока между вашим блоком батарей и всеми нагрузками и зарядными устройствами. Отключение основной нагрузки постоянного тока позволяет вам включить все батареи перед подключением любой из них к инвертору или контроллеру заряда, поэтому начальный скачок напряжения распределяется между всеми батареями в банке. Многие новые инверторы поставляются с автоматическим выключателем, встроенным в соединение с аккумулятором, что устраняет проблему. Однако, если вы устанавливаете литиевые батареи на более старый инвертор или контроллер заряда, у которого нет прерывателя, обязательно установите главный выключатель постоянного тока.

Еще одним способом исключить срабатывание защиты и убрать искры при подключении инвертора (в т.ч. и к свинцово-кислотным аккумуляторам) является предварительный заряд конденсаторов в инверторе через небольшое сопротивление (от 5 до 30 Ом мощностью 0,5-1 Вт). Через это сопротивление конденсаторы зарядятся, и потом можно будет без броска тока и искр подключить как BMS литиевых аккумуляторов, так и свинцовые аккумуляторы. В некоторых инверторах даже есть специальная кнопка для плавного заряда конденсаторов при первом включении, но такая функция встречается редко.

В нашем ассортименте есть отключатели постоянного тока на высокое напряжение для использования в цепях солнечных батарей. Такие отключатели обязательны для применения с солнечными батареями, так как они рассчитаны на гашение дуги постоянного тока при размыкании цепи солнечных батарей. Многие монтажники знают, какая дуга возникает при разрыве высоковольной цепи (и даже есть видео смельчаков, которые прикуривают от этой дуги солнечных батарей 🙂 . Если вы просто отсоедините MC4 от инвертора или солнечного контроллера, то на второе подключение этого соединителя может и не хватить. Разрыв вытаскиванием предохранителя тоже не выход — будет выгорать контакт держателя и предохранителя, более того, при высоком напряжении дуга может и не погаситься.

Кроме отключателей постоянного тока используются и автоматические выключатели, которые кроме камеры дугогашения имеют еще и тепловой расцепитель. Можно использовать и их, но нужно учитывать их номинальное напряжение.

Настоятельно не рекомендуем использовать дешевые китайские отключатели без камер дугогашения и магнитов. Даже на низком напряжении их контакты очень быстро выгорают. См. на видео ниже состояние контактов после пары размыканий под нагрузкой при напряжении 48В.

Автоматы для постоянного и переменного напряжения — основные отличия

Большинство из нас знакомы с автоматическими выключателями переменного тока, которые можно найти в типичном бытовом щите. Время от времени нам нужно работать с проводкой в доме, поэтому мы отправляемся в сторону дома, чтобы вручную разомкнуть (выключить) выключатель, чтобы отключить питание в этой цепи, что позволяет нам безопасно выполнять наши действия. Хотя выключатели переменного и постоянного тока кажутся похожими по форме и функциям, они сильно различаются внутри.

Функция автоматического выключателя (переменного или постоянного тока) состоит в том, чтобы обнаруживать, когда через цепь протекает слишком большой ток, а затем отключать цепь от основного источника питания для защиты проводки от перегрева. Во время размыкания внутренние контакты размыкаются. По мере того, как они расходятся друг от друга, образуется дуга, когда ток проходит через воздушный зазор. Если эта дуга продолжает прорываться через воздушный зазор, ток будет продолжать течь по цепи, нарушая назначение выключателя. Эта дуга должна быть погашена. Выключатели переменного и постоянного тока гасят эту дугу по-разному. Эта разница в конструкции является причиной того, что выключатели переменного и постоянного тока не взаимозаменяемы.

Выключатели переменного тока

Напряжение в сети переменного тока меняется между +V и –V 50 раз в секунду. Это означает, что есть точка, в которой напряжение равно 0 В, и напряжение проходит через нее 50 раз в секунду. Именно в этой точке 0 В выключатель переменного тока «разорвет» соединение, погасит дугу и защитит проводку от слишком большого тока.

Выключатели постоянного тока

Напротив, в цепи постоянного тока напряжение не меняет свою полярность и не проходит через 0. Оно остается на постоянным. Поскольку точка 0 В отсутствует, конструкция прерывателя переменного тока НЕ будет работать в цепи постоянного тока. В прерывателе постоянного тока используется магнит, который притягивает дугу, вытягивая ее из воздушного зазора, и гасит ее. Выключатель переменного тока НЕ оснащен магнитом и не может погасить дугу постоянного тока.

Мораль истории: используйте выключатели переменного тока для цепей переменного тока и выключатели постоянного тока для цепей постоянного тока.

Для систем постоянного тока следует использовать только выключатели, помеченные как рассчитанные на постоянный ток. НИКОГДА не пытайтесь использовать прерыватель переменного тока в цепи постоянного тока! Почему? Погасить дугу не удастся, провода перегреются и возникнет пожар. Если прерыватель рассчитан на постоянный ток, это будет указано. НИКОГДА не предполагайте, что прерыватель переменного тока рассчитан на постоянный ток только потому, что амперы и вольты соответствуют тому, что вам нужно. И наоборот, не используйте автоматический выключатель постоянного тока в цепи переменного тока.

Более того, внимательно смотрите, имеет ли автомат постоянного тока полярность. Недорогие автоматы могут надежно гасить дугу постоянного тока только при определенной полярности. См. видео ниже, где показано, как горят автоматы переменного тока и автоматы постоянного тока, включенные с неправильной полярностью

Автоматы с полярностью обычно применяются для размыкания цепи постоянного тока от солнечных батарей (внимательно смотрите на допустимое напряжение!) и для инверторов. Для инверторов с зарядным устройством (блоков бесперебойного питания) применяются более дорогие автоматические выключатели без полярности.

ПРИМЕЧАНИЕ. Можно использовать автоматический выключатель с двумя номиналами переменного и постоянного тока (указаны на этикетке производителя). На выключателе будет четко указано, рассчитан ли он на оба типа. ВНИМАНИЕ: Большинство автоматических выключателей с двойным номиналом имеют номинальное напряжение постоянного тока, ОТЛИЧАЮЩЕЕСЯ от номинального напряжения переменного тока, для одних и тех же ампер. (например, 60 А, 80 В постоянного тока, 220 В переменного тока). Обязательно перепроверьте эти значения.

Плавкие предохранители

Для защиты цепей переменного и постоянного тока также можно применять предохранители с плавкими вставками. Они тоже имеют максимальные значения напряжения, которое могут погасить и тока, который могут выдерживать. Номинальный ток предохранителя обычно указывает на ток, который предохранитель может пропускать через себя долговременно. Они не плавятся при кратковременно превышении тока в течение короткого промежутка времени — время срабатывания зависит от тока нелинейно и указывается в токо-временных характеристиках предохранителей. Типичная характеристика приведена на рисунке.

В отличие от автоматических выключателей плавкие вставки срабатывают один раз. После их срабатывания требуется замена.

Преимуществом предохранителей перед автоматами является их надежность и независимость от полярности. Внутри высоковольтных предохранителей находится кварцевый песок, который помогает погасить возникающую дугу. В низковольтных предохранителях песок обычно не применяется.

Для защиты цепей от солнечных батарей удобно применять специальные предохранители с креплением на DIN рейку. В нашем ассортименте есть предохранители до цепей постоянного тока до 1000В Littelfuse c держателем, а также предохранители ABB и Legrand в максимальным напряжением до 600В.

Также, имеется широкий ассортимент предохранителей серии ПН и ППН, которые обычно мы применяем в цепях между аккумулятором и ББП (инвертором).

Предохранители для солнечных батарей

Существуют специальные предохранители в форм-факторе соединителей Mc4, разработанные для защиты цепей с солнечными панелями. Очень часто возникает непонимание — в каких случаях их необходимо применять.

Предохранитель в цепи солнечных панелей, учитывая, что у вас их всего 2 параллельные цепочки из одинаковых солнечных панелей, не будет служить никакой цели. Смысл предохранителя в том, что он перегорает, если в цепи течет чрезмерный ток. Все цепи, соединяющие солнечную батарею с остальным оборудованием вашей системы (кабель, коннекторы, разъемы и т. д.) должны быть рассчитаны на то, чтобы выдерживать полный ток короткого замыкания, который могут обеспечить ваши панели. Каждая панель может выдерживать полный ток, который она производит.

Скажем, ваши панели производят по 5 ампер каждая при коротком замыкании. Панели не могут производить больше, чем это. Проводка к контроллеру заряда должна быть рассчитана на этот полный ток. Предохранитель не нужен.

Солнечные панели могут выдерживать полный ток короткого замыкания. Предохранитель на линии с каждой панелью должен выдерживать полный ток панели, 5 ампер. Если у вас есть 2 одинаковые панели, в одной возникает короткое замыкание и потребляется полный ток другой панели, 5 ампер, предохранитель тоже не нужен.

Если у вас более 2 параллельных цепочек панелей или есть значительная разница в номинальном токе каждой панели (или цепочки панелей), вам следует установить предохранитель на каждую панель (или цепочку) на случай, если в одной панели (или цепочке) строка) возникает неисправность, так как на неисправную панель может поступать повреждающий ток от исправных цепочек. Это может привести к перегреву и даже возгоранию этих неисправных панелей. Особенно это опасно, когда панели установлены на мягкой кровле или другой горючей поверхности крыши. Мы знаем случае такого возгорания, когда солнечные панели были установлены непрофессиональными установщиками.

Применять предохранители нужно в 2 основных случаях

параллельные цепочки солнечных батарей, если количество параллельных цепочек 3 и более

Предохранитель нужно ставить для защиты от превышения максимального тока соединителей Mc4. Есть соединители MC4Y, MC4 3T1, MC4 4T1 для параллельного соединения модулей. Часто пользователи не обращают внимание, что максимальный ток для любого соединителя МС4 не должен превышать 30А, и соединяют параллельно 3, 4, 5 и даже более модулей через один МС4 коннектор. Это может привести к его перегреву и оплавлению. Особенно это опасно с неоригинальными коннекторами (которых сейчас 99,9% из имеющихся на рынке). В этом случае номинал предохранителя должен быть 30А (то есть равен макимальному току MC4 коннектора. Для таких случае необходимо применять предохранитель после параллельных соединителей на 30А.

Плохие контакты

Соединители для солнечных батарей играют решающую роль в качестве и надежности соединений фотоэлектрической системы. При правильной установке в соответствии с проектом и они обеспечивают высоковольтное, сильноточное, низкоомное соединение постоянного тока в корпусе, который является водонепроницаемым, устойчивым к температуре, ультрафиолетовому излучению и служит вместе со специальным солнечным кабелем в течение более 25 лет, то есть весь срок службы солнечной установки. Кроме того, их технология соединения на защелках ускоряет установку солнечных батарей. Однако эти соединители часто являются причиной поломок.

Исследование, проведенное Институтом систем солнечной энергии Фраунгофера ISE во Фрайбурге, Германия, изучило причины тепловых отказов фотоэлектрических батарей и показало, что разъемы и обжимы фотоэлектрических модулей были основной причиной отказов проводки постоянного тока. Большинство этих сбоев произошло в течение первых пяти лет установки, что заставило исследователей заподозрить неправильные методы установки в качестве основной причины.

Опрос инспекторов по электротехнике также привел к следующим выводам о неисправностях фотоэлектрических разъемов:

Плохие обжимы контактов или обжимы, захватившие часть изоляции провода.
Контакты, которые не были правильно установлены в разъем, что привело к высокоомным соединениям.
Попадание воды внутрь из-за неправильно собранных соединителей

Оплавление соединителя MC4 из-за плохого соединения между контактами

Несколько инспекторов также наблюдали, как установщики на местах обжимали контакты разъемов фотоэлектрических модулей плоскогубцами. Дополнительно отмечалось, что иногда разъемы Mc4 разных производителей слишком «свободно» входили один в другой, что нарушало как надежность контактов, так и их герметичность.

Ситуацию усугубляет то, что такие дефекты являются скрытными и трудно увидеть неправильную сборку и плохие обжимы контактов. Сбои соединения часто кроются внутри, казалось бы, приемлемого соединителя. За исключением полного отказа, такого как деформированный или расплавленный разъем, визуальное обнаружение практически невозможно. Тепловидение часто является единственным способом обнаружения этих проблем. Потери энергии, затраты на диагностику и ремонт, связанные со скрытыми отказами, могут быть значительными.

Причины отказов разъемов MC4

Неисправности соединителей солнечных батарей можно разделить на две категории: проблемы несовместимости и проблемы с проводкой соединителя. Большинство этих отказов связано с полевыми работами по прокладке кабелей и соединений. Установленные на заводе разъемы на задней панели фотоэлектрических модулей обычно не являются серьезным источником проблем (но только если производитель качественный и надежный, в России есть случаи возгорания коннекторов, плохо обжатых производителем солнечных панелей — см.рисунок выше). Соединители, устанавливаемые в полевых условиях, могут быть проблематичными.

Проблемы несовместимости часто возникают из-за сопряжения разъемов фотоэлектрических модулей разных производителей. Хотя многие разъемы считаются «совместимыми», не существует отраслевого стандарта для единой конструкции разъема. Из-за различий в конструктивных допусках, требованиях к обжимному инструменту и материалах контактов и корпуса оптимальное электрическое соединение не может быть гарантировано. Кроме того, несмотря на то, что все соединители солнечных панелей должны быть протестированы в соответствии с UL 6703, этот стандарт не распространяется на сопряжение соединителей от разных производителей, если только они не тестируются специально, что делается редко. Некоторые производители предостерегают от сопряжения разъемов разных марок, поэтому следует следовать рекомендуемым методам.

В большинстве фотоэлектрических разъемов используются обжимные контакты. Независимо от того, установлены ли эти соединители на заводе или в полевых условиях, для их беспроблемной установки требуется рекомендованный производителем обжимной инструмент и правильная сборка. Необходимо соблюдать требования к калибровке обжимного инструмента и предельные значения обжимных матриц для бесперебойной установки в течение всего срока службы массива. Также, теперь доступны новые фотоэлектрические соединители, не требующие использования инструментов. Эти разъемы устраняют необходимость в инструментах и сборке, но в них используется устойчивый к температуре и вибрации пружинный контакт для проводных соединений.

Устройства защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП)

Одним из важнейших устройств защиты, которые помогают защитить сетевые и батарейные инверторы, стабилизаторы, солнечные контроллеры и другую электронную аппаратуру, являются УЗИП. Ни в коем случае нельзя пренебрегать их установкой как в цепях переменного, так и постоянного тока — их цена намного ниже, чем стоимость защищаемого оборудования.

По принципам работы, правилам выбора и описанию разновидностей УЗИП у нас есть несколько отдельных статей в разделе.

Источник

Автоматический выключатель переменного тока в цепи постоянного тока

Об использовании автоматов переменного тока на постоянном