Bezpieczniki firmy SIBA

Coraz częściej regulowanie częstotliwości sieci w elektrowniach, które wykorzystują energie odnawialne, odbywa się za pomocą stacjonarnych magazynów energii o mocy kilku megawatów, zaprojektowanych tak, aby stanowiły rezerwę. Również tutaj niezbędne są aparaty zabezpieczające systemy przed uszkodzeniem. Tę funkcję mogą spełniać bezpieczniki firmy SIBA.

Zakłady przemysłowe stosują w swoich sieciach urządzenia zasilania rezerwowego z akumulatorami, aby sterować połączeniami z publiczną siecią energetyczną. Uszkodzenie takich elementów może mieć negatywne konsekwencje dla procesu produkcji. Można jednak tego uniknąć, stosując bezpieczniki firmy SIBA.

Tylko odpowiednio dobrane bezpieczniki spełniają swoją rolę

O ile dane katalogowe wyraźnie nie dopuszczą takiej możliwości, bezpieczniki zaprojektowane na prąd przemienny nie powinny być stosowane w obwodach prądu stałego. W przypadku awarii zasilania, kiedy system przestawia się na zasilanie z akumulatorów, skutkuje to prądami rozładowania, których wartości i charakterystyki czasowe przypominają te, którymi charakteryzują się prądy zwarciowe. Wymaga to zastosowania specjalnych, szybszych bezpieczników.

Duże doświadczenie w dziedzinie rozwiązań z użyciem bezpieczników ultraszybkich w porównywalnych konfiguracjach technicznych, jak np. w energoelektronice, umożliwia firmie SIBA zapewnienie skutecznej ochrony również rozbudowanym zestawom akumulatorów, a także głównym obwodom zasilania.

Nawet standardowa oferta bezpieczników ultraszybkich pełno- i niepełnozakresowych jest tak duża, że SIBA może szybko dobrać odpowiednie rozwiązanie. Nasz dział badawczo-rozwojowy z pewnością pomoże nawet w skomplikowanych przypadkach.

Cztery kroki do dobrania odpowiedniego bezpiecznika

Jako producent bezpieczników topikowych SIBA posiada rozwijane od dziesięcioleci portfolio, obejmujące różnorodne bezpieczniki do zabezpieczania w przypadku przeciążeń i zwarć w sieciach elektrycznych. W większości rodzajów instalacji zastosowania bezpieczników zostały znormalizowane, w przypadku szczególnie wrażliwych obwodów z akumulatorami urządzenie zabezpieczające jest wciąż dobierane na podstawie „ogólnie stosowanej wiedzy”. W odniesieniu do dobierania bezpieczników najczęściej słyszy się, że „wystarczy określić prąd i napięcie znamionowe”. Wraz z pojawieniem się technologii fotowoltaicznej, SIBA zaczęła opracowywać specjalne bezpieczniki do obwodów fotowoltaicznych, a także zainteresowała się wymagającymi zabezpieczenia obwodami z akumulatorami.

Po technicznych dyskusjach z producentami akumulatorów oraz z pomocą uczelni technicznych zajmujących się tym tematem, SIBA opracowała kryteria doboru, które mogą mieć szerokie zastosowanie w większości obwodów z akumulatorami. Kryteria te pokazują, że oprócz napięcia i prądu roboczego, muszą zostać uwzględnione również inne czynniki, tak aby w razie awarii prąd zakłóceniowy został wyłączony zanim dojdzie do uszkodzenia instalacji.

Krok 1: Określenie napięcia znamionowego bezpiecznika

Napięcie znamionowe prądu stałego bezpiecznika Unb nie powinno być mniejsze od najwyższego napięcia występującego w obwodzie prądu stałego, tzn. napięcia ładowania akumulatora Uł:

Unb ≥ Uł.

W kartach katalogowych określa się, czy bezpieczniki mają zdolność wyłączania prądu przemiennego, czy stałego. W przypadku kiedy określono wyłącznie napięcie znamionowe prądu przemiennego, bezpieczniki tylko w wyjątkowych sytuacjach nadają się do stosowania w obwodach prądu stałego. Należy skonsultować się z producentem, aby potwierdzić, czy zasada, że znamionowe napięcie prądu stałego = 0,7 znamionowego napięcia przemiennego działa w tym przypadku. Producent powinien wypowiedzieć się również na temat dopuszczalnej stałej czasowej zwartego obwodu. Jednak w większości przypadków nie jest to konieczne, ponieważ w obwodach z akumulatorami można spodziewać się stosunkowo małych stałych czasowych (często krótszych niż 2 ms).

Krok 2: Określenie najmniejszego prądu znamionowego bezpiecznika

Odpowiednią wartością do określenia najmniejszego prądu znamionowego bezpiecznika In min jest największa wartość prądu występująca w obwodzie rozładowania akumulatora, tzn. prąd rozładowania akumulatora Ie występujący w końcowej fazie procesu rozładowania. Można ją obliczyć, korzystając z mocy wejściowej falownika Sn [VA] oraz napięcia w końcowej fazie rozładowania Ue, uwzględniając przy tym współczynnik mocy (np. ٠,٨) oraz sprawność η (0,85 – 0,97):

Ie = Sn cos ф /Ue η,

In min ≥ Ie.

Krok 3: Uwzględnienie dodatkowych czynników

Przewidywane zastosowanie magazynu energii może mieć taki sam wpływ na wybór prądu znamionowego bezpiecznika, jak warunki otoczenia występujące tam, gdzie są umieszczone bezpieczniki w obudowach lub szafach sterowniczych. Jak powszechnie wiadomo, nie ma jednego czasu rozładowania, jednego prądu rozładowania ani jednej częstości ładowania/rozładowania. Uwzględnia się różne zastosowania, opierając się na współczynniku kBatt odnoszącym się do minimalnego prądu znamionowego. Mimo wszystko 30-minutowy czas rozładowania połączony z pojedynczym cyklem ładowania raz na miesiąc powinien być traktowany inaczej niż w magazynie energii instalacji fotowoltaicznej, gdzie takich cykli jest kilka w ciągu dnia. W tabeli podano współczynniki kBatt dla zastosowań w różnych urządzeniach z akumulatorami. Przy stosowaniu tych współczynników, dopuszcza się pewną wymaganą przeciążalność.

In ≥ In min / kBatt.

Temperatura otoczenia znacznie odbiegająca od 30 °C również może mieć wpływ na wybór prądu znamionowego. W tym przypadku można posłużyć się standardowym wykresem obniżenia parametrów znamionowych dla wkładek topikowych.

In ≥ In min / kBatt / kth.

Jak pokazano na diagramie 1, temperatura otoczenia wynosząca np. 70 °C w szafie sterującej może spowodować konieczność obniżenia prądu znamionowego ze 100 A do 70 A.

Krok 4: Wybór kategorii użytkowania

W obwodach ładowania prądu stałego stosowane są bezpieczniki następujących kategorii użytkowania:

aR – wkładki o niepełnozakresowej zdolności wyłączania do zabezpieczania półprzewodników („niepełnozakresowe, ultraszybkie”)

gS (gRL) – wkładki o pełnozakresowej zdolności wyłączania do zabezpieczania półprzewodników i przewodów („pełnozakresowe, szybkie”),

gG – wkładki o pełnozakresowej zdolności wyłączania ogólnego przeznaczenia („pełnozakresowe, zwłoczne”).

Wyboru kategorii użytkowania możemy dokonać w oparciu o najdłuższy czas przedłukowy dopuszczalny w przypadku zwarcia. Aby to zrobić, trzeba najpierw obliczyć maksymalny prąd zwarciowy IzB w pełni naładowanego akumulatora, korzystając z napięcia jałowego UB oraz rezystancji wewnętrznej akumulatora RB:

IzB = 0,95UB /RB.

Wartość tę należy nanieść w postaci pionowej linii na charakterystykę czasowo-prądową bezpieczników. Powstanie w ten sposób punkt przecięcia z wybranym prądem znamionowym (diagram 2). Prowadząc linię poziomą z punktu przecięcia naniesionej linii pionowej z charakterystyką czasowo-prądową bezpiecznika na wybrany prąd znamionowy, możemy na osi pionowej odczytać czas przedłukowy. W podobny sposób postępujemy, gdy chcemy znać czas przedłukowy dla mniejszych prądów przetężeniowych. W przypadku prądów przetężeniowych przekraczających prąd znamionowy bezpiecznika 6–10-krotnie, można zastosować bezpieczniki niepełnozakresowe; dla prądów przetężeniowych o krotności poniżej tej wartości niezbędne są bezpieczniki pełnozakresowe. Jeżeli prąd przetężeniowy znajduje się w obrębie linii przerywanej na krzywej charakterystyki czasowo-prądowej bezpiecznika niepełnozakresowego, takie rozwiązanie jest niedozwolone. Zatem wybór kategorii użytkowania (gG, aR, gS (gRL)) decyduje o tym, jak szybko zostanie wyłączony prąd zwarciowy IzB.

Informację o aktualnej ofercie bezpieczników prądu stałego produkcji firmy SIBA do zabezpieczania akumulatorów można uzyskać, kontaktując się z oddziałem producenta w Polsce.

źródło: Automatyka 3/2024