Các bộ ngắt mạch DC (MCB) trong mạch pin: Các yếu tố lựa chọn và giới hạn bằng chứng

Hướng dẫn này là danh sách kiểm tra các thông số đầu vào và bằng chứng dành cho các kỹ sư và người mua. Tài liệu này không cung cấp các thông số cài đặt cho thiết bị bảo vệ cũng như không thể thay thế cho nghiên cứu bảo vệ hệ thống. Trong suốt quá trình rà soát, hãy đặt sơ đồ mạch đơn và bảng thông số kỹ thuật chính xác của thiết bị được xem xét cạnh nhau.

Xác định mạch pin trước khi đặt tên cho cầu dao

Hãy xác định xem thiết bị được đề xuất được lắp đặt tại chuỗi ắc-quy, điểm tổng hợp công suất ắc-quy, nhánh phân phối dòng điện một chiều, điểm kết nối bộ chuyển đổi hay mạch phụ. Các vị trí này có thể có cường độ dòng điện bình thường khác nhau và các nguồn dòng điện sự cố tiềm ẩn khác nhau. Một nhánh có ắc-quy ở một bên và thiết bị điện tử công suất ở bên kia không nên được đơn giản hóa thành sơ đồ nguồn-tải chung chung.

Ghi lại các trạng thái vận hành: sạc, xả, cách ly bảo dưỡng, các chuỗi song song và bất kỳ đường dẫn bypass hoặc nguồn cấp thay thế nào. Ghi chú từng trạng thái trên bản vẽ. Bài tập này giúp xác định xem dòng điện có thể chạy theo cả hai hướng hay không và liệu cầu dao được chỉ định cho một cực nguồn cụ thể có thể được lắp đặt theo đề xuất hay không. Không nên giả định rằng dòng điện sạc và dòng điện ngắn mạch đi theo cùng một đường dẫn.

Mô tả chính xác mục đích của thiết bị. Các chức năng bảo vệ quá dòng, chuyển mạch, cách ly và ngắt kết nối khẩn cấp không phải là những yêu cầu có thể thay thế cho nhau. Nếu yêu cầu nhiều hơn một chức năng, bản mô tả kỹ thuật của dự án cần nêu rõ từng chức năng và bằng chứng cần thiết cho từng chức năng đó. Các Danh mục cầu dao thu nhỏ DC xác định một nhóm thương mại; điều này không quyết định phương án bảo hộ.

Hãy thu thập đường bao điện áp, chứ không chỉ điện áp danh định

Điện áp tại cực ắc-quy thay đổi tùy theo trạng thái sạc, chế độ hoạt động và nhiệt độ. Kỹ sư hệ thống cần xác định các giá trị điện áp tối đa và tối thiểu tương ứng với vị trí của bộ ngắt mạch này, đồng thời xác định các điều kiện quá độ hoặc điều kiện sạc mà thiết bị dự kiến phải chịu được. Cần kiểm tra định mức dòng điện một chiều (DC) của thiết bị so với điện áp tối đa của mạch tương ứng, dựa trên cấu hình cực và cách nối dây chính xác của thiết bị.

Tiêu đề trong danh mục sản phẩm có thể liệt kê nhiều mức điện áp tương ứng với các số cực hoặc cách kết nối khác nhau. Không được áp dụng giá trị cao nhất cho một cách kết nối dây khác. Hãy yêu cầu nhà sản xuất cung cấp sơ đồ thể hiện cách kết nối các cực nối tiếp được đề xuất (nếu có), và đối chiếu sơ đồ đó với bản vẽ tủ điện. Điện áp định mức AC không phải là bằng chứng cho khả năng ngắt dòng DC.

Cũng cần ghi chép sơ đồ nối đất và sơ đồ dây dẫn của hệ thống pin. Người thiết kế phải biết những dây dẫn nào được bảo vệ và ngắt kết nối, những phần nào vẫn còn mang điện sau khi vận hành, và liệu tình huống sự cố chạm đất có làm thay đổi đường đi của dòng điện hay không. Đây là những vấn đề liên quan đến hệ thống, chứ không phải những chi tiết mà nhà cung cấp cầu dao có thể suy ra từ giá trị điện áp danh định.

Xác định dòng điện sự cố dự kiến tại vị trí thực tế

Cung cấp giá trị dòng điện ngắn mạch dự kiến tại các cực của bộ ngắt mạch cho các trạng thái vận hành tương ứng. Nghiên cứu cần tính đến cụm ắc-quy, hệ thống kết nối, các đường dẫn song song, bộ biến tần và các nguồn khác có thể góp phần gây ra sự cố. Không được thay thế kết quả sự cố cụ thể tại từng vị trí bằng số liệu trong bảng thông số kỹ thuật của tế bào ắc-quy, thông số định mức của bộ sạc hoặc dung lượng ắc-quy chung chung.

So sánh khả năng ngắt được tính toán với dữ liệu ngắt dòng DC chính xác của mẫu sản phẩm đó tại mức điện áp và cách bố trí cực tương ứng. Làm rõ ý nghĩa mà nhà sản xuất muốn truyền tải qua ký hiệu chỉ khả năng ngắt cũng như các điều kiện thử nghiệm hoặc điều kiện ứng dụng liên quan. Một sản phẩm có dòng điện liên tục đủ lớn vẫn có thể không phù hợp nếu khả năng ngắt được ghi trong tài liệu kỹ thuật của nó không đáp ứng được dòng sự cố có thể xảy ra.

Nếu báo cáo nghiên cứu chưa hoàn chỉnh, hãy đánh dấu lựa chọn thiết bị ngắt mạch là “tạm thời” thay vì điền vào một giá trị sự cố có thể xảy ra. Điều này đặc biệt quan trọng trong trường hợp các chuỗi pin được nối song song hoặc bộ biến tần có thể góp phần gây ra sự cố. Bộ phận mua sắm có thể yêu cầu một phạm vi giá trị đề xuất, nhưng việc phê duyệt chỉ được thực hiện sau khi báo cáo nghiên cứu điện và bằng chứng từ nhà sản xuất đạt được sự thống nhất.

Tách dòng điện hoạt động khỏi sự phối hợp bảo vệ

Liệt kê dòng điện liên tục, các giá trị đỉnh dự kiến của quá trình sạc và xả, hành vi khởi động, cũng như thời gian kéo dài của bất kỳ hiện tượng quá độ bình thường nào. Sau đó, xác định các dây dẫn và thiết bị mà cầu dao được thiết kế để bảo vệ. Dòng điện định mức của cầu dao phải được đánh giá dựa trên các giả định về hệ số giảm tải và điều kiện môi trường do nhà sản xuất đưa ra; không nên chọn giá trị này chỉ đơn thuần dựa trên giá trị danh mục cao hơn ngay lập tức so với một giá trị tải cụ thể.

Kỹ sư bảo vệ cần rà soát mối quan hệ giữa thời gian và dòng điện đối với các dây dẫn, các thiết bị bảo vệ ở phía thượng lưu và hạ lưu, các chức năng quản lý pin cũng như hệ thống điều khiển bộ biến tần. Không thể suy ra hành vi từ tính và nhiệt của một công tắc ngắt dựa trên chiều rộng vỏ của nó. Ngoài ra, việc có hệ thống quản lý pin cũng không loại bỏ nhu cầu phải kiểm tra chức năng ngắt mạch vật lý được giao cho công tắc ngắt đó.

Hãy xác định các trạng thái vận hành nào cần phải được phối hợp với nhau và các trường hợp sự cố nào phải khiến một thiết bị cụ thể ngắt mạch. Nếu tính chọn lọc trong vận hành là yếu tố quan trọng, hãy yêu cầu các đường cong của nhà sản xuất và kết quả nghiên cứu liên quan. Tránh cam kết về tính chọn lọc dựa trên hai mức định mức dòng điện mà không có bằng chứng về mối quan hệ thời gian-dòng điện tương thích.

Kiểm tra cực tính, hướng nguồn và quy tắc kết nối các cực

Khả năng ngắt dòng DC có thể phụ thuộc vào thiết kế kiểm soát hồ quang bên trong và cách kết nối các cực. Hãy đọc kỹ hướng dẫn về đường dây/tải, cực tính và cực nối tiếp của thiết bị cụ thể. Dòng điện hoạt động bình thường hai chiều không chứng minh rằng một bộ ngắt mạch nhạy cảm với hướng sẽ ngắt sự cố từ cả hai phía ở mọi điện áp đã nêu. Ngược lại, mô tả “không phân cực” vẫn yêu cầu xác nhận phạm vi hoạt động của mẫu thiết bị cụ thể.

Đặt bản vẽ sơ đồ đầu cuối của nhà sản xuất bên cạnh sơ đồ một dây của hệ thống. Đánh dấu tất cả các nguồn có thể gây ra sự cố, bao gồm cả các thiết bị điện tử công suất được kết nối (nếu có). Nếu bất kỳ hướng sự cố tiềm ẩn nào mâu thuẫn với một kết nối được phép, hãy dừng việc lựa chọn và yêu cầu một phương án thay thế hoặc đánh giá kỹ thuật chính thức. Việc đảo ngược kết nối tại hiện trường đối với một kết nối chưa được xác minh không phải là một giải pháp tắt đường chấp nhận được.

Để so sánh chi tiết hơn về các tuyên bố về hướng đầu cuối, hãy tham khảo hướng dẫn về cực tính đã được phê duyệt trước khi lập bảng kê vật liệu. Các trang sản phẩm cho một Dòng sản phẩm MCB một chiều hai cực và một Dòng sản phẩm MCB dòng điện một chiều (DC) có cường độ dòng điện cao là những điểm khởi đầu hữu ích cho một cuộc điều tra, chứ không phải là bằng chứng cho thấy gia đình nào trong hai gia đình này phù hợp với mô hình này.

Kiểm tra vỏ bảo vệ và các điều kiện lắp đặt

Ghi lại nhiệt độ môi trường xung quanh, nhiệt độ dự kiến bên trong vỏ thiết bị, hướng lắp đặt, hệ thống thông gió, độ cao (nếu có) và không gian lắp đặt tấm panel có sẵn. Tham khảo hướng dẫn lắp đặt của nhà sản xuất để biết thông tin về kích thước dây dẫn, đầu nối, quy trình siết chặt, khoảng cách lắp đặt và bất kỳ giới hạn công suất nào khi lắp đặt gần các thiết bị khác. Hiệu suất tản nhiệt phụ thuộc vào cách lắp ráp thực tế; chỉ dựa vào thông số dòng điện định mức trong catalogue là chưa đủ để bao quát mọi cách bố trí bên trong vỏ thiết bị.

Kiểm tra xem thiết bị sẽ được vận hành bằng tay, từ xa hay chỉ hoạt động như một bộ phận bảo vệ tự động. Nếu cần có điểm cách ly có thể khóa, hãy xác nhận xem thiết bị được đề xuất có được phê duyệt cho chức năng đó trong cấu hình đề xuất hay không. Không được coi một bộ ngắt mạch nhỏ là thiết bị ngắt kết nối ắc-quy hoàn toàn chỉ vì tay cầm của nó có vị trí “TẮT”.

Xây dựng bảng so sánh dựa trên bằng chứng

Trường quyết định	Dữ liệu đầu vào của dự án	Bằng chứng dựa trên mô hình chính xác
Điện áp một chiều	Điện áp mạch tối đa có liên quan	Thông số kỹ thuật tại các cột điện và hệ thống dây dẫn được đề xuất
Nhiệm vụ xử lý sự cố	Dòng điện dự kiến tại điểm lắp đặt	Dữ liệu và điều kiện ngắt dòng điện một chiều
Hiện tại	Hồ sơ vận hành liên tục và tạm thời	Hướng dẫn xác định công suất định mức và công suất giảm tải
Hướng dẫn	Đường dẫn sạc, xả và đường dẫn dòng điện sự cố	Hướng cực và hướng dẫn về các cực nối
Cài đặt	Vỏ bọc và cách bố trí dây dẫn	Tài liệu hướng dẫn lắp đặt và kết nối đầu cuối

Hãy đảm bảo việc so sánh được thực hiện chính xác ở cấp độ mã đặt hàng. Nếu nhà cung cấp gửi danh mục sản phẩm chung thay vì bảng thông số kỹ thuật cụ thể cho từng mẫu, hãy liệt kê các trường thông tin chưa được làm rõ. Một mục được ghi chú là “không rõ” sẽ hữu ích hơn một kết quả “ĐẠT” dựa trên phỏng đoán, vì nó giúp bộ phận kỹ thuật và mua sắm biết cần yêu cầu thêm thông tin gì tiếp theo.

Những thông tin cần gửi trong hồ sơ yêu cầu báo giá (RFQ)

Vui lòng cung cấp thông tin về vị trí lắp đặt, sơ đồ hệ thống một dòng, dải điện áp ắc-quy, dòng điện liên tục và đặc tính dòng điện thoáng qua, dòng điện sự cố dự kiến, hướng dòng điện dự kiến, sơ đồ nối đất, yêu cầu về cột và dây dẫn, điều kiện môi trường lắp đặt, cũng như chức năng bảo vệ hoặc cách ly mong muốn. Vui lòng đính kèm các tài liệu được yêu cầu: bảng thông số kỹ thuật chi tiết, dữ liệu ngắt mạch DC, sơ đồ kết nối, hướng dẫn lắp đặt và xác nhận mã đặt hàng.

Hãy nêu rõ những thông số đầu vào nào đã được xác nhận và những thông số nào vẫn chỉ mang tính tạm thời. Sự phân biệt này giúp tránh việc nhầm lẫn giữa báo giá với quyết định phê duyệt kỹ thuật chính thức. Nếu nhà cung cấp đề xuất một mẫu sản phẩm thay thế hoặc số lượng cột khác, hãy yêu cầu họ cung cấp bản so sánh đã điều chỉnh dựa trên cùng các thông số đầu vào của dự án. Sản phẩm thay thế không được tự động kế thừa giấy phép phê duyệt của thiết bị ban đầu mà không qua quá trình xem xét lại.

Sử dụng Quy trình giải quyết khiếu nại của RITOKS để chia sẻ các yêu cầu đã được ghi chép, đồng thời vẫn giữ trách nhiệm đối với nghiên cứu bảo vệ dự án và việc phê duyệt thiết kế cuối cùng. Một bản yêu cầu báo giá (RFQ) rõ ràng sẽ giúp nhà cung cấp trả lời các câu hỏi cụ thể về tính tương thích thay vì phải phỏng đoán dựa trên những cụm từ chung chung như “thiết bị ngắt mạch cho pin”.”

Các vấn đề mà các kỹ sư cần giải quyết trước khi phát hành

Có thể chọn MCB DC dựa trên dung lượng ắc-quy không?

Không. Thông số “Capacity” không mô tả điện áp tối đa của mạch, dòng điện sự cố tại bộ ngắt mạch, đặc tính dòng điện hoạt động hay các quy tắc kết nối. Hãy cung cấp các thông số đầu vào cụ thể của dự án trước khi kiểm tra các tài liệu liên quan.

Sạc hai chiều có yêu cầu phải sử dụng cầu dao không phân cực không?

Việc này đòi hỏi phải kiểm tra dòng điện hiện tại và hướng sự cố tại vị trí cụ thể của thiết bị. Việc lựa chọn cầu dao và hệ thống dây dẫn phù hợp phụ thuộc vào hành vi đã được ghi nhận trong từng trạng thái liên quan. Không nên coi nhãn ghi cực tính chung chung là câu trả lời đầy đủ.

Khi thông số kỹ thuật khớp nhau, liệu thiết bị được niêm yết đó có được phê duyệt hay không?

Không. Cần kiểm tra khả năng ngắt mạch, điện áp tại các cột dự kiến, hướng của các đầu nối, điều kiện lắp đặt và sự phối hợp. Giấy phê duyệt phải nêu rõ mẫu cụ thể và phiên bản bản vẽ đã được kỹ sư xem xét.

Tóm lại

Hãy bắt đầu từ mạch pin và việc phân tích lỗi của nó; sau đó so sánh các tài liệu mô hình chính xác. Phân tích chi tiết nhất phải nêu rõ cả chức năng bảo vệ dự kiến lẫn các điều kiện mà trong đó MCB DC được đề xuất phải hoạt động. Nên để ngỏ các giá trị chưa được xác định để phục vụ việc rà soát kỹ thuật, thay vì biến một trang giới thiệu dòng sản phẩm thành một tuyên bố về an toàn.

Tài liệu tham khảo

• IEC, Tiêu chuẩn IEC 60947-2 về cầu dao (vui lòng tham khảo ấn bản hiện hành và tài liệu hướng dẫn sử dụng sản phẩm cụ thể).
• Bộ Năng lượng Hoa Kỳ, Kế hoạch Chiến lược về An toàn Lưu trữ Năng lượng (bối cảnh an toàn pin ở cấp hệ thống).