اعتبارات اختيار موصل التيار المستمر في تطبيقات أنظمة تخزين الطاقة بالبطاريات ذات الجهد العالي

تُستخدم موصلات التيار المستمر على نطاق واسع في أنظمة تخزين طاقة البطاريات لتوصيل وفصل دوائر التيار المستمر عالية الجهد في ظل ظروف مُتحكم بها.

في نظام تخزين الطاقة بالبطاريات، قد يعمل الموصل كجزء من حزمة البطاريات، أو صندوق الجهد العالي، أو حامل البطاريات، أو دائرة التيار المستمر الرئيسية. وعلى الرغم من أن وظيفته الأساسية بسيطة، إلا أن الظروف الكهربائية المحيطة بالموصل قد تختلف اختلافًا كبيرًا من نظام لآخر.

وبالتالي فإن عملية الاختيار تتضمن أكثر من مجرد مطابقة الجهد والتيار الاسمي للموصل مع مواصفات النظام.

يمكن أن يؤثر كل من التيار المستمر، وظروف التبديل، والتحمل الكهربائي، ومتطلبات الأعطال، ودرجة الحرارة، وخصائص الحمل المتصل على ما إذا كان موصل التيار المستمر مناسبًا لتطبيق BESS عالي الجهد.

ابدأ بجهد نظام التيار المستمر الفعلي

الشرط الأول هو التأكد من أقصى جهد كهربائي سيتعرض له الموصل في التطبيق.

ينبغي أن يستند هذا إلى ظروف نظام التيار المستمر الفعلية بدلاً من جهد البطارية الاسمي فقط.

قد يتغير الجهد الكهربائي أثناء الشحن والتفريغ تبعًا لتكوين البطارية وحالة التشغيل. لذا، ينبغي مراعاة أقصى جهد ممكن عند اختيار الموصل.

ينبغي على المهندسين تقييم ما يلي:

• أقصى جهد تشغيل
• تكوين سلسلة البطاريات
• جهد الشحن
• الارتفاعات المفاجئة المتوقعة في الجهد
• متطلبات العزل
• هوامش الأمان المطبقة

يجب أن يكون تصنيف جهد التيار المستمر للموصل مناسبًا لنطاق التشغيل الكامل للنظام.

يُعد هذا الأمر بالغ الأهمية في تطبيقات تخزين الطاقة بالبطاريات ذات الجهد العالي، حيث يصبح أداء الانقطاع أكثر تطلبًا مع زيادة جهد التيار المستمر.

التيار المستمر ليس سوى جزء واحد من التصنيف

يجب أن يكون موصل التيار المستمر قادراً على حمل التيار المتوقع أثناء التشغيل العادي دون تجاوز حدوده الحرارية.

ومع ذلك، فإن الحد الأقصى للتيار المستمر ليس دائمًا قيمة التيار الوحيدة المهمة.

يمكن أن يتعرض نظام تخزين الطاقة بالبطاريات لظروف تيار مختلفة أثناء:

• الشحن العادي
• التفريغ الطبيعي
• تشغيل الطاقة القصوى
• حمل زائد مؤقت
• عمليات الشحن المسبق والتبديل
• بدء تشغيل النظام وإيقاف تشغيله

لذلك ينبغي تقييم الموصل وفقًا لملف التشغيل المتوقع.

قد يفرض النظام الذي يحمل تيارًا معتدلًا في معظم الأوقات ولكنه يتعرض لتشغيل متكرر بتيار عالٍ متطلبات مختلفة على الموصل مقارنة بنظام يعمل بتيار مستمر مستقر.

تُعد مقاومة التلامس وارتفاع درجة حرارة الطرفية من الأمور المهمة أيضاً لأنها تؤثر على توليد الحرارة خلال فترات التشغيل الطويلة.

ضع في اعتبارك ظروف التبديل الفعلية

إن التيار الذي يحمله الموصل والتيار الذي يقطعه الموصل ليسا متطابقين دائمًا.

هذا التمييز مهم في تطبيقات التيار المستمر.

قد تكون بعض الموصلات مطلوبة بشكل أساسي للتوصيل والفصل المتحكم فيه في ظل ظروف التشغيل العادية، بينما قد تواجه موصلات أخرى أحداث تبديل أكثر تطلبًا.

لذا ينبغي أن يحدد التطبيق ما يلي:

• جهد التبديل المتوقع
• تيار التبديل المتوقع
• صنع التيار
• التيار الكهربائي المتقطع
• تردد التبديل
• خصائص الحمل

إن تشغيل دائرة كهربائية ذات حمل خفيف يختلف عن قطع التيار في دائرة تيار مستمر عالية الطاقة.

ينبغي التحقق من أداء الموصل مقابل دورة التبديل الفعلية بدلاً من مجرد تصنيف التيار المستمر الخاص به.

يجب أن تتناسب القدرة الكهربائية مع التطبيق

يمكن أن يؤثر عدد دورات التبديل على تآكل نقاط التلامس والعمر التشغيلي الإجمالي.

قد يكون للموصل المستخدم فقط لعزل النظام في بعض الأحيان ملف تشغيل مختلف تمامًا عن ذلك المستخدم بشكل متكرر أثناء التحكم اليومي في الشحن والتفريغ.

لذا ينبغي مراعاة القدرة على التحمل الكهربائي جنبًا إلى جنب مع ما يلي:

• تيار التبديل
• جهد التبديل
• عدد العمليات
• نوع الحمل
• العمر التشغيلي المطلوب

ترتبط بيانات التحمل الكهربائي عادةً بظروف تشغيل محددة.

قد يكون للموصل خصائص عمرية مختلفة اعتمادًا على ما إذا كان يقوم بتبديل تيار منخفض، أو تيار عالي، أو أحمال مقاومة، أو أنواع أخرى من الأحمال.

بالنسبة لتطبيقات أنظمة تخزين الطاقة بالبطاريات ذات الدورات المتكررة، يمكن أن تكون هذه المعلومات أكثر فائدة من مجرد النظر إلى العمر التشغيلي الميكانيكي.

ظروف الأعطال وقدرة التيار لفترة قصيرة

لا يُعدّ موصل التيار المستمر بديلاً عن جهاز الحماية من الأعطال عالي السرعة.

أثناء حدوث ماس كهربائي خطير، قد يتعرض الموصل لتيار عالٍ قبل أن يقوم نظام الحماية بعزل العطل.

لذلك ينبغي تقييم قدرة الموصل على تحمل الظروف الكهربائية التي قد تحدث أثناء عملية الحماية.

يمكن أن تشمل الاعتبارات ذات الصلة ما يلي:

• تيار التحمل قصير المدى
• مقاومة اللحام التلامسي
• التنسيق مع صمامات التيار المستمر
• تسلسل عزل الأعطال
• استجابة التحكم في نظام إدارة المباني
• الحماية في اتجاهي المنبع والمصب

في دائرة تخزين الطاقة بالبطاريات المنسقة بشكل صحيح، يكون للمكونات المختلفة أدوار مختلفة.

يوفر الموصل تحكمًا في التبديل والعزل الكهربائي، بينما يكون المصهر أو جهاز الحماية الآخر مسؤولاً عن قطع تيار العطل ضمن نطاق التشغيل المحدد له.

لذلك ينبغي التحقق من اختيار أحد المكونات مقابل أداء المكونات الأخرى.

مقاومة التلامس وارتفاع درجة الحرارة

تُعد مقاومة التلامس عاملاً مهماً يجب مراعاته في دوائر التيار المستمر ذات التيار العالي.

حتى المقاومة الصغيرة نسبياً يمكن أن تولد حرارة كبيرة عندما يتدفق التيار بشكل مستمر.

يعتمد ارتفاع درجة الحرارة الناتج على عدة عوامل، بما في ذلك:

• التيار التشغيلي الحالي
• مقاومة التلامس
• تصميم المحطة
• حجم الموصل
• شروط التركيب
• درجة الحرارة المحيطة

في حاويات تخزين الطاقة المدمجة، يمكن للحرارة المنبعثة من المكونات القريبة أن تزيد من درجة حرارة تشغيل الموصل.

ولهذا السبب، ينبغي مراعاة البيئة الحرارية جنبًا إلى جنب مع تصنيف التيار للموصل.

قد يعمل الموصل المناسب في ظل ظروف الاختبار القياسية بشكل مختلف عند تركيبه داخل صندوق الجهد العالي المكتظ أو رف البطاريات.

متطلبات الملف والتحكم

يجب أن يتوافق جانب التحكم في الموصل أيضًا مع تصميم النظام.

قد تشمل المعايير المهمة ما يلي:

• جهد الملف
• جهد الالتقاط
• انخفاض الجهد
• استهلاك الطاقة
• طاقة الملف المستمرة
• واجهة التحكم

يجب أن يبقى جهد التحكم ضمن نطاق التشغيل المحدد للموصل.

يُعد هذا الأمر ذا أهمية خاصة في الأنظمة التي تعمل بالبطاريات حيث قد يتغير مصدر التحكم في ظل ظروف تشغيل مختلفة.

يجب أن يكون نظام إدارة المباني أو نظام التحكم قادراً أيضاً على مراقبة الموصل والتحكم فيه بشكل موثوق.

في بعض التطبيقات، يتم استخدام جهات اتصال مساعدة أو طرق تغذية راجعة أخرى لتوفير معلومات حول حالة التبديل.

انتبه إلى القطبية واتجاه التيار

تستخدم بعض موصلات التيار المستمر ذات الجهد العالي مغناطيسات دائمة للمساعدة في قطع القوس الكهربائي.

بالنسبة لهذه التصاميم، يمكن أن يكون اتجاه التيار وقطبية الاتصال ذا صلة بأداء الانقطاع.

لا ينطبق هذا على كل تصميم للموصلات، ولكن يجب التحقق منه كلما كان للمنتج المختار متطلبات قطبية محددة.

بالنسبة للتطبيقات التي يتدفق فيها التيار في كلا الاتجاهين أثناء الشحن والتفريغ، يجب على المهندسين التأكد من أن الموصل مناسب لظروف التشغيل المتوقعة في كلا الاتجاهين.

ينبغي اتباع متطلبات التركيب التي يقدمها المصنّع بعناية.

تصميم التركيبات والوصلات الميكانيكية

يمكن أن تتأثر الأداءات الكهربائية أيضاً بالتركيبات الميكانيكية.

يجب تركيب الموصل وفقًا لمتطلبات الشركة المصنعة لما يلي:

• اتجاه التركيب
• عزم الدوران النهائي
• توصيل قضيب التوصيل أو الكابل
• التخليص الجمركي
• مقاومة الاهتزاز
• الظروف البيئية

يمكن أن تؤدي وصلات الأطراف الضعيفة إلى زيادة مقاومة التلامس وتوليد حرارة إضافية.

يمكن أن يؤثر الإجهاد الميكانيكي على المحطات الطرفية أو قضبان التوصيل أيضًا على الموثوقية على المدى الطويل.

بالنسبة لتطبيقات BESS ذات التيار العالي، يجب تقييم الموصل كجزء من التوصيل الكهربائي الكامل بدلاً من كونه مكونًا معزولًا.

ينبغي أن يراعي الاختيار كامل ملف التشغيل

يمكن أن تتضمن عملية اختيار موصل التيار المستمر العملية الخطوات التالية:

1. تأكد من الحد الأقصى لجهد نظام التيار المستمر.
2. حدد التيار المستمر الطبيعي.
3. تحديد ذروة التيار وحالات التحميل الزائد المؤقت.
4. حدد تيار التوصيل والفصل المطلوب.
5. تحقق من تردد التبديل المتوقع.
6. قم بتقييم القدرة على التحمل الكهربائي في ظل ظروف التشغيل الفعلية.
7. مراجعة ظروف التيار والأعطال قصيرة المدى.
8. تحقق من التنسيق مع صمامات التيار المستمر وأجهزة الحماية الأخرى.
9. قم بتقييم درجة حرارة المحيط ودرجة حرارة الحاوية.
10. تأكد من جهد الملف ومتطلبات التحكم.
11. تحقق من متطلبات القطبية واتجاه التيار.
12. تحقق من حالة التركيب الميكانيكي والتوصيلات.

تساعد هذه العملية في نقل عملية الاختيار إلى ما هو أبعد من مجرد مقارنة بسيطة بين الجهد والتيار.

تنسيق موصل التيار المستمر مع باقي مكونات نظام تخزين الطاقة بالبطاريات

يعتمد أداء موصل التيار المستمر جزئيًا على كيفية دمجه في النظام الكامل.

قد يعمل الموصل بالتزامن مع:

• صمامات التيار المستمر
• دوائر الشحن المسبق
• ضوابط نظام إدارة المباني
• أجهزة مراقبة التيار
• صناديق الجهد العالي
• واجهات PCS

فعلى سبيل المثال، يؤثر توقيت تسلسل الشحن المسبق على الإجهاد الكهربائي الذي يتعرض له الموصل الرئيسي أثناء توصيل النظام.

وبالمثل، يجب أن يستجيب جهاز الحماية بشكل مناسب إذا تجاوز التيار ظروف التشغيل المقصودة للموصل.

لهذا السبب ينبغي النظر في اختيار الموصل وتصميم الدائرة معًا.

اختيار موصل التيار المستمر في أنظمة تخزين الطاقة بالبطاريات ذات القدرة العالية

مع توجه منصات تخزين الطاقة بالبطاريات نحو طاقة أعلى وهياكل كهربائية أكثر إحكاما، أصبح من الضروري أن تعمل الموصلات في ظل ظروف متزايدة الصعوبة.

قد يؤدي ارتفاع التيار إلى زيادة فقدان الطاقة الناتج عن مقاومة التلامس وارتفاع درجة الحرارة. كما أن ارتفاع جهد التيار المستمر قد يجعل قطع التيار أكثر صعوبة. كذلك، قد تفرض صناديق الجهد العالي المدمجة متطلبات أكبر على الأداء الحراري.

لا تتطلب هذه الشروط بالضرورة نوعًا واحدًا من الموصلات لكل تطبيق.

يعتمد الاختيار المناسب على الجهد والتيار الفعليين، ونسبة التبديل، وخصائص الأعطال، والبيئة الحرارية، واستراتيجية التحكم في النظام.

قد لا يكون الموصل الذي تم اختياره لمنصة بطارية معينة مناسبًا تلقائيًا لمنصة أخرى ذات ملف تعريف طاقة مختلف أو بنية دائرة مختلفة.

اختيار التطبيق بدلاً من لوحة الاسم

تعتبر قيم الجهد والتيار الاسمية نقاط انطلاق ضرورية، لكنها لا توفر الصورة الكاملة لاختيار موصلات BESS ذات الجهد العالي.

يجب أن يتوافق الموصل أيضًا مع ظروف التشغيل الفعلية للنظام.

يجب مراعاة أداء التبديل، والتحمل الكهربائي، والسلوك الحراري، وظروف الأعطال، ومتطلبات التحكم، وتنسيق الحماية.

بالنسبة لأنظمة تخزين الطاقة بالبطاريات ذات الجهد العالي، فإن موصل التيار المستمر المناسب هو الذي يتناسب مع التطبيق الكهربائي بالكامل بدلاً من مجرد مطابقة أعلى قيم الجهد والتيار المدرجة في مواصفات النظام.

يمكن لعملية اختيار منظمة أن تساعد المهندسين على تقييم هذه الظروف مبكراً ودعم التبديل والعزل الموثوق بهما طوال فترة خدمة نظام تخزين الطاقة بالبطاريات.