Вопросы выбора контактора постоянного тока в высоковольтных системах накопления энергии.

Контакторы постоянного тока широко используются в системах хранения энергии на основе батарей для подключения и отключения высоковольтных цепей постоянного тока в контролируемых условиях.

В системах накопления энергии контактор может работать как часть аккумуляторного блока, высоковольтного блока, аккумуляторной стойки или основной цепи постоянного тока. Хотя его основная функция довольно проста, электрические условия, окружающие контактор, могут значительно различаться от одной системы к другой.

Таким образом, процесс выбора включает в себя нечто большее, чем просто сопоставление номинального напряжения и тока контактора со спецификациями системы.

Постоянный ток, условия переключения, электрическая износостойкость, требования к аварийным ситуациям, температура и характеристики подключенной нагрузки — все эти факторы могут влиять на пригодность конкретного контактора постоянного тока для применения в высоковольтных системах накопления энергии.

Начните с фактического напряжения системы постоянного тока.

Первое требование — подтвердить максимальное напряжение, которое будет воздействовать на контактор в процессе эксплуатации.

Это должно основываться на фактических условиях системы постоянного тока, а не только на номинальном напряжении батареи.

В зависимости от конфигурации батареи и режима работы напряжение может изменяться во время зарядки и разрядки. Поэтому при выборе контактора следует учитывать максимально возможное напряжение.

Инженеры должны оценить:

• Максимальное рабочее напряжение
• конфигурация аккумуляторной батареи
• Напряжение зарядки
• Ожидаемые скачки напряжения
• Требования к теплоизоляции
• Применимые запасы прочности

Номинальное напряжение постоянного тока контактора должно соответствовать всему рабочему диапазону системы.

Это особенно важно в системах хранения энергии высокого напряжения, где требования к отказоустойчивости возрастают с увеличением напряжения постоянного тока.

Постоянный ток — это лишь одна из составляющих номинальных характеристик.

Контактор постоянного тока должен быть способен пропускать ожидаемый ток в нормальном режиме работы, не превышая своих тепловых пределов.

Однако максимальный непрерывный ток — это не всегда единственное значение тока, имеющее значение.

В процессе работы система хранения энергии (BESS) может испытывать различные условия тока:

• Обычная зарядка
• Нормальный разряд
• Работа на пиковой мощности
• Временная перегрузка
• Предварительная зарядка и переключения
• Запуск и остановка системы

Поэтому подрядчика следует оценивать с учетом ожидаемого профиля эксплуатации.

Система, в которой большую часть времени протекает умеренный ток, но которая часто подвергается воздействию высоких токов, может предъявлять к контактору иные требования по сравнению с системой, работающей при стабильном непрерывном токе.

Контактное сопротивление и повышение температуры на клеммах также имеют значение, поскольку они влияют на тепловыделение в течение длительных периодов эксплуатации.

Учитывайте фактические условия переключения.

Ток, протекающий через контактор, и ток, прерываемый контактором, не всегда совпадают.

Это различие важно в приложениях постоянного тока.

Некоторые контакторы могут потребоваться в основном для контролируемого подключения и отключения в нормальных условиях эксплуатации, в то время как другие могут подвергаться более сложным коммутационным операциям.

Таким образом, приложение должно определить:

• Ожидаемое напряжение переключения
• Ожидаемый коммутационный ток
• Создание текущего
• Разрыв тока
• Частота переключения
• Характеристики нагрузки

Переключение цепи с небольшой нагрузкой отличается от прерывания тока в мощной цепи постоянного тока.

Работоспособность контактора следует проверять, исходя из фактического режима коммутации, а не только на основе его номинального тока непрерывной работы.

Электрическая стойкость должна соответствовать области применения.

Количество циклов переключения может влиять на износ контактов и общий срок службы.

Контактор, используемый только для периодической изоляции системы, может иметь совершенно иной режим работы по сравнению с контактором, часто используемым при ежедневном управлении зарядом и разрядом.

Таким образом, устойчивость к воздействию электрической энергии следует рассматривать в совокупности со следующими факторами:

• Коммутируемый ток
• Напряжение переключения
• Количество операций
• Тип нагрузки
• Требуемый срок службы

Данные об электрической износостойкости обычно связаны с конкретными условиями эксплуатации.

Характеристики срока службы контактора могут различаться в зависимости от того, коммутирует ли он малотоковые, многотоковые, резистивные или другие типы нагрузок.

Для систем накопления энергии с частыми циклами работы эта информация может быть более полезной, чем простое рассмотрение механического срока службы.

Условия возникновения неисправностей и способность выдерживать кратковременные токи

Контактор постоянного тока не заменяет высокоскоростное устройство защиты от неисправностей.

В случае серьезного короткого замыкания контактор может подвергнуться воздействию высокого тока до того, как система защиты отключит неисправность.

Поэтому необходимо оценить способность контактора выдерживать электрические воздействия, которые могут возникнуть во время срабатывания защитной цепи.

К числу важных соображений могут относиться:

• Кратковременная устойчивость к току
• Сопротивление контактной сварке
• Координация с предохранителями постоянного тока
• Последовательность изоляции неисправностей
• Реакция системы управления BMS
• Защита выше и ниже по течению

В правильно скоординированной схеме системы хранения энергии различные компоненты выполняют разные функции.

Контактор обеспечивает управляемое переключение и электрическую изоляцию, а предохранитель или другое защитное устройство отвечает за прерывание тока короткого замыкания в пределах заданного рабочего диапазона.

Поэтому выбор того или иного компонента следует проверять, сопоставляя его характеристики с характеристиками других компонентов.

Контактное сопротивление и повышение температуры

Контактное сопротивление является важным фактором для сильноточных цепей постоянного тока.

Даже относительно небольшое сопротивление может генерировать значительное количество тепла при непрерывном протекании тока.

Результирующее повышение температуры зависит от нескольких факторов, в том числе:

• Рабочий ток
• Контактное сопротивление
• проектирование терминала
• Размер проводника
• Условия установки
• Температура окружающей среды

В компактных корпусах систем хранения энергии тепло от расположенных рядом компонентов может дополнительно повысить рабочую температуру контактора.

Поэтому тепловой режим следует учитывать наряду с номинальным током контактора.

Контактор, пригодный для стандартных условий испытаний, может работать по-разному при установке внутри плотно заполненного высоковольтного корпуса или аккумуляторной стойки.

Требования к катушке и системе управления

Управляющая сторона контактора также должна соответствовать конструкции системы.

Важные параметры могут включать:

• Напряжение катушки
• Напряжение датчика
• Падение напряжения
• Потребление электроэнергии
• Непрерывная мощность катушки
• Интерфейс управления

Управляющее напряжение должно оставаться в пределах заданного рабочего диапазона контактора.

Это особенно актуально для систем с батарейным питанием, где напряжение управляющего сигнала может изменяться в зависимости от условий эксплуатации.

Система управления батареей (BMS) также должна обеспечивать надежный мониторинг и контроль контактора.

В некоторых приложениях для предоставления информации о состоянии переключения используются вспомогательные контакты или другие методы обратной связи.

Обратите внимание на полярность и направление тока.

В некоторых высоковольтных контакторах постоянного тока для гашения дуги используются постоянные магниты.

В таких конструкциях направление тока и полярность соединения могут иметь значение для показателей прерывания.

Это относится не ко всем конструкциям контакторов, но это следует проверять всякий раз, когда выбранный продукт имеет особые требования к полярности.

Для применений, где ток протекает в обоих направлениях во время зарядки и разрядки, инженеры должны убедиться, что контактор подходит для ожидаемых условий эксплуатации в обоих направлениях.

Необходимо тщательно соблюдать инструкции по установке, предоставленные производителем.

Проектирование механического монтажа и подключения

На электрические характеристики также может влиять тип механического оборудования.

Контактор следует устанавливать в соответствии с требованиями производителя, а именно:

• Ориентация крепления
• Предельный момент затяжки
• шинное или кабельное соединение
• Разрешение
• Вибростойкость
• Условия окружающей среды

Некачественное соединение клемм может увеличить контактное сопротивление и привести к дополнительному выделению тепла.

Механические нагрузки на клеммы или шины также могут влиять на долговременную надежность.

В системах накопления энергии с высоким током контактор следует рассматривать как часть всего электрического соединения, а не как отдельный компонент.

При выборе следует учитывать весь операционный профиль.

Практический процесс выбора контактора постоянного тока может включать следующие этапы:

1. Подтвердите максимальное напряжение системы постоянного тока.
2. Определите нормальный непрерывный ток.
3. Определите пиковые значения тока и условия временной перегрузки.
4. Определите требуемые значения тока включения и выключения.
5. Проверьте ожидаемую частоту переключения.
6. Оцените электрическую износостойкость в условиях реальной эксплуатации.
7. Проанализируйте кратковременные изменения тока и неисправности.
8. Проверьте согласование с предохранителями постоянного тока и другими защитными устройствами.
9. Оцените температуру окружающей среды и температуру внутри помещения.
10. Подтвердите напряжение катушки и требования к управлению.
11. Проверьте требования к полярности и направлению тока.
12. Проверьте условия механической установки и подключения.

Этот процесс позволяет выйти за рамки простого сравнения напряжения и тока при выборе.

Координация работы контактора постоянного тока с остальной частью системы хранения энергии.

Работоспособность контактора постоянного тока частично зависит от того, как он интегрирован в общую систему.

Подрядчик может работать совместно с:

• предохранители постоянного тока
• Схемы предварительной зарядки
• Управление системой управления зданием (BMS)
• Устройства мониторинга тока
• Высоковольтные коробки
• интерфейсы PCS

Например, время выполнения последовательности предварительной зарядки влияет на электрическую нагрузку, испытываемую главным контактором во время подключения системы.

Аналогичным образом, защитное устройство должно адекватно реагировать, если ток превышает заданные условия работы контактора.

Именно поэтому выбор контактора и проектирование схемы следует рассматривать совместно.

Выбор контактора постоянного тока в системах накопления энергии высокой мощности

По мере того, как платформы BESS переходят к более мощным и компактным электрическим архитектурам, от контакторов требуется работа во все более сложных условиях.

Более высокий ток может увеличить потери контактного сопротивления и повышение температуры. Более высокое напряжение постоянного тока может затруднить прерывание тока. Компактные высоковольтные корпуса также предъявляют более высокие требования к тепловым характеристикам.

Эти условия не обязательно требуют использования одного типа контактора для каждого применения.

Выбор оптимального варианта зависит от фактического напряжения, тока, режима коммутации, характеристик неисправности, тепловых условий и стратегии управления системой.

Контактор, выбранный для одной аккумуляторной платформы, не обязательно подойдет для другой платформы с другим профилем мощности или схемной архитектурой.

Выбор в соответствии с областью применения, а не с табличкой с названием.

Номинальные значения напряжения и тока являются необходимыми отправными точками, но они не дают полного представления о выборе контактора для высоковольтной системы накопления энергии.

Контактор также должен соответствовать фактическим условиям эксплуатации системы.

Необходимо учитывать такие факторы, как коммутационные характеристики, электрическая износостойкость, тепловые характеристики, условия возникновения неисправностей, требования к управлению и координация защиты.

Для высоковольтных систем хранения энергии на основе батарей подходящий контактор постоянного тока должен соответствовать всей электрической схеме, а не просто соответствовать самым высоким значениям напряжения и тока, указанным в спецификации системы.

Структурированный процесс выбора может помочь инженерам оценить эти условия на ранней стадии и обеспечить надежное переключение и изоляцию на протяжении всего срока службы системы хранения энергии.