Как температурные условия влияют на выбор предохранителя постоянного тока в системах накопления энергии (BESS)

Выбор предохранителя в системе хранения энергии на основе батарей — это не просто вопрос соответствия номинала предохранителя номинальному току системы.

Предохранитель может быть установлен внутри аккумуляторной стойки, высоковольтного бокса, шкафа постоянного тока или другого закрытого электрического отсека. Температура в месте установки может отличаться от температуры окружающей среды вне оборудования, особенно когда в одном пространстве работают несколько токонесущих и силовых электронных компонентов.

Поэтому при выборе предохранителя постоянного тока для непрерывной работы следует учитывать температурные условия.

Почему температура важна для предохранителей постоянного тока

Предохранитель выделяет тепло при прохождении тока через его плавкий элемент. Эффективность рассеивания этого тепла частично зависит от температуры окружающей среды и условий установки.

При повышении температуры окружающей среды доступный запас по температуре уменьшается. В зависимости от конструкции предохранителя, его допустимый непрерывный ток может потребовать снижения в соответствии с указанными производителем данными о снижении номинальных характеристик.

Это означает, что предохранитель, рассчитанный на определенный ток при заданных условиях испытаний, не следует автоматически считать способным пропускать тот же ток непрерывно во всех установках BESS.

Данные о снижении номинального напряжения при различных температурах всегда следует проверять для конкретной серии предохранителей и условий установки.

Температура окружающей среды — это ещё не вся картина.

Температура вокруг предохранителя внутри корпуса системы хранения энергии может значительно отличаться от комнатной температуры.

Тепло может исходить из близлежащих источников:

• аккумуляторные модули
• Шины
• контакторы постоянного тока
• Кабельные соединения
• Силовая электроника
• Другие защитные компоненты

Конструкция корпуса также влияет на рассеивание тепла.

Таким образом, предохранитель, установленный в компактном корпусе с ограниченным потоком воздуха, может подвергаться иным тепловым воздействиям, чем идентичный предохранитель, установленный в более открытом корпусе.

Для точного выбора инженерам следует учитывать температуру в месте фактической установки, а не полагаться только на общую температуру окружающей среды в помещении.

Запас по непрерывному току и тепловой запас

Еще одним важным фактором является нормальный рабочий ток.

Предохранитель, работающий непрерывно при токе, близком к номинальному, будет выделять больше тепла, чем предохранитель, рассчитанный на значительно меньшую нагрузку. В сочетании с высокой температурой окружающей среды доступный запас тепловой мощности может оказаться ограниченным.

Для систем накопления энергии (BESS) ожидаемый непрерывный ток следует оценивать вместе со следующими параметрами:

• Температура окружающей среды
• Температура корпуса
• Условия установки
• Условия охлаждения
• Требования к снижению номинальных характеристик предохранителей

Например, в аккумуляторной стойке может наблюдаться нормальный разрядный ток, который, казалось бы, находится в пределах номинального значения предохранителя. Однако если предохранитель установлен в теплом корпусе и работает при высоком проценте от номинального тока в течение длительного времени, фактический запас прочности может быть меньше, чем предполагает номинальное значение.

Снижение номинальных характеристик в зависимости от температуры при выборе предохранителя для системы накопления энергии (BESS).

Температурное снижение номинальных характеристик используется для учета влияния условий эксплуатации на допустимый ток предохранителя.

Точное значение снижения номинального тока зависит от конструкции предохранителя и технических характеристик производителя. Его не следует рассчитывать, используя общее правило, применимое ко всем предохранителям.

Поэтому при выборе предохранителя инженерам следует сверяться с соответствующей технической документацией, чтобы убедиться в следующем:

• Кривые снижения номинальной мощности в зависимости от температуры
• Оценочные условия окружающей среды
• Рекомендации по непрерывному течению
• Требования к установке
• Применимые стандарты

В результате получается более реалистичная оценка того, может ли выбранный предохранитель непрерывно работать в реальных условиях системы.

Место установки может влиять на температурный режим.

Одна и та же модель предохранителя может подвергаться различным температурным воздействиям в зависимости от места установки.

Стеллаж для батарей

Предохранитель, устанавливаемый на уровне стойки, может располагаться рядом с аккумуляторными модулями, контакторами, шинами и кабельными соединениями.

Доступное пространство и циркуляция воздуха внутри стойки могут влиять на рассеивание тепла, особенно когда несколько компонентов, работающих с током, установлены близко друг к другу.

Высоковольтный ящик

В высоковольтном боксе часто размещается множество электрических компонентов в относительно компактном корпусе.

При оценке температуры вокруг предохранителя следует учитывать суммарное тепло, выделяемое предохранителями, контакторами, проводниками и другими компонентами.

Шкаф постоянного тока и интерфейс преобразования питания

Предохранитель, установленный рядом с оборудованием для преобразования энергии, может подвергаться дополнительному нагреву, вызванному силовой электроникой и сильноточными соединениями.

Таким образом, температурные условия в этой зоне могут отличаться от условий на уровне аккумуляторных стеллажей.

Место установки следует рассматривать как часть процесса выбора предохранителя, а не как отдельный фактор после того, как компонент уже выбран.

Условия охлаждения также имеют значение.

Охлаждение влияет на способ отвода тепла от электрических компонентов.

В зависимости от конструкции системы хранения энергии, управление тепловым режимом может включать в себя:

• Естественная конвекция
• Принудительная вентиляция
• Жидкостное охлаждение
• Охлаждение на уровне корпуса

Однако наличие системы охлаждения само по себе не определяет, сможет ли предохранитель сработать при номинальном токе.

Важно фактическое значение температуры вокруг предохранителя и то, остается ли эта температура в пределах условий, указанных для выбранного устройства.

Это особенно актуально для компактных корпусов систем хранения энергии, где система охлаждения батареи или силовой электроники не обязательно обеспечивает одинаковую температуру каждого компонента внутри корпуса.

Тепловые условия и номинальный ток предохранителя

Номинальный ток предохранителя необходимо учитывать вместе с ожидаемыми условиями эксплуатации.

При практическом выборе следует учитывать:

• Максимальный непрерывный ток
• Максимальное напряжение системы
• Температура окружающей среды
• Температура корпуса
• Способ установки
• Условия охлаждения
• Характеристики снижения номинальных характеристик предохранителей

Выбор предохранителя исключительно на основании того, что его номинальный ток превышает ожидаемую нагрузку, не дает достаточной информации для подтверждения правильности выбора.

В то же время, простой выбор предохранителя с гораздо более высоким номиналом для компенсации воздействия высоких температур может повлиять на предполагаемые защитные характеристики.

Наиболее целесообразный подход заключается в сравнении фактических условий эксплуатации с данными о предохранителях, предоставленными производителем.

Более мощные аккумуляторные системы требуют большего внимания к тепловым условиям.

Более мощные аккумуляторные системы могут увеличить непрерывный ток, протекающий через цепь защиты.

В то же время, компактные системные конструкции позволяют разместить больше токонесущих компонентов и источников тепла в ограниченном объеме корпуса.

Такое сочетание факторов делает температурные условия более важными при выборе защитных компонентов.

Цель состоит не просто в выборе предохранителя большей мощности. Выбранное устройство должно обеспечивать необходимую защиту цепи батареи, проводников, коммутирующих компонентов и подключенного оборудования.

Поэтому наряду с требованиями к электрозащите необходимо учитывать и температурные условия.

Тепловые условия и долговременная эксплуатация

От оборудования BESS часто ожидается длительная работа в условиях изменяющейся нагрузки.

Поэтому предохранитель, выбранный для конкретного применения, следует оценивать в условиях, в которых он, как ожидается, будет работать в нормальных условиях, а не только в ходе кратковременных испытаний.

Рабочая температура, непрерывный ток, состояние корпуса и охлаждение — все эти факторы влияют на тепловую обстановку вокруг предохранителя.

Соблюдение этих параметров в пределах, указанных производителем, помогает поддерживать стабильную работу предохранителей в течение всего периода нормальной эксплуатации.

Практический подход к выбору предохранителей постоянного тока для систем накопления энергии (BESS).

При выборе высоковольтной системы хранения энергии (BESS) наряду с основными электрическими параметрами, тепловые характеристики могут быть учтены при выборе предохранителей.

Практическая оценка может включать в себя:

1. Определите максимальный непрерывный рабочий ток.
2. Подтвердите максимальное напряжение системы постоянного тока.
3. Определите ожидаемый ток короткого замыкания.
4. Проверьте требуемую разрывную нагрузку.
5. Определите фактическое место установки предохранителя.
6. Определите ожидаемую температуру окружающей среды и температуру внутри помещения.
7. Проверьте информацию о снижении допустимой температуры, предоставленную производителем.
8. Оцените условия охлаждения и вентиляции.
9. Проверьте время-токовые характеристики и I²t предохранителя.
10. Проверьте согласованность с другими компонентами защиты и коммутации.

Такой подход связывает номинал предохранителя с условиями эксплуатации готовой системы хранения энергии, а не рассматривает предохранитель как изолированный компонент.

Тепловые условия являются одним из факторов при выборе предохранителя.

Выбор предохранителей постоянного тока для систем хранения энергии включает в себя не только напряжение и номинальный ток.

Температура, постоянная нагрузка, место установки, конструкция корпуса и условия охлаждения — все это может влиять на фактические условия эксплуатации предохранителя.

Учет этих факторов в совокупности с током короткого замыкания, отключающей способностью, время-токовой характеристикой и I²t обеспечивает более полную основу для выбора подходящего предохранителя постоянного тока.

В системах хранения энергии высокого напряжения оценка теплового режима на ранних этапах проектирования может помочь избежать неправильного выбора номиналов предохранителей и обеспечить более надежную работу в течение длительного времени.