Leit að villum í „lágvoltakössun“ (LVC) sem virkar óvænt í DC-sendingarkerfi með langri fjarlægð

Kynning á vandamálum við DC-straumsendingu

Í fjarlægum B2B rafmagnsnotkunum, eins og sjálfsfæðandi fjarskiptatörmur, eftirlitsstöðvum fyrir olíu og gas, landbúnaðarvatnsveitingum og dýpum vatnsþvottum, er oftast staðsetning rafkerfisins takmörkuð af landlagi. Oftast þarf að setja orkurannsóknarskerfið (bleytukassann) á mikla fjarlægð frá inverterinum eða virkum DC-hleðslum.

Í þessum langdrægum DC-setum standa kerfisheildaraðilar oft frammi fyrir óþægilegri villuleitaraðferð: umbreytirinn slökkvar óvart og skýrir villu sem 'Lágspennuskil' (LVC) eða 'Batterí undir spennugildi'. Þessi slökkun á sér stað jafnvel þegar batteríhópurinn sjálfur er fullríkjaður og virkar á heilbrigðu spennugildi. Þetta ástand er þekkt sem óskaðarvirkun.

Þessi grein býður upp á tæknilega greiningu á því hvers vegna LVC-óskaðarvirkun á sér stað í langdrægum DC-sendingaruppsetningum og skýrir tiltekna verkfræðilausn til að leysa málið.

Spurning: Hvers vegna á sér Lágspennuskil (LVC) óskaðarvirkun stað í langdrægum DC-uppsetningum og hvernig geta verkfræðingar leyst það?

LVC-tilvísun á óskildan hátt ávikar vegna þess að langar DC rafmagnsleiðar hafa inni í sér raunverulega rafmagnsávörun. Þegar mikil rafstraumstyrkur er tekin upp við upphafnotkun umvandla eða við miklar álagshluti veldur þessi ávörur miklu spennudropa á leiðinni, samkvæmt Ohms lögum. Þar af leiðir að spennan sem mælist við inntaksskautin á umvandlanum lætur undir LVC-gildið, þó að rafhlaðubankinn sé enn fullur. Til að leysa þetta verða verkfræðingar að reikna út og lágmarka DC-leiðarávörun, uppgræða kerfisspennuna, stilla LVC-þola- og þreskuldargildi umvandlans eða nota fjarlægar spennumælingarleiðar.

Eðlisfræði DC-spennudropsins og leiðarávörunar

Ólíkt AC-sendingu, þar sem transformatoraupstig getur auðveldlega minnkað spennudropa, er DC-sending mjög viðkvæm fyrir lengd leiðarinnar og þversnið þess. Sérhver rafleiðari, jafnvel hreinn kopar, hefur ákveðna ávöru (rho).

Samkvæmt Óhm's lög er spennufall (V_drop) yfir pör af leiðurum beint hlutfallslegt við rásina (I) sem rennur í rásinni og heildarvirkju á viðskiptaátt (R) þráðsins:

V_drop = I R

Viðmót þráðsins er ákvarðað með formúlunni:

R = rho ( 2 L ) / A

Hvar:

• rho er viðmótseiginleiki efnisins (fyrir kopar er rho um það bil 1,72 × 10^-8 óhm-metra).
• L er einhliða fjarlægðin á milli battríðsins og breytilans.
• A er þversniðsflatarmál þráðsins.
• Margfeldið 2 sýnir viðskiptaáttina (jákvæði og neikvæði leiðurarnir).

Í lágvoltu jafnráskerfi er rásin ótrúlega há. Til dæmis mun 12 V 2 kW breytili sem tekur fulla hleðslu draga um það bil 166 ampera rás. Undir mikilli byrjunarspíku rásarhits getur rásin stigið upp í 400 A eða meira.

Ef umvandlari er staðsettur aðeins 10 metra (33 fótur) frá battríabankinum og tengdur með venjulegri 2 AWG (um það bil 33,6 fermetra mm) koparþráð, er heildarviðnám 20 metra þráðsins um það bil 0,010 ómar.

Þegar dregin er 166 A af samfelldum rásstraumi er spennufallið:

V_drop = 166 A × 0,010 ómar = 1,66 V

Ef battríabankinn er á heilbrigðum 12,6 V er spennan sem kemur á DC-inntaksstöðvar umvandlarans aðeins:

12,6 V – 1,66 V = 10,94 V

Þetta er nálægt venjulegu LVC-mörkum við 10,5 V. Ef hins vegar rafmagnshvél byrjar að vinna og rásstraumurinn stígur til 350 A, stígur spennufallið strax til:

V_drop_surge = 350 A × 0,010 ómar = 3,50 V

Spennan við inntaksstöðvar umvandlarans fellur til:

12,6 V – 3,50 V = 9,10 V

Þar sem 9,10 V er langt undir LVC-mörknum á 10,5 V, virklar öryggisrásin í umbreytaranum strax undirspennuafslökkun og slökkvar AC-úttakið. Þegar umbreytariinn slökkvar strax fellur rafstraumstökuminn að núlli, spennufallinu lýkur og spennan við tengi umbreytarains hækkar aftur upp í 12,6 V. Fyrir tæknikann virðist battríabankinn fullur og afslökkunin virðist vera vandamál með vélbúnað. Þetta er skilgreiningin á LVC-vandamálum sem koma vegna óþarfa afslökkunar.

Leit að villu: Skref fyrir skref – greiningarferli

Til að greina og sanna að LVC-afslökkun sé orðin af viðmótstönd í rafleiðum frekar en af brotinni battríabank eða umbreytara, fylgið þessu mælingaferli:

• Skref 1: Mæla staðgildi spennu battríabanksins

Mælið DC-spennuna beint yfir tengi battríabanksins með stafrænni margmælari án álagsskilyrða. Skráðu þessa gildi (t.d. 51,2 V fyrir 48 V kerfi).

• Skref 2: Mæla staðgildi spennu umbreytara

Mælið spennuna beint við jafnstrauminnflætustöðina á inverterinum. Þegar ekki er álag á kerfið ættu báðar mælingarnar að vera það sama.

• Skref 3: Mæla spennu undir virku álagi

Kveikið á þeim þyngsta álagi í kerfinu. Meðan álagið er í gangi (eða reynir að ræsa), mælið spennuna við terminalborðin á batteríabanknum og síðan strax spennuna við terminalborðin á inverterinum.

• Skref 4: Greina muninn

Ef spennan á batteríabanknum heldur áfram há (t.d. fellur frá 51,2 V til 49,8 V), en spennan við terminalborð inverterins fellur miklu meira (t.d. fellur frá 51,2 V til 41,5 V), hefur verið staðfest vandamál með viðmótstönd í rásinni. Munurinn (8,3 V) er spennufall á jafnstraumrásinni.

Verkfræðilegar lausnir á LVC-vandamálum sem valda óþarfa útpökkun

Eftir að vandamálið hefur verið staðfest ættu kerfisbyggjar að nota eina eða fleiri af eftirtöldum leiðum til að laga það:

• 1. Hækka nafnspennu kerfisins

Hæsta áhrifin á að minnka strauminn (og þar með spennudropann) eru að hanna kerfið með hærri raunverulegri jafnstraumspennu. Effektin (Vatt) er margfeldi spennunnar og straumsins (P = V I). Ef raunverulega spennan er hækkuð frá 12 V til 48 V, þá lækkar straumurinn sem þarf til að veita sömu 2 kW áhöfnina um 75% (frá 166 A niður í aðeins 41,5 A). Samkvæmt Ohms lög lækkar fjórföldun á strauminum spennudropann um 75%. Þegar mögulegt er, skal velja 48 V jafnstraumkerfi fyrir langar tengingar.

• 2. Notið stærri þvermál jafnstraumleiðara

Ef raunverulega spennan í kerfinu má ekki breyta, verður við á að minnka viðnám leiðarins með því að auka þvermálið (A). Uppfærið kabelina í þykka koparleiðara, svo sem 4/0 AWG (95 fermetrar millimetra) eða notið margar samsíða kabela per pól. Ákveðið að leiðararnir séu af hárgæðis kopri með fínum þráðum og án súrefnis, sem gefur lægsta mögulega raunviðnám.

• 3. Stilltu stillingar LVC-virkjans

Háaftakavendur, eins og JYINS forritanlega vöruséríun, leyfa verkfræðingum að sérsníða LVC-stillingarnar með tölvustýrðri hugbúnaði. Tveir þættir geta verið breyttir:

• Lægja LVC-markgildið: Hægt er að lægja afsláttsspennuna (t.d. frá 10,5 V til 10,0 V) ef battríaeiginleikarnir leyfa það án skaða á battríninu við stundarlega spennufall.
• Bæta við LVC-tilvísunar tímatölu: Flestir JYINS-vendur hafa forritanlega tímatölu (t.d. frá 0 til 10 sekúndur). Með því að setja tímatölu á 3 sekúndur mun vandinn hunsa stutt spennufall sem kemur vegna rafmagnsþátts í byrjun áhalds, sem gerir mögulegt að ræsa áhaldinn og endurheimta spennuna áður en öryggiskerfið virkar.
• 4. Nota fjartengda spennumælingu

Íframfarin vinnuskerfisstefnur geta notað fjarvirka spennumælingu. Tveir þunnir, lágstraumsskákar eru leiddir beint frá batteríhnöppunum að stjórnborði inverterins. Inverterinn notar þessa ákveðnu skáka til að mæla raunverulega staða hlaðningar batteríins og sleppir þannig hástraumsorðunum. Inverterinn mun einungis framkvæma LVC-útpönnun ef raunveruleg spenna batteríins lækkar, en ekki taka tillit til spennufalls í rafmagnsskákanum.

Ályktun

Óskarlegur afslökkun á lágspennu (LVC) í langdrænu DC-kerfum er klassísk vandamál í rafmagnstækni sem kemur vegna viðnám rafleiðara og hárs rafstraums. Með því að beita Óhm’s lögum geta kerfisbyggjar reiknað nákvæmlega spennutap og velið koparleiðara með viðeigandi þvermál. Með því að skipta yfir á hærri nafnlega kerfisspennu (t.d. 48 V), stækka leiðara í þykkari útgáfur og nota forritanlegan LVC-tímaávall og fjarstýrða tilfinningarskynjendaaftöku JYINS verða óskarlegar afslökkunir úr leik. Þessar aðgerðir tryggja staðbundna, samfelldan rafmagnsveitu til mikilvægra off-grid innriða, óháð staðsetningarkröfum á staðnum.