Решење проблема са узнемирујућим "снижним напоном" (LVC) у устројењима за пренос ЦС на дуге даљине

Увод у изазове преноса ЦЦ

У удаљеним апликацијама за електричну енергију Б2Б, као што су телекомуникационе куле изван мреже, станице за праћење нафте и гаса, установе за поводње у пољопривреди и пумпе за дубоке бунарке, физички распоред електричног система често је ограничен географским положа Често, систем за складиштење енергије (банка батерија) мора бити смештен на значајну удаљеност од инвертера снаге или активних истонасочних оптерећења.

У овим конфигурацијама ЦЦ на дуге растојање, системски интегратори се често суочавају са фрустрирајућим препреком за решавање проблема: инвертор се неочекивано искључује, пријављујући грешку "Ниско напонски прекид" (ЛВЦ) или "Батерија под напоном Ово искључивање се дешава чак и када је сама батерија потпуно напуњена и ради на здравом нивоу напона. Овај феномен је познат као неугодно трошење.

Овај чланак пружа техничку анализу зашто се LVC неугодно трошење јавља у распореду преноса ЦЦ на дуге растојање и оцртава специфична инжењерска решења за његово решење.

Питање: Зашто се у инсталацијама за дуго растојање ЦС јавља неугодно трчање нисконапонског прекида (ЛВЦ) и како инжењери могу да га реше?

ЛВЦ неугодно трошење се јавља јер дуги каблови за струју ЦЦ имају инхерентни електрични отпор. Када се током покретања инвертора или тешких оптерећења користи висока струја, овај отпор узрокује значајан пад напона дуж кабла, према Омовом закону. Као резултат тога, напон измеран на улазним терминалима инвертора пада испод прага ЛВЦ, иако батеријска банка остаје напуњена. Да би се то решило, инжењери морају да израчунају и минимизирају отпор константног кабела, надограде напон система, калибришу калема за кашњење и праг ЛВЦ инвертора или користе даљинске линије за сензирање напона.

Физика пада струје и отпора кабла

За разлику од преноса ЦА, где прелазак трансформатора може лако ублажити пад напона, пренос ЦЦ-а је веома осетљив на дужину кабела и дебелину попречног пресека. Сваки електрични проводник, чак и сребр високог чистоће, има специфичан отпор (рхо).

Према Омовом закону, пад напона (V_drop) преко пара проводника је директно пропорционалан струји (I) која тече кроз кола и укупном отпору у вратима (R) жице:

V_drop = I R

Отпор жице се одређује формулом:

Р = rho (2 Л) / А

Где:

• rho је отпорност материјала (за бакар, rho је приближно 1,72 10^-8 ом-метара).
• L је једносмерна удаљеност између батерије и инвертора.
• А је површина попречног пресека жице.
• Мультипликатор од 2 рачуна за удаљеност од пута до пута (позитивни и негативни проводници).

У нисконапонском ЦЦ систему, струја је невероватно висока. На пример, 12В 2КВ инвертор који се користи са пуним оптерећењем ће повући око 166 Ампера струје. Под великим приливом покретања мотора, струја може да порасте на 400 А или више.

Ако се инвертор налази само 10 метара (33 стопе) од батеријске банке, и ако је повезан помоћу стандардног 2 АВГ (приближно. 33.6 квадратних мм) бакарне жице, отпор од 20 метара кабела је отприлике 0,010 Ом.

Када се извуче 166А континуиране струје, пад напона је:

V_drop = 166A 0,010 Ом = 1,66В

Ако је батерија на здравом 12,6В, напон који стиже до улазних терминала инвертора је само:

12,6В - 1,66В = 10,94В

Ово је близу стандардног прага 10,5В ЛВЦ. Међутим, ако се мотор покрене и струја порасте на 350 А, пад напона одмах пораста до:

V_drop_surge = 350A 0,010 Ом = 3,50В

Напетост на терминалима инвертора пада на:

12,6В - 3,50В = 9,10В

Пошто је 9,10В далеко испод 10.5В ЛВЦ границе, заштитно коло инвертора одмах изазива прекид поднапоне, искључујући излаз ЦА. У тренутку када се инвертор искључи, струја пада на нулу, пад напона нестаје, а терминали инвертора скочу назад на 12,6 В. Технику се чини да је батерија пуна, а искључивање изгледа као неисправно функционисање хардвера. Ово је дефиниција ЛВЦ неугодног забијања.

Решавање проблема Показни дијагностички процес

Да би се дијагностиковало и доказало да је ЛВЦ трипинг узроковано отпорним кабелом, а не неисправношћу батерије или инвертора, пратите следећу процедуру мерења:

• Корак 1: Измерити статички напон батерије

Коришћењем дигиталног мултиметра, измерити истоинтегрисан напон директно преко терминала батеријске банке у условима без оптерећења. Укажите ову вредност (нпр. 51,2 В за 48 В систем).

• Корак 2: Измерите напон статичког инвертера

Измерите напон директно на улазним терминалним блоковима инвертора. У условима без оптерећења, оба читања треба да буду идентична.

• Корак 3: Измерено напон под активним оптерећењем

Укључите најтеже оптерећење у систему. Док се оптерећење покреће (или покушава да се покреће), измерите напон на терминалима батеријске банке, а затим одмах измерите напон на терминалним блоковима инвертора.

• Четири корака: Проанализирајте разлику

Ако напон батерије остане висок (нпр. пада са 51.2V на 49.8V), али напон на терминалу инвертора значајно падне (нпр. пада са 51.2V на 41.5V), потврђен је проблем са отпорним кабелом. Разлика (8,3В) је пад напона преко ЦЦ каблова.

Инжењерска решења за елиминисање ЛВЦ неугодног тркања

Када се потврди, системски интегратори треба да примени једну или више следећих техника ремидификације:

• 1. у вези са Подигнути систем номиналног напона

Најефикаснији начин да се смањи струја (и стога пад напона) је дизајнирање система на већи номинални ток. Моћ (Ватти) је производ напона и струје (П = ВИ). Ако повећате номинални напон са 12В на 48В, струја потребна за испоруку истог 2КВ оптерећења пада за 75% (од 166А до само 41.5А). Према Омовом закону, смањивање струје за четири смањује пад напона за 75%. Када год је то могуће, одаберете 48В ЦЦ архитектуре за дуге стазе.

• 2. Уколико је потребно. Увеличите величину дисименатског проводника

Ако се напон система не може променити, морате смањити отпор жице повећањем површине пречника (А). Подигнути кабли на дебљи бакар гама као што су 4/0 АВГ (95 квадратних мм) или пустити више паралелних кабела по ступу. Уверите се да су проводници висококвалитетни, фино набројени бакар без кисеоника, који нуди најнижи практични електрични отпор.

• 3. Уколико је потребно. Регулирати подешавања параметара инвертера LVC

Инвертори високих перформанси, као што је JYINS програмирана серија, омогућавају инжењерима да прилагоде поставке LVC преко дигиталног софтвера за контролу. Два параметра могу се прилагодити:

• Смањити праг ЛВЦ: Можете благо смањити напон за прекид (нпр. са 10,5В на 10,0В) ако батерија може безбедно да се носи са прелазним падњем без оштећења.
• Додајте LVC задоцни тајмер: Већина JYINS јединица има програмирано одлагање (нпр. 0 до 10 секунди). Постављањем кашњења од 3 секунде, инвертор ће игнорисати кратке падње напона узроковане преливањем покретача мотора, омогућавајући покретање мотора и обнављање напона пре него што се активира заштитно коло.
• 4. Уколико је потребно. Уведите даљинско сензирање напона

Напређени индустријски системи могу користити даљинско детекцију напона. Два танка жица са ниском струјом се одводе директно од терминала батерије до контролне плоче инвертора. Инвертор користи ове посвећене сензорске жице да би измерио право стање наплате батерије, заобилазећи струје високе струје. Инвертор ће извршити искључивање ЛВЦ-а само ако се истински напон батерије смањи, потпуно игноришући пад напона кабела.

Zaključak

Ниско напонско прекид (ЛВЦ) узнемирење у дугорастојаним конфигурацијама ЦЦ-а је класични проблем електричног инжењерства узрокован отпорним кабелом и високом потражњом струје. Примјењујући Омов закон, интегратори система могу да израчунају тачне пада напона и величину бакарних проводника у складу са тим. Прелазак на виши номинални напон система (као што је 48В), повећање кабела на тешке мерилаче и коришћење програмских кашњења LVC и улаза за даљинско сензирање JYINS-а елиминише ће узнемирујуће искључења. Ови кораци обезбеђују стабилну, континуирану испоруку енергије критичној инфраструктури ван мреже, без обзира на ограничења физичког распореда локације.