Paglutas ng Problema sa 'Mababang Voltage Cutoff' (LVC) na hindi sinasadyang pag-trigger sa mga setup ng DC transmission na may mahabang distansya

Panimula sa mga Hamon sa DC Transmission

Sa mga remote na B2B na aplikasyon ng kuryente, tulad ng off-grid na telecommunication towers, mga istasyon ng pagmomonitor sa oil at gas, mga setup sa agrikultural na irigasyon, at mga deep-well pump, ang pisikal na layout ng sistema ng kuryente ay madalas na limitado ng heograpiya. Madalas, ang sistema ng energy storage (ang battery bank) ay kailangang ilagay sa malaking distansya mula sa power inverter o mula sa aktibong DC loads.

Sa mga mahabang distansya ng DC setup na ito, madalas harapin ng mga system integrator ang isang nakakainis na hamon sa pagtukoy ng problema: ang inverter ay biglang nabubuksan, na nag-uulat ng 'Low Voltage Cutoff' (LVC) o 'Battery Under-Voltage' na error. Ang ganitong pag-shutdown ay nangyayari kahit na ang battery bank mismo ay lubos na naka-charge at gumagana sa isang malusog na antas ng voltage. Ang pangyayaring ito ay kilala bilang 'nuisance tripping'.

Ang artikulong ito ay nagbibigay ng teknikal na pagsusuri kung bakit nangyayari ang LVC nuisance tripping sa mga layout ng mahabang distansya ng DC transmission at naglalahad ng mga tiyak na engineering na solusyon upang malutas ito.

Tanong: Bakit nangyayari ang Low Voltage Cutoff (LVC) nuisance tripping sa mga instalasyon ng mahabang distansya ng DC, at paano ito malulutas ng mga inhinyero?

Ang pana-panaong pag-trigger ng LVC ay nagaganap dahil ang mahabang DC power cable ay may likas na electrical resistance. Kapag mataas na kasalukuyan ang kinukuha sa panahon ng pag-start ng inverter o sa ilalim ng mabigat na load, ang resistance na ito ay nagdudulot ng malaking voltage drop sa buong cable ayon sa Ohm's Law. Bilang resulta, ang voltage na sinusukat sa input terminals ng inverter ay bumababa sa ibaba ng threshold ng LVC, kahit na ang battery bank ay nananatiling naka-charge. Upang malutas ito, kailangan ng mga inhinyero na kalkulahin at bawasan ang resistance ng DC cable, i-upgrade ang system voltage, i-calibrate ang mga parameter ng LVC delay at threshold ng inverter, o gamitin ang remote voltage sensing lines.

Ang Pisika ng DC Voltage Drop at Cable Resistance

Kakaiba sa AC transmission, kung saan ang transformer stepping ay madaling nakakabawas sa voltage drops, ang DC transmission ay lubhang sensitibo sa haba ng cable at sa kapal ng cross-sectional nito. Ang bawat electrical conductor, kahit ang mataas na purity na copper, ay may tiyak na resistance (rho).

Ayon sa Batas ni Ohm, ang pagbaba ng boltahe (V_drop) sa isang pares ng mga conductor ay direktang proporsyonal sa kasalukuyang daloy (I) sa loob ng circuit at sa kabuuang resistensya (R) ng kawad para sa buong biyahe (round-trip):

V_drop = I R

Ang resistensya ng kawad ay tinutukoy gamit ang sumusunod na pormula:

R = rho ( 2 L ) / A

Kung saan:

• ang rho ay ang resistividad ng materyal (para sa tanso, ang rho ay humigit-kumulang na 1.72 × 10^-8 ohm-metro).
• Ang L ay ang distansya sa isang direksyon (one-way) sa pagitan ng baterya at ng inverter.
• Ang A ay ang cross-sectional area (lawak ng krus na seksyon) ng kawad.
• Ang multiplier na 2 ay kumakatawan sa buong distansya ng biyahe (round-trip), kabilang ang positibong at negatibong conductor.

Sa isang low-voltage DC system, napakataas ng kasalukuyang daloy. Halimbawa, ang isang 12V 2 kW na inverter na kumuha ng buong karga ay kumuha ng humigit-kumulang na 166 Amperes na kasalukuyan. Sa ilalim ng matinding surge habang sinusimulan ang motor, maaaring umabot ito sa 400A o higit pa.

Kung ang inverter ay nasa loob lamang ng 10 metro (33 paa) mula sa battery bank at konektado gamit ang karaniwang 2 AWG (humigit-kumulang 33.6 square mm) na kobreng bakal, ang kabuuang resistensya ng 20-metrong kable ay humigit-kumulang 0.010 ohms.

Kapag kumukuha ng 166A na tuloy-tuloy na kasalukuyang daloy, ang pagbaba ng boltahe ay:

V_drop = 166A × 0.010 ohms = 1.66V

Kung ang battery bank ay nasa malusog na 12.6V, ang boltahe na dumadaloy sa DC input terminals ng inverter ay nasa:

12.6V − 1.66V = 10.94V

Ito ay malapit sa karaniwang threshold na 10.5V para sa LVC. Gayunpaman, kung ang isang motor ay magsimulang umandar at ang kasalukuyang daloy ay biglang tataas hanggang 350A, ang pagbaba ng boltahe ay agad na tataas sa:

V_drop_surge = 350A × 0.010 ohms = 3.50V

Ang boltahe sa mga terminal ng inverter ay bababa sa:

12.6V − 3.50V = 9.10V

Dahil ang 9.10 V ay malayo sa limitasyon ng LVC na 10.5 V, ang proteksyon na sirkito ng inverter ay agad na nagpapakilos ng pag-cut-off dahil sa mababang volt, kaya napipigilan ang AC output. Sa sandaling huminto ang inverter, ang pagkuha ng kasalukuyan ay bumababa sa zero, nawawala ang pagbaba ng voltage, at ang mga terminal ng inverter ay biglang bumabalik sa 12.6 V. Sa paningin ng teknisyan, ang battery bank ay tila puno, at ang paghinto ay tila isang pagkabigo ng hardware. Ito ang kahulugan ng 'LVC nuisance tripping'.

Pamamaraan sa Pagtukoy ng Problema: Hakbang-hakbang na Proseso ng Pagsusuri

Upang masuri at patunayan na ang LVC tripping ay dulot ng resistensya ng kable at hindi ng nababagong baterya o inverter, sundin ang sumusunod na proseso ng pagsukat:

• Hakbang 1: Sukatin ang Static na Voltage ng Baterya

Gamit ang digital multimeter, sukatin ang DC voltage nang direkta sa mga terminal ng battery bank sa ilalim ng kondisyon na walang load. Tandaan ang halagang ito (halimbawa, 51.2 V para sa isang 48 V na sistema).

• Hakbang 2: Sukatin ang Static na Voltage ng Inverter

Sukatin ang boltahe nang direkta sa mga terminal block ng DC input ng inverter. Sa walang kargang kondisyon, ang dalawang pagbabasa ay dapat magkapareho.

• Hakbang 3: Sukatin ang Boltahe sa Ilalim ng Aktibong Karga

Buksan ang pinakamabigat na karga sa sistema. Habang tumatakbo (o sinusubukang pasimulan) ang karga, sukatin ang boltahe sa mga terminal ng battery bank at agad na sukatin ang boltahe sa mga terminal block ng inverter.

• Hakbang 4: Analisahin ang Pagkakaiba

Kung ang boltahe ng battery bank ay nananatiling mataas (halimbawa, bumaba mula sa 51.2V patungong 49.8V) ngunit ang boltahe sa terminal ng inverter ay malaki ang pagbaba (halimbawa, bumaba mula sa 51.2V patungong 41.5V), kinumpirma mo na ang isyu ay nauugnay sa resistensya ng kable. Ang pagkakaiba (8.3V) ay ang pagbaba ng boltahe sa DC cabling.

Mga Solusyong Pang-inhenyeriya upang Alisin ang Maling Pag-trigger ng LVC

Kapag nakumpirma na, ang mga tagapagsama ng sistema ay dapat mag-deploy ng isa o higit pa sa mga sumusunod na paraan ng pag-aayos:

• 1. Bertihin ang Nominal na Boltahe ng Sistema

Ang pinakaepektibong paraan para mabawasan ang kasalukuyang daloy (at kaya naman ang pagbaba ng boltahe) ay ang magdisenyo ng sistema sa mas mataas na nominal na DC boltahe. Ang kapangyarihan (Watts) ay produkto ng boltahe at kasalukuyang daloy (P = V I). Kung pataasin mo ang nominal na boltahe mula 12V hanggang 48V, ang kasalukuyang daloy na kailangan upang ipadala ang parehong 2 kW na karga ay bababa ng 75% (mula 166A pababa sa 41.5A lamang). Ayon sa Batas ni Ohm, ang pagbawas sa kasalukuyang daloy sa apat ay nagpapababa ng pagbaba ng boltahe ng 75%. Kapag posible, piliin ang mga 48V DC na arkitektura para sa mahahabang distansya.

• 2. Palakihin ang Sukat ng DC Conductor

Kung hindi maaaring baguhin ang boltahe ng sistema, kailangan mong bawasan ang resistensya ng kable sa pamamagitan ng pagpapalaki ng kanyang cross-sectional area (A). I-upgrade ang mga kable patungo sa mas makapal na sukat ng tanso tulad ng 4/0 AWG (95 square mm) o i-run ang maraming kable na in parallel bawat pole. Siguraduhing ang mga conductor ay mataas ang kalidad, fine-stranded oxygen-free copper, na nag-aalok ng pinakamababang praktikal na electrical resistance.

• 3. I-adjust ang Mga Setting ng LVC Parameter ng Inverter

Mga inverter ng mataas na pagganap, tulad ng programmable na serye ng JYINS, ay nagpapahintulot sa mga inhinyero na i-customize ang mga setting ng LVC gamit ang digital na software ng kontrol. Dalawang parameter ang maaaring i-adjust:

• Bawasan ang Threshold ng LVC: Maaari mong unti-unting bawasan ang voltage ng cutoff (halimbawa, mula 10.5V patungong 10.0V) kung ang kemikal na komposisyon ng iyong baterya ay kayang pangasiwaan nang ligtas ang pansamantalang pagbaba nito nang hindi nasasaktan.
• Idagdag ang Timer ng Delay ng LVC: Ang karamihan sa mga yunit ng JYINS ay may programmable na delay (halimbawa, 0 hanggang 10 segundo). Sa pamamagitan ng pag-set ng delay na 3 segundo, ang inverter ay mag-i-ignore sa maikling pagbaba ng voltage na dulot ng mga surge sa pagsisimula ng motor, na nagbibigay-daan sa motor na magsimula at sa voltage na bumalik bago aktibin ang circuit ng proteksyon.
• 4. I-implement ang Remote Voltage Sensing

Ang mga advanced na industrial na sistema ay maaaring gamitin ang remote voltage sensing. Isang pares ng manipis at mababang-kasalukuyang kable ang isinasaayos nang direkta mula sa mga terminal ng baterya patungo sa control board ng inverter. Ginagamit ng inverter ang mga dedikadong sensor na kable na ito upang sukatin ang tunay na estado ng singil ng baterya, na binabalewala ang mataas-na-kasalukuyang power lines. Ang inverter ay mag-eexecute lamang ng LVC shutdown kung ang tunay na boltahe ng baterya ay bumaba, na ganap na binabalewala ang voltage drop sa kable.

Kongklusyon

Ang paulit-ulit na pag-trigger ng Low Voltage Cutoff (LVC) sa mga DC na sistema na may mahabang distansya ay isang pangkaraniwang problema sa larangan ng electrical engineering na dulot ng resistensya ng kable at mataas na demand sa kasalukuyan. Sa pamamagitan ng paggamit ng Ohm's Law, ang mga system integrator ay makakakalkula ng eksaktong voltage drop at maaaring piliin ang tamang sukat ng copper conductor ayon dito. Ang paglipat sa mas mataas na nominal na system voltage (tulad ng 48V), ang paggamit ng mas malalaking kable na may heavy-duty gauge, at ang paggamit ng programmable LVC delay at remote sensing input ng JYINS ay magpapawala ng mga hindi kinakailangang shutdown. Ang mga hakbang na ito ay nagpapatiyak ng matatag at tuloy-tuloy na suplay ng kuryente sa mahahalagang off-grid na imprastruktura, anuman ang mga limitasyon sa pisikal na layout ng lokasyon.