Zabezpieczanie magazynów energii (BESS) przed przetężeniem za pomocą wkładek topikowych bateryjnych DC o charakterystyce gBat i aBat od ETI

Wzrost znaczenia magazynów energii BESS w OZE

Wzmożony rozwój odnawialnych źródeł energii - OZE, szczególnie instalacji fotowoltaicznych PV, spowodował konieczność wdrożenia i stosowania magazynów energii - BESS wytworzonej przez źródła odnawialne -OZE. Jest sprawą oczywistą, że moduły fotowoltaiczne PV wytwarzają energię tylko w ciągu dnia, a elektrownie wiatrowe produkują energię elektryczną jak wieje odpowiedni wiatr. Z tego powodu wynika konieczność magazynowania energii w czasie, gdy mamy jej nadmiar. A gdy wymienione odnawialne źródła OZE nie produkują energii to pobierzemy ją z w/w magazynów energii.

Budowa i działanie magazynów energii BESS

Magazyny energii (BESS) są zbudowane z odpowiednio połączonych baterii akumulatorowych. Pojawiły się poważne plany, aby w przyszłości udało się magazynować energię w dużej ilości, jest to bowiem przyszłościowa dziedzina energetyki.

Połączenie szeregowe i równoległe baterii

System magazynów energii bazuje na łączeniu szeregowym baterii akumulatorów, co powoduje podniesienie napięcia całkowitego systemu, a połączenie równolegle rzędów akumulatorów determinuje pojemność i moc całkowitą magazynu BESS. Napięcie magazynu to zazwyczaj kilkaset woltów DC.

Rys.1 Magazyn energii (zakreślony linią przerywaną) przyłączony do instalacji fotowoltaicznej PV

Wyzwania w zabezpieczeniu prądu stałego DC

Na producentach wszelkich zabezpieczeń przeznaczonych do zabezpieczania akumulatorów spoczywa ogromna odpowiedzialność, aby w sposób właściwy zapewnić bezpieczne funkcjonowanie układu zabezpieczeń. Niezwykle ważną kwestią jest skuteczne gaszenie łuku od prądu stałego DC, którego energia jest dużo większa od znanych obwodów prądu przemiennego AC.

Wkładki topikowe bateryjne gBat i aBat od ETI

Firma ETI d.o.o. jest wiodącym światowym producentem wkładek topikowych i opracowała rozwiązania dla magazynów energii BESS zgodne z normą IEC 60269-7:

gBat – charakterystyka pełnozakresowa

Chroni zarówno przed przeciążeniami, jak i prądami zwarciowymi.

aBat – charakterystyka niepełnozakresowa

Chroni głównie przed prądami zwarciowymi, minimalny prąd zadziałania (I3) ok. 10× prądu znamionowego.

Rys.2 Charakterystyki t-I wkładek topikowych gBat i aBat - porównanie

Oznaczenie wkładki bateryjnej „Battery Fuse”

Wkładki bateryjne muszą być oznaczone na korpusie ikoną „Battery Fuse” , co jednoznacznie identyfikuje ich zastosowanie w systemach magazynów energii BESS.

Typy wkładek topikowych w systemach BESS

Wkładki cylindryczne CH (1 poziom zabezpieczeń)

Chronią równoległe rzędy baterii przy konwerterze DC/DC lub falowniku DC/AC; prąd znamionowy 2–35 A, napięcie 550–800 V DC.

Wkładki nożowe NH (2 poziom zabezpieczeń)

Zabezpieczają przewody między konwerterem/falownikiem a punktem połączenia rzędów baterii; prąd znamionowy 20–630 A, napięcie do 1500 V DC.

Rys. 3 Wkładki topikowe cylindryczne CH i nożowe NH o charakterystyce bateryjnej gBat

Zasada działania zabezpieczeń przy zwarciach

W przypadku zwarcia prąd wsteczny pochodzi ze wszystkich równoległych rzędów baterii:
- CH (1 poziom) – przerywa prąd zwarciowy w rzędzie, w którym wystąpiło zwarcie.
- NH (2 poziom) – chroni przewody między falownikiem a punktem wspólnego połączenia rzędów.

Rys. 4 Miejsca zainstalowania zabezpieczeń 1-go oraz 2-go poziomu w instalacji
magazynu energii

Zasada selektywności wkładek topikowych

Stosunek prądów znamionowych wkładki przetrzymującej do działającej: min. 1:1,6.
Pozwala selektywnie odciąć zwarcie w obwodzie BESS bez wpływu na pozostałe rzędy.