DC devrelerde AC sigortalarının yanlış kullanımından nasıl kaçınılır?

Bir devrede yanlış sigorta kullanılması, insanlar ve ekipman için potansiyel olarak felaket sonuçlar doğurabilir. Birden fazla fotovoltaik (PV) modül dizisinden oluşan bir güneş enerjisi sisteminde, diziler birleştirici veya dizi bağlantı kutularına takılan doğru akım (DC) sigorta bağlantıları kullanılarak korunur. Bu makale, bir PV DC sistemi için sigorta seçiminin ardındaki mantığa kısa bir bakış sunmayı amaçlamaktadır.

AC ve DC için doğru sigorta nasıl seçilir?

Alternatif akım (AC), 50 Hz'lik devrelerde saniyede 100 kez elektron akışını tersine çevirdiği için bir sigortanın kolayca kesmesini sağlar. Akım tersine döndüğünde, büyüklüğü sıfıra iner. Sıfır akım akışı, bir sigortanın kesmesi için çok kolaydır; bu noktada akım akışı durur ve erimiş sigorta elemanı boyunca arkı sürdürecek enerji kalmaz.

Öte yandan, doğru akım (DC) akımının sigorta tarafından kırılması çok zor olabilir. Burada akım tek yönde akar. Sigortanın arkı söndürmesine yardımcı olacak bir sıfır noktası yoktur. DC sigortaları, basit alternatif akım (AC) sigortalarına kıyasla farklı bir yapıya sahip, nispeten daha karmaşık cihazlardır. DC sigortaları, arkı söndürmek için ek elemanlar içerir.

AC ve DC sigortalar için standart nominal gerilimler farklıdır ve bunlar arasında kesin bir matematiksel ilişki yoktur. 1000V AC nominal gerilime sahip bir sigorta, yapısına bağlı olarak 500V DC veya 750V DC nominal gerilime sahip olabilir. Genel bir kural olarak, standart bir AC sigortanın güvenli olması için %50 oranında düşürülmesi gerekir; yani 1000V AC, 500V DC nominal gerilime sahip olmalıdır. Ancak, herhangi bir varsayımda bulunmadan önce her bir sigorta için test sonuçları veya daha fazla özellik için sigorta üreticisine danışmalısınız.

AC sigortalar genellikle nominal akımlarının üzerinde bir yükü, bazen nominal değerlerinin %160 ila %200'ünü on saniyeye kadar karşılayacak şekilde tasarlanmıştır. Bir fotovoltaik (PV) sistemde, akım PV modüllerinin sabit akım kaynağı tasarımıyla sınırlıdır, bu nedenle makul bir süre içinde AC nominal sigortayı attıracak kadar akım elde etmek oldukça zor olabilir.

Özellikle fotovoltaik (PV) uygulamaları için tasarlanmış DC dereceli sigortalar, kablolama, bağlantı kutuları ve PV modülleri için maksimum koruma sağlamak amacıyla, nominal akımda kısa sürede devre dışı kalacak şekilde üretilmiştir. Sigortanın DC derecesi belirtilmemişse veya ürün teknik özellik sayfasında yer almıyorsa, DC uygulamalarında kullanım için onaylanmamış olabilir. Veya ürün, uluslararası kabul görmüş bir elektrik onay kuruluşu veya üretici tarafından onaylanmamış olabilir; üreticinin ürün testini yapacak test tesisleri olup olmadığı da belirsizdir. Sigorta yuvaları da DC derecesi açısından incelenmelidir.

Kendinizi ve müşterilerinizi korumak için, güneş paneli kurulumlarınızda her zaman doğru DC değerine sahip ürünü kullanın. Yanlış değerde bir ürün kullanırsanız, olası bir arıza durumunda meydana gelebilecek hasarlardan veya can kayıplarından sorumlu tutulabilirsiniz.

Fotovoltaik sistemde sigortanın kullanım amacı nedir?

Sigortalar, güneş enerjisi projelerinde çok önemli bir rol oynar. Güneş fotovoltaik sistemlerinde çeşitli yerlerde kullanılırlar. Bu yerler arasında dizi birleştirme kutuları, panel kutuları ve hatta invertör sisteminin DC tarafı yer alabilir.

Sigortalar sistemin AC tarafında da kullanılır. AC sigortaları,DC sigortalarından farklıdır. Ancak bu makalede sadece DC sigorta tasarımını ele alacağız.

Paralel olarak bağlanmış çok sayıda güneş paneli dizisi söz konusu olduğunda, fotovoltaik panellerin ve sistemin ters akım ve aşırı akıma (OC) karşı korunması gereklidir.

Sigortalar öncelikle sistemi kısa devre ve yangın tehlikelerine karşı korumak için kullanılır. Fotovoltaik (PV) kurulumlardaki sigortalar, güneş ışığına maruz kalma gibi aşırı çevresel koşullara maruz kalır; bu da sigortanın anormal sıcaklığına neden olarak performansını etkiler. Bu nedenle, doğru sigorta ve kabloların boyutlandırılması ve seçimi sağlanmalıdır.

Ayrıca, fotovoltaik modüller sürekli akım da üretir. Bu da doğru sigorta boyutlandırmasının önemini daha da artırır.

Sigorta, elektrik sistemlerini korumak için kendini feda edecek şekilde tasarlanmış bir aşırı akım koruma cihazıdır. Sigortalar, aşırı yüklenme veya arızalardan kaynaklanan aşırı akım akışı nedeniyle strese maruz kaldıklarında devreleri açacak şekilde tasarlanmıştır. Bir uygulama için doğru sigortayı seçmek, bir şeyler ters gittiğinde meydana gelebilecek yangınları ve diğer hasarları önleyecektir. Tipik sorunlar arasında invertör devresinde bir kablonun gevşemesi, bir kablonun toprağa kısa devre yapması, bir kablonun kazara kesilmesi, bir hayvanın veya kemirgenin kabloları kemirmesi, hava koşullarından kaynaklanan hasar vb. yer alabilir.

Şekil 1, fotovoltaik modüllerden invertöre kadar tipik bir güneş enerjisi sistemini göstermektedir.

Uygun Değerde Sigorta Nasıl Doğru Seçilir?

Sigortalar akım ve gerilim değerlerine göre sınıflandırılır ve genellikle yalnızca alternatif akım (AC), yalnızca doğru akım (DC) veya hem AC hem de DC için sınıflandırılırlar. DC uygulamaları için yanlış sigortalar kullanılırsa, gerilim değerinin düşürülmesi gerekebilir ve ürünleri hakkında daha fazla bilgi için sigorta üreticisine danışmanız gerekir. Bunun nedeni, kesme işlemi sırasında emilmesi gereken daha büyük ark enerjisidir.

Güneş paneli sigorta seçimi için sigorta boyutlandırmasının temel adımları

Ulusal Elektrik Kodu 2011'in 690.8 maddesine göre bir dizi sigortanın doğru boyutlandırılması için aşağıdaki adımlar kullanılmalıdır.

1. Devrenin maksimum akımını hesaplayın.
2. Sigortanın nominal amper değerini hesaplayın.
3. Anormal sıcaklık koşulları nedeniyle sigorta nominal değerini düşürün.
4. Sigortanın etiketinde yazan amper değerini hesaplayın.
5. Sigorta değerini iletken değerine göre doğrulayın.

Aşırı akım koruması (sigorta veya devre kesici) yalnızca üç veya daha fazla diziye sahip bir fotovoltaik kaynak veya çıkış devresine dahil edilmelidir. Fotovoltaik modül üreticileri genellikle, bir fotovoltaik modülün maksimum ters akım kapasitesiyle, herhangi bir sigorta koruması eklemeden paralel olarak bağlanabilecek maksimum dizi sayısını belirtirler.

Sigortalar genellikle bir birleştirme kutusunun içine (sisteminiz bir birleştirme kutusu kullanıyorsa) veya DC ayırıcının veya dizi bağlantı kutusunun içine yerleştirilir.

Çoğu aşırı akım koruma cihazı, maksimum 45°C çalışma sıcaklığı için derecelendirilmiştir. Bu, günlük ev elektrik tesisatı için uygundur. Öte yandan, dış mekanlarda veya çatı katlarında bulunmaları nedeniyle, fotovoltaik (PV) bileşenler çok daha fazla ısıya maruz kalabilir. Bu nedenle, herhangi bir sigorta veya devre kesiciyi yüksek sıcaklığa maruz bırakmayı planlıyorsanız, ürün teknik özellik sayfalarına/sıcaklık artışı ayarlama faktörlerine başvurmalısınız. Aksi takdirde, devre sıcak havalarda gereksiz devre kesmeleri veya sigorta atmaları yaşayabilir.

Normal OC cihaz değerini belirlemek için aşağıdaki denklemle başlayın:

Devre akım değeri=Imax
OC akım kapasitesi = Imax × modül dizisi sayısı × 1,56

Devrenin DC tarafında, bu hesaplama için kısa devre akımı (Isc) kullanılır. Örneğin, sigortanız bir birleştirici veya dizi bağlantı kutusunun içine yerleştirilecekse, Isc, modüllerin kısa devre akımı spesifikasyonuna eşit olacaktır.

Sharp modüllerinden oluşan örnek dizimiz için hesaplama şu şekildedir:

6,35A (kısa devre akımı) × 1,56 = 9,906A

Sigortalar standart boyutlarda (1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12, 15, 20, 25, 30 amper, vb.) satıldığından, UL, akım değerine en yakın veya biraz üzerinde bir boyutu seçmeniz gerektiğini belirtir. 9,906A için bu, 10A'lik bir sigorta anlamına gelir.

İçine transformatör yerleştirilmiş normal bir invertör içeren fotovoltaik devrelerde, bir çiftteki iki kutuptan (pozitif veya negatif) yalnızca birine, genellikle topraklanmamış veya sıcak tele, sigorta takılmalıdır. Ancak, transformatörsüz bir invertörünüz varsa, çiftteki her iki tele de sigorta takılmalıdır.

Merak edenler için söyleyelim, akım değeri hesaplamasındaki 1,56 çarpanı, fotovoltaik devreler için geçerli olan iki NEC formülünü içeren bir kısayoldur.

Birincisi: Imax×1.25, bu da NEC'in bir devrenin sürekli akımı olarak adlandırdığı değere eşittir.

İkinci formül ise: Sürekli akım × 1,25'tir; bu formül, küçük akım dalgalanmalarından kaynaklanan gereksiz devre kesmelerini önlemek için ilk değerin üzerinde bir güvenlik payı sağlar. Şimdi, 1,25 × 1,25 (veya 1,25'in karesi) alırsanız, 1,56 elde edersiniz.
Normal transformatörsüz invertörlü, iki dizili ve (daha önce ölçülen) 420,36V gerilimli örnek şebekeye bağlı sistemimiz için, satın alacağımız bağlantı veya birleştirme kutusunun en az iki dizi için pozitif ve negatif iletkeni barındıracak şekilde 1000V DC (yani standart boyut) değerinde olması ve minimum 20A akım değerine sahip olması gerekir. Dolayısıyla

Dize başına Isc=6.35A
Paralel olarak bağlanan dize sayısı = 2
Devreden geçen toplam akım = 6,35 × 2 = 12,7 A
Sigorta değer faktörünü 1,56 olarak alırsak = 12,7 × 1,56 = 19,81A
Bu nedenle, dikkate alınması gereken sigorta değeri >20A olmalıdır.

Bu nedenle, seçilen 20A iletken, bu akım değerini kaldırabilecek kapasitede olan 6 mm²'lik bakır kablodur.
Sistem artık güvenli bir şekilde çalışabilir.

Şekil 2'de sıcaklığa bağlı olarak erime deşarj eğrisi verilmiştir.

Şekil 2: PV sigorta sıcaklık eğrisi

Sertifikasyon standartlarına göre sigorta seçimi yapın.

Tipik şebekeye bağlı AC sistemlerinin aksine, fotovoltaik (PV) sistemlerdeki mevcut kısa devre akımı sınırlıdır ve aşırı akım koruma cihazlarının düşük arıza akımı seviyelerinde etkili bir şekilde çalışması gerekir. Bu nedenle çoğu üretici, yüksek DC voltajları ve düşük arıza akımlarıyla PV sistemlerini güvenli bir şekilde korumak için özel olarak tasarlanmış ve test edilmiş sigorta bağlantıları üzerinde kapsamlı Ar-Ge çalışmaları yürütmüştür.

Uluslararası Elektroteknik Komisyonu (IEC), fotovoltaik (PV) sistemlerin korunmasının standart elektrik tesisatlarından farklı olduğunu kabul etmektedir. Bu durum, PV sistemlerini korumak için bir sigorta bağlantısının karşılaması gereken belirli özellikleri tanımlayan IEC 60269-6 (gPV) standardında yansıtılmıştır.

Üreticilerin seri ve dallı fotovoltaik sigorta bağlantı elemanları, bu standardı karşılamak üzere özel olarak tasarlanmıştır. Bu fotovoltaik sigorta bağlantı elemanları, IEC 60269-6 gerekliliklerine göre tamamen test edilmiştir.

Ancak, fotovoltaik (PV) sigorta bağlantı elemanlarının üreticileri, nominal akımın 1,35 katı (1,35 x In) akımla çalıştıkları için IEC 60269-6 gereksinimlerini aşmaktadır. Bunlar ayrıca UL 2579 gereksinimlerini de karşılamakta ve bu nedenle ters akım durumlarında PV modüllerini korumak için uygundur. Standart belirli bir sembolü tanımamasına rağmen, bir sigorta bağlantı elemanının PV sistemlerindeki dizileri korumak için uygun olduğunu belirtmek için genellikle sigorta bağlantı elemanı ve dizi sembollerinin bir kombinasyonu kullanılır.