DC-Leistungsschalter mit geformtem Gehäuse: Auswahlhilfe für Solar- und Industrie-DC-Systeme

In einem 1000-V-Photovoltaik-Sammelkasten durchläuft der Fehlerstrom niemals den natürlichen Nullpunkt, den der Wechselstrom in jeder Halbwelle erreicht. Ein AC-Leistungsschalter beseitigt die meisten Fehler, da der Strom regelmäßig zusammenbricht. Ein DC-Leistungsschalter erhält keine solche Unterstützung. Aus diesem Grund handelt es sich bei einem DC-MCCB (DC-MCCB) nicht einfach um einen AC-MCCB mit einer anderen Kennzeichnung, und die Installation eines reinen AC-Leistungsschalters in einem DC-Stromkreis ist einer der häufigsten und gefährlichsten Fehler in Solar- und Industrie-DC-Stromversorgungssystemen.

Die kurze Antwort für Planer und Käufer ist einfach: Wählen Sie einen Leistungsschalter mit einer expliziten Gleichspannungsnennleistung, einem Gleichstrom-Ausschaltvermögen über dem voraussichtlichen Fehlerstrom am Installationsort und einer Polkonfiguration, die der Systemspannung und Erdung entspricht. In den folgenden Abschnitten wird erläutert, warum diese Bedingungen vorliegen und wie sie Ihre Kaufentscheidung beeinflussen sollten.

Was unterscheidet einen DC-MCCB von einem AC-MCCB?

In einem Wechselstromkreis erlischt der Lichtbogen im Leistungsschalter auf natürliche Weise, wenn der Strom durch Null geht. In einem Gleichstromkreis brennt der Lichtbogen kontinuierlich, bis der Leistungsschalter den Strom auf Null zwingt. Ein DC-MCCB bewältigt diese Aufgabe mit tieferen Lichtbogenkammern, magnetischen Blasplatten, Kontaktmaterialien, die Gleichstromlichtbögen widerstehen, und einem Betriebsmechanismus, der für eine schnelle, positive Kontakttrennung ausgelegt ist. Das Ergebnis ist ein Leistungsschalter, der einen Gleichstromfehler bei seiner Nennspannung unterbrechen und den Lichtbogen löschen kann, bevor die Kontakte verschweißen oder der Lichtbogen überschlägt.

Die Tabelle spiegelt das praktische elektrische Verhalten wider. Ein Pol in einem DC-MCCB muss den kontinuierlichen Lichtbogen überstehen, der auf einem einzelnen DC-Bus aufrechterhalten wird, und die Hersteller überprüfen die Polverdrahtung, die Geometrie des Lichtbogenkanals und die Kontaktzeit anhand von DC-Unterbrechungstests. Wenn auf einer Produktseite nur AC-Nennwerte aufgeführt sind, kann man mit Sicherheit davon ausgehen, dass der Leistungsschalter nicht für den DC-Betrieb ausgelegt ist.

Die Schwierigkeit der Unterbrechung hängt auch von der Quelle ab. Photovoltaikmodule begrenzen den Kurzschlussstrom, während Batterien und geladene DC-Sammelschienen sehr hohe Ströme mit langer Zeitkonstante liefern können. Der Leistungsschalter muss für die Worst-Case-Quelle am Installationsort ausgewählt werden, nicht für die durchschnittliche Betriebslast.

Wo DC-MCCBs verwendet werden

DC-MCCBs kommen überall dort vor, wo Gleichstrom in nennenswerter Menge erzeugt, gespeichert, umgewandelt oder verbraucht wird. Die am schnellsten wachsende Anwendung ist die Photovoltaik-Erzeugung. Die String-Spannungen in Gewerbe- und Versorgungsanlagen erreichen üblicherweise 1000 V, und 1500-V-Arrays werden in neuen Designs zum Standard.

• Photovoltaikanlagen: Strangschutz in Anschlusskästen, DC-Hauptschalter vor Wechselrichtern und Isolierung auf Array-Ebene.
• Batterieenergiespeichersysteme: Rack-Isolierung, DC-Bus-Schutz an Lade- und Entladekreisen und Trennschalter auf Containerebene.
• Gleichstrom-Traktion und -Laden: Gleichstrom-Einspeisungsschutz für Eisenbahnen, Schnellladegeräte für Elektrofahrzeuge und Energieverteilung in Depots.
• Industrielle Gleichstromprozesse: Gleichstrommotorantriebe, Elektrolyse, Galvaniklinien und Gleichstromofenversorgung.

In diesen Situationen werden DC-MCCBs häufig gegenüber Sicherungen bevorzugt, da sie einen rücksetzbaren Schutz, eine sichtbare offene Position und die Möglichkeit bieten, einen Stromkreis für Wartungszwecke zu sperren.

Bei PV-Installationen muss der Leistungsschalter für die volle Generatorspannung und den verfügbaren Fehlerstrom an seinem Montagepunkt ausgelegt sein. Ein spezieller 1000-V-DC-Leistungsschalter wie der PV-DC-MCCB zum Schutz von Solarmodulen deckt eine Kapazität von 630 A ab und eignet sich für große Anschlusskästen und die DC-Eingänge von Zentralwechselrichtern.

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So passen Sie einen DC-MCCB an Ihr System an

Nennspannung ist der erste Filter. AC-MCCBs sind normalerweise nur mit AC-Werten gekennzeichnet und diese Werte werden nicht auf DC übertragen. Suchen Sie auf dem Typenschild und im Datenblatt des Herstellers nach einer expliziten DC-Nennleistung und überprüfen Sie die Polkonfigurationstabelle, bevor Sie die Preise vergleichen.

Spannung, Strom und Schaltvermögen

Die Nenngleichspannung muss gleich oder größer als die maximale Systemspannung sein, einschließlich der Leerlaufspannung einer PV-Anlage bei niedrigen Temperaturen. Drei Beschaffungswerte sind am wichtigsten: der Nennstrom für Dauerlast, das Nennschaltvermögen unter Gleichstrombedingungen und der verfügbare Fehlerstrom am Standort des Leistungsschalters. Ein 630-A-DC-Leistungsschalter, der beispielsweise als Haupt-PV-Schalter verwendet wird, benötigt eine DC-Ausschaltleistung, die über dem maximalen Fehlerstrom liegt, der von der vorgeschalteten Quelle geliefert wird.

Überprüfen Sie auch die Anzahl der Pole. Zwei oder mehr Pole eines einzelnen Leistungsschalters können in Reihe geschaltet werden, um höhere Gleichspannungen zu erreichen. Diese Anordnung ist jedoch nur gültig, wenn der Hersteller dies ausdrücklich genehmigt und die entsprechenden Testdaten bereitstellt.

Reiseeinheiten

Thermisch-magnetische Auslöser, die einen Bimetallstreifen für den Überlastschutz und eine Magnetspule für Kurzschlüsse kombinieren, bleiben das Arbeitspferd der DC-MCCBs. Elektronische Auslöser gehen noch einen Schritt weiter: Ein Mikroprozessor misst den Strom und bietet unabhängig einstellbare Langzeit-, Kurzzeit-, Momentan- und Erdschlusseinstellungen. Wenn sich Lastprofile ändern oder die Koordination mit vorgeschalteten Leistungsschaltern eng ist, a digitaler elektronischer MCCB mit Mikroprozessorsteuerung Vereinfacht Einstellungsänderungen und reduziert Fehlauslösungen.

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Standards und Verifizierung

IEC 60947-2 regelt Niederspannungsschaltanlagen, UL 489 ist die entsprechende nordamerikanische Norm. Fordern Sie den Prüfbericht an, der das DC-Bremsvermögen und die während der Prüfung verwendete Zeitkonstante zeigt. Ein Leistungsschalter, der einen 1000-V-DC-Test mit einer sehr kurzen Zeitkonstante bestanden hat, ist möglicherweise nicht für eine Batteriebank mit einer langen Zeitkonstante und einer hohen voraussichtlichen Kurzschlussenergie geeignet. Wenn Sie einen Schutz entwickeln, der über einen einzelnen Leistungsschalter hinausgeht, sind unsere Leitfaden zum elektrischen Schutz von Nieder- und Mittelspannung erklärt, wie MCCBs in ein vollständiges Koordinationsschema passen.

Wichtige Installations- und Schutzdetails

Die Beschaffung ist nur ein Teil der Arbeit. Für DC-MCCBs gelten Installationsregeln, die leicht zu übersehen sind und deren Missachtung teuer ist.

• Polarität: Einige DC-MCCBs, insbesondere kleinere Bauformen mit Permanentmagnet-Blowouts, sind polaritätsempfindlich. Eine Umkehrung des Anschlusses kann das Lichtbogenverhalten verändern und die Schaltleistung stark reduzieren.
• In Reihe geschaltete Pole: Zwei oder vier Pole eines einzelnen Leistungsschalters werden häufig in Reihe geschaltet, um die Gleichspannung und die Lichtbogenenergie auf mehrere Schaltstrecken zu verteilen. Halten Sie sich genau an den internen Schaltplan des Herstellers.
• Temperaturreduzierung: Eine hohe Umgebungstemperatur in einem Anschlusskasten oder einer Schalttafel verringert die Dauerstromkapazität. Verwenden Sie die Herabstufungskurve des Herstellers anstelle des auf dem Typenschild angegebenen Stroms.
• Abstände: DC-Abstände sind größer als AC-Abstände. Halten Sie den in der Montageanleitung angegebenen Mindestabstand zwischen spannungsführenden Teilen ein.

Diese Details sehen auf dem Papier unbedeutend aus, dominieren jedoch die Fehlerberichte vor Ort. Ein Leistungsschalter mit umgekehrter Polarität kann eine kleine Überlast beseitigen, bei hohem Kurzschlussstrom jedoch vollständig ausfallen und einen routinemäßigen Schutzpunkt in eine Lichtbogenfehlerquelle verwandeln.

Endgültige Kaufcheckliste

Bevor Sie eine Bestellung aufgeben, bestätigen Sie die folgenden Punkte schriftlich mit dem Lieferanten.

1. DC-Nennspannung gleich oder höher als die maximale Systemspannung, getestet unter DC-Bedingungen.
2. DC-Ausschaltvermögen oberhalb des voraussichtlichen Kurzschlussstroms am Installationsort.
3. Vom Hersteller für die vorgesehene Spannung freigegebene Polanordnung und Reihenschaltung.
4. Die Auslöseeinheit wird entsprechend dem Lastprofil und den Anforderungen an die Schutzkoordination ausgewählt.
5. Zertifizierungsdokumente und Typprüfberichte stehen vor der Lieferung zur Einsicht zur Verfügung.

Ein DC-MCCB ist ein Sicherheitsgerät, kein Gebrauchsgegenstand. Die zusätzlichen Minuten, die für die Überprüfung von Nennwerten und Verdrahtungsregeln aufgewendet werden, sind im Vergleich zu einem verschweißten Kontakt, einem beschädigten Wechselrichter oder einer Lichtbogenuntersuchung kostengünstig. Wenn die Anwendung ungewöhnlich ist oder die Fehlerberechnung unsicher ist, Besprechen Sie das Projekt mit unseren Ingenieuren bevor Sie sich auf ein bestimmtes Modell festlegen.