Ugasitev lokov v enosmernih relejih za sisteme shranjevanja energije

Uvod v stikanje visokonapetostnega enosmernega toka v obnovljivih virih energije

Globalni prehod k obnovljivim virom energije je povzročil brezprimerni rast namestitev sončnih elektrarn na industrijski ravni, vetrnih elektrarn in sistemov za shranjevanje energije z baterijami (BESS). Ti sodobni energetski sistemi zelo zanašajo na visenapetostne enosmerne tokove (DC) za maksimalno učinkovitost prenosa in brezhibno integracijo z baterijsko kemijo. Vendar upravljanje visenapetostnega enosmernega toka predstavlja pomembne inženirske izzive, ki se temeljito razlikujejo od tradicionalnih izmeničnih tokov (AC). Za direktorje nakupov B2B in voditelje elektroprojektov je izbor varnostnih in krmilnih komponent za uporabo v DC sistemih potreben poseben tehnični pristop. Med te komponente spadajo ključni visenapetostni DC releji (pogosto imenovani DC stikali), ki so nujni za izolacijo sistema, predpolnjenje in izklop v sili. Pri preklopu visenapetostnih DC vezij je nastanek električnega loka neizogibno fizikalno pojav. Brez zelo učinkovitih mehanizmov za potiskanje lokov lahko ti releji trpijo katastrofalno poškodbo, kar predstavlja resno varnostno grožnjo za celotno napravo za shranjevanje energije. Razumevanje ključne nujnosti potiskanja lokov je ključno za izbiro zanesljivih in trajnih komponent za preklop v projektih obnovljive energije.

V: Zakaj je »potiskanje lokov« nujno za enosmerni tok (DC) releje v sistemih za shranjevanje energije iz obnovljivih virov?

Odgovor:

Potiskanje lokov je popolnoma nujno za enosmerni tok (DC) releje v sistemih za shranjevanje energije iz obnovljivih virov, ker enosmerni tok nima naravnega ničelnega prehoda, ki ga ima izmenični tok (AC). Ko se kontakti izmeničnega toka odprejo, tok dvakrat na cikel pade na nič, kar naravno ugasne morebiten električni lok. Nasprotno, tok enosmerne smeri ohranja neprekinjeno in nespremenljivo napetost ter tok, kar povzroči nastanek zelo stabilnega in intenzivnega električnega loka med kontakti ob njihovem ločevanju. Če se loka ne ugasne hitro in učinkovito, bo ta trajni lok, ki lahko doseže temperature več tisoč stopinj Celzija, stopil kontakte, jih zvaril skupaj, razgradil okoliško izolacijo in morda povzročil katastrofalne fizične eksplozije ali električne požare znotraj nadzornega panela.

Fizika loka pri enosmernem toku nasproti loku pri izmeničnem toku

Za popolno razumevanje pomembnosti potiskanja lokov je treba preučiti fizično obnašanje električnih lokov v izmeničnih (AC) in enosmernih (DC) vezjih.

V izmeničnem (AC) sistemu napetost in tok periodično spreminjata smer (običajno petdeset ali šestdesetkrat na sekundo). To pomeni, da se trenutna napetost vsakih deset milisekund (v sistemu z izmenično frekvenco 50 Hz) zniža na nič. Ko se stiki izmeničnega (AC) relay odprejo, se ustvari lok, vendar se lok takoj ugasne, ko izmenični (AC) signal doseže naslednjo ničlo, saj lok izgubi gonilno napetost. To naredi upravljanje lokov v izmeničnih (AC) sistemih relativno preprosto in omogoča, da so releji za izmenični (AC) tok fizično manjši in preprostejši.

V enosmernem (DC) sistemu je napetost ravna in neprekinjena. Ni točk ničelnega prehoda. Ko se stikala enosmernega releja začnejo ločevati, je zračni razmik med njimi zelo majhen. Ker je napetost visoka (v sodobnih sistemih za shranjevanje energije v baterijah običajno znaša od štiristo do več kot tisoč petsto voltov), je električna poljska jakost prek tega zelo majhnega razmika izjemno velika. To polje ionizira molekule zraka in zrak spremeni v zelo prevodno plazemsko povezavo – električni lok.
Ko se enosmerni lok enkrat ustvari, traja, dokler napetostni vir lahko premaga upornost plazemske povezave. Lok deluje kot zelo učinkovit električni vodnik in nadaljuje prenašanje tokovne krožnice, čeprav so stikala fizično ločena. Da bi ugasnil ta lok, mora relej fizično raztegniti, ohladiti ali ugasniti plazemsko povezavo izjemno hitro.

Posledice nezadušenega loka v sistemih za shranjevanje energije v baterijah

Ko DC rele ne morejo ustrezno zatirati lokov, so posledice ločitve stikov pod obremenitvijo hude in takojšnje:

• Odpoved in razgradnja stikov: Intenzivna toplota nezatiranega loka stopi kovino na površini stikov. To povzroči hitro prenašanje materiala, nastanek jamic in oksidacijo. Že po nekaj desetih delovanjih se odpornost stikov znatno poveča, kar povzroči pregrevanje releja med normalnim delovanjem.
  
• Zvarjanje stikov: Če lok obstaja tudi ob ponovnem zapiranju stikov ali če je lokalna temperatura dovolj visoka, se stopljene površine stikov lahko zvarita skupaj ob zaprtju. Ko se stiki zvarijo, releja ni več mogoče odpreti, kar izniči njegovo funkcijo kot naprave za izolacijo ali varnostno prekinitev. To je kritičen način odpovedi v sistemih za shranjevanje energije v baterijah, kjer je sposobnost izolacije okvarjenega baterijskega niza ključnega pomena.
  
• Kratki stiki med fazami ali med fazo in zemljo: ioniziran plin, ki ga povzroča dolgotrajna lokovna razbija, je zelo prevodljiv. Če ta prevodljiv plin uide iz zaprtega prostora releja, lahko premosti razdaljo do sosednjih komponent ali kovinske ohišja in povzroči uničujoč kratki stik.
  
• Nevarnosti požara in eksplozije: neprekinjena lokovna razbija lahko segreje plastiko ohišja releja čez njeno vžigalno temperaturo, kar lahko povzroči lokalne požare, ki se lahko razširijo na module litij-ionskih baterij, ki so zelo občutljivi na toplotni nestabilnost.
  

Sodobne tehnologije za potiskanje loka v industrijskih enosmernih relejih

Za boj proti tem nevarnostim proizvajalci visokonapetostnih enosmernih relejev uporabljajo več zelo naprednih tehnologij za potiskanje loka:

• Magnetni izklopniki: Ta tehnologija uporablja močne trajne magnete ali elektromagnetne tuljave, ki so nameščene ob stikih. Ko se oblikuje lok, magnetno polje deluje z Lorenzovo silo na nabite delce v plazmi in fizično potiska ter ukrivlja lok stran od površin stikov. S tem se lok raztegne, kar poveča njegovo električno odpornost, in ga prisili v izklopnike za lokske loki.
  
• Izklopniki za lokske loki in razdelilne plošče: Izklopniki za lokske loki so niz vzporednih keramičnih ali kovinskih plošč. Ko magnetni izklopniki prisilijo lok v izklopnik, se lok razdeli na več manjših lokov. To poveča skupno napetost, potrebno za ohranjanje loka, in hitro ohladi plazmo, kar povzroči njeno ugasnitev.
  
• Hermetično zapiranje in napolnjevanje z plinom: Številni visokomoznostni enosmerni releji so hermetično zaprti v keramični ali stekleni ovojnici ter napolnjeni z posebno mešanico plinov, na primer z visokočistim vodikom ali dušikom pod tlakom. Vodik ima izjemno visoko toplotno prevodnost, kar omogoča hitrejše hlajenje in deionizacijo lokovne plazme kot zrak ter skoraj takojšnje ugašanje loka.
  
• Dvojni prekinjalni kontakti: Namesto enega gibljivega kontaktnega mostu dvojni prekinjalni releji hkrati prekinjajo vezavo na dveh ločenih mestih. To učinkovito podvoji razdaljo loka in napetost razdeli na dva loka, kar jih naredi veliko lažje za ugašanje.
  

Zakup visokokakovostnih enosmernih relejev: Prednost DAQCN

Za nabavne menedžerje B2B je pridobitev DC relejev z dokazano in zanesljivo potiskanjem lokov nesprejemljiva. Pri DAQCN smo razvili specializirano serijo visokonapetostnih DC stikal in relejev, ki so posebej zasnovani za zahtevne zahteve sistemov za shranjevanje energije iz obnovljivih virov in infrastrukture za polnjenje električnih vozil.

DAQCN DC releji uporabljajo kombinacijo trpežnih trajnih magnetnih sistemov za potiskanje lokov in močnih keramiknih lokišč. Naši premium modeli so hermetično zaprti in napolnjeni z visokotlačnim plinom, kar zagotavlja izjemno hitro ugašanje lokov tudi v primerih nujnega izklopa pri polni obremenitvi.

S izbiro DAQCN lahko projektne voditelje zagotovijo, da bodo sistemi za shranjevanje energije v baterijah zaščiteni z releji, ki so konstruirani tako, da zdržijo posebne napetosti enosmerne tokovne (DC) obremenitve, kar maksimalno poveča varnost in zagotavlja skladnost z mednarodnimi standardi, kot so UL 60947-4-1 in IEC 60947-4-1.

Zaključek in nasveti za nakup

Pri načrtovanju in nabavi sistemov za shranjevanje energije iz obnovljivih virov nikoli ne žrtvujte varnosti stikala za enosmerni tok (DC). Fizična realnost enosmerne električne energije naredi potiskanje lokov ključno za preprečevanje zvarjanja kontaktov, poškodb opreme in električnih požarov. Pri ocenjevanju dobaviteljev morajo direktorji za nabavo preveriti, ali so določeni releji za enosmerni tok opremljeni z integriranim magnetnim izpuhom, trpežnimi lokovnimi komorami ali hermetičnim plinskim tesnjenjem. Sodelovanje z izkušenim proizvajalcem, kot je DAQCN, zagotavlja, da so vaše namestitve opremljene z najnovejšo tehnologijo stikal za enosmerni tok, kar jamči varnost, zanesljivost in dolgo življenjsko dobo vaše naložbe v obnovljive vire energije.