Zabezpieczenia magazynów energii (BESS) – rola wkładek topikowych gBat i aBat od ETI

Rosnąca liczba instalacji fotowoltaicznych i wiatrowych sprawia, że magazyny energii stają się niezbędnym elementem systemów zasilania. Fotowoltaika działa jedynie w ciągu dnia, a elektrownie wiatrowe produkują energię tylko przy odpowiednich warunkach atmosferycznych. Z tego powodu konieczne jest gromadzenie nadwyżek energii i wykorzystanie ich w czasie, gdy źródła OZE nie pracują.

Magazyny energii (BESS) powstają z szeregowanych i równolegle łączonych akumulatorów. Dzięki temu uzyskuje się odpowiednie napięcie całego układu oraz wymaganą pojemność i moc. Napięcie w takich systemach zwykle wynosi kilkaset woltów DC.

Ze względu na prąd stały, który nie przechodzi przez zero jak w układach AC, zabezpieczenia muszą być odpowiednio zaprojektowane. Gaszenie łuku elektrycznego w obwodach DC jest trudniejsze i wymaga specjalnych elementów ochronnych.

Nieprawidłowo dobrane zabezpieczenia mogą prowadzić do awarii, a nawet pożarów, których opanowanie w przypadku instalacji DC jest bardzo trudne. Znane są przypadki z systemów PV i elektromobilności, gdzie łuk elektryczny generował poważne straty.

Z tego powodu konieczne jest stosowanie bezpieczników o odpowiednich parametrach oraz ich prawidłowe rozmieszczenie w systemie.

W odpowiedzi na potrzeby rynku wprowadzono normę IEC 60269-7, która określa specjalne wkładki do ochrony BESS. Firma ETI d.o.o., jako uczestnik prac komitetu IEC, opracowała dedykowane rozwiązania.

Dostępne są dwie charakterystyki:

• gBat (pełnozakresowa) – zabezpiecza zarówno przed przeciążeniem, jak i zwarciem.

• aBat (niepełnozakresowa) – działa wyłącznie przy zwarciach, a minimalny prąd zadziałania wynosi ok. 10-krotność prądu znamionowego. Z tego powodu wkładki aBat wymagają dodatkowego zabezpieczenia przeciążeniowego.

Każda wkładka przeznaczona do BESS musi być oznaczona charakterystycznym symbolem „Battery Fuse”.

Wkładki cylindryczne CH – pierwszy poziom

• Zakres prądów: 2–35 A

• Napięcie: 550 V DC lub 800 V DC

• Stosowane do ochrony równoległych rzędów akumulatorów przed konwerterem DC/DC lub falownikiem DC/AC.

Wkładki nożowe NH – drugi poziom

• Zakres prądów: 20–630 A

• Napięcie: do 1500 V DC

• Montowane blisko konwertera lub falownika, zabezpieczają przewody od wspólnego punktu połączenia rzędów baterii.

Systemy BESS wymagają dwóch poziomów ochrony:

• pierwszy – przy poszczególnych rzędach akumulatorów (wkładki CH),

• drugi – przy konwerterze lub falowniku (wkładki NH).

W przypadku zwarcia w jednym z rzędów, prąd zwarciowy wsteczny przepływa z pozostałych akumulatorów połączonych równolegle. Wtedy wkładka CH musi natychmiast odłączyć uszkodzony fragment. Gdy zwarcie wystąpi bliżej falownika, funkcję ochronną przejmuje wkładka NH.

Ważnym elementem jest selektywność zabezpieczeń – aby zadziałała wyłącznie ta wkładka, która znajduje się najbliżej miejsca zwarcia. Osiąga się to poprzez odpowiedni dobór prądów znamionowych. Zasadą jest stosunek co najmniej 1 : 1,6 pomiędzy wkładką poprzedzającą a chronioną.