เบรกเกอร์ขนาดเล็ก DC ตัวใดปกป้องระบบโซลาร์ PV ได้อย่างมีประสิทธิภาพ

ทำไมระบบโซลาร์ PV จึงต้องใช้เบรกเกอร์ขนาดเล็ก DC โดยเฉพาะ?

กระแสสลับ (AC) มีจุดตัดผ่านศูนย์ตามธรรมชาติในทุกครึ่งรอบ ซึ่งช่วยดับอาร์กเมื่อเครื่องตัดวงจรเปิด กระแสตรง (DC) จากแผงโซลาร์ไม่มีจุดตัดผ่านศูนย์นี้ — กระแสไหลอย่างต่อเนื่อง ทำให้การตัดอาร์ก DC ยากขึ้น เบรกเกอร์ขนาดเล็ก (MCB) แบบ AC มาตรฐานไม่สามารถตัดวงจร DC ได้อย่างปลอดภัยภายใต้สภาวะผิดพลาด อาร์กอาจคงอยู่ ทำให้อุปกรณ์เสียหายหรือเกิดไฟไหม้ เบรกเกอร์ขนาดเล็ก DC เช่น SGB-80 ได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมด้วยห้องดับอาร์กแบบมืออาชีพ ขดลวดเป่าระบายอาร์กด้วยแม่เหล็ก และวัสดุหน้าสัมผัส เพื่อบังคับให้อาร์กดับ ในระบบ PV แรงดันของสตริงสูงถึง 600 VDC ถึง 1500 VDC และกระแสไฟฟ้าลัดวงจรอาจสูงได้ ต้องใช้ MCB แบบ DC โดยเฉพาะที่จุดป้องกันทุกจุด: ในกล่องรวมสาย อินพุต DC ของอินเวอร์เตอร์ และวงจรจัดเก็บแบตเตอรี่

MCB DC สำหรับ PV ควรมีคุณสมบัติทางเทคนิคอะไรบ้าง?

การเลือก MCB DC สำหรับพลังงานแสงอาทิตย์ต้องประเมินพารามิเตอร์หลายอย่าง:

• แรงดันพิกัด (Ue): ต้องเทียบเท่าหรือสูงกว่าแรงดันสูงสุดของระบบ (600V, 1000V หรือ 1500V DC) SGB-80 มีจำหน่ายในคอนฟิกูเรชันสูงสุดถึง 1500 VDC
• กระแสพิกัด (In): เลือกตามกระแสของสตริงและปัจจัยการลดพิกัด พิกัดทั่วไปอยู่ระหว่าง 1A ถึง 63A สำหรับ SGB-80
• ความสามารถในการตัดกระแส (Icu): กระแสข้อขัดข้องสูงสุดที่เบรกเกอร์สามารถตัดได้ที่แรงดันพิกัด สำหรับระบบ PV ค่าทั่วไปคือ 10 kA ถึง 25 kA SGB-80 ให้สูงสุดถึง 20 kA ที่ 1000 VDC
• การกำหนดค่าขั้ว: เนื่องจากแรงดัน DC ที่สูง เบรกเกอร์จึงถูกต่อแบบอนุกรม (เช่น 2 ขั้วสำหรับ 1000V) SGB-80 มีตัวเลือก 1P, 2P, 3P และ 4P พร้อมการต่ออนุกรมภายในสำหรับพิกัดแรงดันที่สูงขึ้น
• วิธีการดับอาร์ก: มองหาการออกแบบที่ใช้แม่เหล็กถาวร ตะแกรงดับอาร์กเซรามิก หรือขดลวดเป่าแม่เหล็ก SGB-80 ใช้โครงสร้างการเป่าแม่เหล็กที่เป็นเอกลักษณ์ร่วมกับห้องดับอาร์กประสิทธิภาพสูงเพื่อยืดและระบายความร้อนอาร์ก
• ชุดตัดวงจรแบบความร้อน-แม่เหล็ก: รับประกันการป้องกันการรับเกินพิกัด (ไบเมทัลความร้อน) และการป้องกันไฟฟ้าลัดวงจร (โซลีนอยด์แม่เหล็ก) SGB-80 มีเส้นโค้งการตัดวงจรที่แม่นยำ (B, C, D) เพื่อให้เข้ากับประเภทของโหลด

ซีรีส์ SGB-80 ดับอาร์กในวงจร DC ได้อย่างเชื่อถือได้อย่างไร?

การดับอาร์กในเบรกเกอร์ DC อาศัยการยืดและระบายความร้อนอาร์กจนกระทั่งความต้านทานของช่องว่างสูงพอที่จะหยุดการไหลของกระแส SINGI SGB-80 DC MCB ผสมผสานองค์ประกอบการออกแบบหลายอย่าง:

• คอยล์เป่าด้วยแม่เหล็ก: เมื่อเกิดข้อขัดข้อง กระแสสูงจะสร้างสนามแม่เหล็กที่ดันอาร์กเข้าไปในห้องดับอาร์ก ทำให้อาร์กยืดออก
• แผ่นนำอาร์กและตะแกรงเซรามิก: อาร์กถูกบังคับให้ผ่านแผ่นเหล็กที่ซ้อนกัน (ตะแกรงดับอาร์ก) ซึ่งแบ่งอาร์กออกเป็นส่วนเล็กๆ เพิ่มแรงดันตกคร่อมรวมและระบายความร้อนอาร์ก
• ผลการลดประจุไอออน: วัสดุและรูปทรงของตะแกรงช่วยลดการเกิดไอออนของพลาสมาอาร์ก เร่งการฟื้นตัวของไดอิเล็กทริกหลังกระแสเป็นศูนย์ (ถูกบังคับให้เป็นศูนย์โดยแรงดันอาร์ก)
• หน้าสัมผัสตัดคู่: แต่ละขั้วใช้ช่องว่างคอนแทคต์สองช่องต่ออนุกรม ซึ่งเพิ่มแรงดันอาร์กเป็นสองเท่าและปรับปรุงความสามารถในการตัดกระแส

คุณสมบัติเหล่านี้ทำให้ SGB-80 สามารถตัดกระแส DC ได้อย่างปลอดภัยจนถึงความสามารถในการตัดกระแสพิกัด การศึกษาแบบจำลองล่าสุดเกี่ยวกับการเคลื่อนที่ของอาร์กใน MCB แบบ DC (เช่น อ้างอิงจากแบบจำลองแมกนีโตไฮโดรไดนามิก) ยืนยันว่าการปรับความแรงของสนามเป่าระบายและรูปทรงห้องดับอาร์กให้เหมาะสมช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพการตัดวงจร — เป็นหลักการที่นำมาใช้ในการออกแบบ SGB-80

ข้อควรพิจารณาในการติดตั้งใดที่สำคัญสำหรับ MCB DC ในงาน PV?

การติดตั้ง MCB สำหรับ DC อย่างเหมาะสมในระบบโซลาร์ส่งผลต่อทั้งความปลอดภัยและประสิทธิภาพ:

• ขั้ว: เนื่องจากเบรกเกอร์ DC บางรุ่นมีความไวต่อขั้ว จึงต้องตรวจสอบทิศทางการต่อสายให้ถูกต้อง SGB-80 ได้รับการออกแบบเป็น MCB DC แบบไม่มีขั้ว (non-polarized) หมายความว่าสามารถต่อได้ทั้งสองทิศทางโดยไม่กระทบต่อประสิทธิภาพ ช่วยลดข้อผิดพลาดในการติดตั้ง
• การลดพิกัด: อุณหภูมิแวดล้อมภายในกล่องรวมสายอาจสูงเกิน 50°C SGB-80 มีแผนภูมิการลดพิกัดตามอุณหภูมิ (temperature derating) สำหรับปรับกระแสพิกัด
• การเชื่อมต่อแบบอนุกรม: เมื่อใช้หลายขั้วต่ออนุกรมเพื่อให้ได้ระดับแรงดันที่สูงขึ้น การเดินสายภายในถูกตั้งค่ามาจากโรงงานแล้ว ผู้ติดตั้งเพียงต่อไลน์และโหลดเข้ากับขั้วต่อที่กำหนด เบรกเกอร์จะเชื่อมขั้วต่างๆ เข้าด้วยกันภายใน
• การป้องกันของตัวเครื่อง: สำหรับการติดตั้งกลางแจ้ง SGB-80 สามารถติดตั้งในกล่องหุ้มที่ได้มาตรฐาน IP65 หรือสูงกว่า โดยใช้ขนาดกล่องยึดสาย (cable gland) ที่เหมาะสม
• การประสานงานกับฟิวส์: ในระบบโฟโตโวลตาอิก MCB DC ถูกใช้ร่วมกับฟิวส์ String เพื่อให้เกิดการประสานการทำงานแบบเลือกได้ (selectivity) คุณลักษณะการตัดวงจรของ SGB-80 สามารถประสานกับฟิวส์โฟโตโวลตาอิกมาตรฐานได้

การรับรองและมาตรฐานใดที่ใช้กับ MCB DC ในระบบโฟโตโวลตาอิก?

สำหรับตลาดโลก MCB DC ต้องเป็นไปตามมาตรฐานผลิตภัณฑ์เฉพาะ:

• IEC 60947-2: มาตรฐานหลักสำหรับเบรกเกอร์แรงดันต่ำ รวมถึงพิกัด DC โดยกำหนดข้อกำหนดเกี่ยวกับแรงดันพิกัด ความสามารถในการตัดกระแส การป้องกันกระแสเกิน และความแข็งแรงทางไดอิเล็กทริก
• UL 489 (ภาคผนวก DC): ในอเมริกาเหนือ UL 489 ครอบคลุมเครื่องตัดวงจรแบบกล่องหุ้ม พร้อมข้อกำหนดเพิ่มเติมสำหรับงาน DC (เช่น ความทนทานต่อแรงดัน DC และการควบคุมอาร์ก) SGB-80 ได้รับการรับรองตาม UL 489 สำหรับงาน DC
• IEC 60898-1: แม้จะใช้กับไฟ AC แต่เบรกเกอร์ที่ได้พิกัด DC บางรุ่นอาจสอดคล้องกับมาตรฐานนี้สำหรับการใช้งานในที่พักอาศัยด้วย
• IEC 60947-3 (ส่วนที่ 3): ใช้สำหรับสวิตช์ตัดตอน (disconnector) และสวิตช์ตัดโหลด แต่เบรกเกอร์ DC บางรุ่นรวมทั้งฟังก์ชันการสวิตช์และการป้องกันไว้ด้วยกัน

เบรกเกอร์ SINGI SGB-80 มีการรับรองรวมถึง CE, CB และ UL เหมาะสำหรับข้อกำหนดของโครงการโฟโตโวลตาอิกทั่วโลก นอกจากนี้ยังสอดคล้องกับข้อกำหนดแรงดันต่ำ (2014/35/EU)

เอกสารอ้างอิง

[1] IEC 60947-2:2019. อุปกรณ์สวิตช์เกียร์และคอนโทรลเกียร์แรงดันต่ำ – ส่วนที่ 2: เครื่องตัดวงจร คณะกรรมาธิการอิเล็กเทคนิคัลระหว่างประเทศ

[2] Zhang Y, et al. Simulation study on arc motion process of DC miniature circuit breakers. Journal of Applied Physics, 2023, 134(15): 155104. DOI: 10.1063/5.0174184.

[3] UL 489. Molded-Case Circuit Breakers, Molded-Case Switches and Circuit-Breaker Enclosures. Underwriters Laboratories, 2021.