راه‌حل‌های کاربردی قطع‌کننده‌های مدار مستقیم در بخش انرژی‌های تجدیدپذیر

I. مروری بر کلیات​
با پیشرفت سریع تولید انرژی برق از منابع تجدیدپذیر و زیرساخت‌های شارژ خودروهای الکتریکی (EV)، سیستم‌های مستقیم جریان (DC) نیازهای بالاتری برای تجهیزات حفاظتی ایمنی دارند. مداربرهای جریان متناوب (AC) سنتی نمی‌توانند به طور موثر جریان‌های خطای DC را قطع کنند، این موضوع نیاز فوری به راه‌حل‌های تخصصی مداربرهای DC را ایجاد می‌کند. این راه‌حل پیکربندی‌های حفاظتی تخصصی برای دو سناریوی کاربردی مهم ارائه می‌دهد: سیستم‌های تولید انرژی فتوولتائیک (PV) و پایلوت‌های شارژ EV.

​II. راه‌حل حفاظت DC برای سیستم‌های تولید انرژی فتوولتائیک (PV)​

1. ​تجزیه و تحلیل چالش‌های کاربردی​
   • جریان‌های کوتاه مدار در سمت DC آرایه‌های فتوولتائیک می‌توانند تا ۲۰ کیلوآمپر (kA) برسند، که از ظرفیت قطع مداربرهای سنتی فراتر است.
   • خطاهای قوسی DC می‌توانند به راحتی باعث حوادث آتش‌سوزی شوند.
   • محل‌یابی خطا دشوار است و مدت زمان متوسط رفع مشکل بیش از ۲ ساعت است.
   • مداربرهای AC در کاربردهای DC با چالش‌های خاموش کردن قوس الکتریکی و سرعت پایین قطع مواجه هستند.
2. ​ویژگی‌های راه‌حل​
   تجهیزات اصلی: مدارباز ۱۵۰۰V DC اختصاصی
   • از فناوری خاموش کردن قوس الکتریکی مغناطیسی برای قطع موثر جریان‌های خطای DC استفاده می‌کند.
   • محافظت ضد جزیره‌ای برای سیستم‌های PV را یکپارچه می‌کند تا ایمنی نگهداری شبکه را تضمین کند.
   • ماژول تشخیص خطای قوس الکتریکی (AFCI) داخلی برای جلوگیری موثر از آتش‌سوزی‌های قوسی DC.
   • طراحی ماژولار پشتیبانی از تعویض سریع و کاهش زمان تعمیر و نگهداری.
3. ​پارامترهای فنی​
   • ولتاژ اسمی: DC ۱۵۰۰V
   • ظرفیت قطع: ۲۵ kA (که ۲۰٪ بیشتر از جریان کوتاه مدار ماکزیمم سیستم‌های PV است)
   • رتبه حفاظت: IP65 (نوع بیرونی)، برای محیط‌های سخت مناسب است
   • طول عمر عملیاتی: ≥۸,۰۰۰ دور
   • محل‌یابی خطا: پشتیبانی از ارتباطات دوردست و نشان‌دهی خطا.
4. ​نتایج اجرایی​
   مطالعه موردی یک کارخانه تولید برق ۱۰۰ MW نشان می‌دهد:
   • زمان محل‌یابی خطا از ۲ ساعت به ۵ دقیقه کاهش یافته است.
   • میانگین زمان خرابی سالانه ۴۵٪ کاهش یافته است.
   • خطر آتش‌سوزی در سمت DC ۷۰٪ کاهش یافته است.

​III. راه‌حل حفاظت DC برای پایلوت‌های شارژ EV​

1. ​تجزیه و تحلیل نیازهای کاربردی​
   • پشتیبانی از سیستم‌های شارژ سریع بالاقدرت بیش از ۳۵۰ kW.
   • جلوگیری از خطاهای کوتاه مدار DC در حین شارژ.
   • سازگاری با استانداردهای پروتکل شارژ غالب.
   • حل مشکلات افزایش دما ناشی از عملکرد با جریان بالا.
2. ​ویژگی‌های راه‌حل​
   تجهیزات اصلی: مدارباز DC خنک‌کننده مایع
   • از فناوری خنک‌کننده مایع برای پشتیبانی از جریان مداوم ۵۰۰A استفاده می‌کند.
   • پروتکل‌های ارتباطی شارژ مانند CCS/CHAdeMO را یکپارچه می‌کند.
   • سیستم محافظت هوشمند از دمای بالا (به صورت خودکار در ۸۵° C بار را کاهش می‌دهد).
   • معماری محافظت دو سطحی: مدارباز اصلی + محافظت شاخه.
3. ​پارامترهای فنی​
   • ولتاژ اسمی: DC ۱۰۰۰V
   • جریان اسمی: ۵۰۰A (مدارباز اصلی)، ۲۵۰A (محافظت شاخه)
   • زمان قطع: <۵ میلی‌ثانیه (حفاظت فوق سریع)
   • طول عمر عملیاتی: ۱۰,۰۰۰ دور (برای نیازهای استفاده با فرکانس بالا)
   • رابط ارتباطی: CAN bus/Ethernet
4. ​پیکربندی نمونه​
   راه‌حل حفاظت پایلوت شارژ ۳۵۰ kW:
   • محافظت اصلی: مدارباز DC خنک‌کننده مایع ۵۰۰A (۱ واحد)
   • محافظت شاخه: مدارباز DC ۲۵۰A (۲-۴ واحد)
   • پشتیبانی از شارژ سریع همزمان با ۴ تیر بدون تداخل.

​IV. خلاصه مزایای فنی​

1. ظرفیت قطع بالا: ظرفیت قطع ۲۵ kA نیازهای مختلف سیستم‌های DC را برآورده می‌کند.
2. قطع سریع: سرعت قطع <۵ میلی‌ثانیه به طور موثر از گسترش خطا جلوگیری می‌کند.
3. یکپارچه‌سازی هوشمند: ترکیب تشخیص قوس، محافظت دمایی و توابع ارتباطی.
4. قابلیت اطمینان بالا: رتبه حفاظت IP65 و طراحی طول عمر طولانی.
5. سازگاری سیستمی: پشتیبانی از سیستم‌های PV غالب و استانداردهای پایلوت شارژ.

​V. نتیجه‌گیری​
این راه‌حل مدارباز DC نیازهای خاص بخش انرژی‌های تجدیدپذیر را با ارائه تجهیزات حفاظتی خطای DC تخصصی برآورده می‌کند. این راه‌حل به طور موثر چالش‌های قطع سیستم‌های DC را حل می‌کند، ایمنی و قابلیت اطمینان عملیاتی سیستم را به طور قابل توجهی افزایش می‌دهد و حمایت ایمنی کلیدی برای زیرساخت‌های تولید برق فتوولتائیک و شارژ EV ارائه می‌کند.