Как да изчислим и правилно проектираме AC защитно табло за фотоволтаици с хибриден инвертор

Как да изчислим и правилно проектираме AC защитно табло за фотоволтаици с хибриден инвертор

AC защитното табло при фотоволтаична система с хибриден инвертор не се оразмерява просто „по киловатите на инвертора“. Трябва да знаем дали системата е монофазна или трифазна, максималния непрекъснат AC ток, максималния pass-through/bypass ток, кабела, тока на късо съединение, заземителната система, необходимата дефектнотокова защита и архитектурата на GRID и BACKUP/EPS портовете.

Защо хибридният инвертор е по-сложен?

Хибридният инвертор може да отдава енергия от PV или батерия, да приема енергия от мрежата за зареждане и при някои модели да пропуска значителен ток от GRID към LOAD/EPS чрез вътрешен байпас. Затова номиналната мощност не е достатъчна за оразмеряване на всички AC вериги.

1. Определяме максималния AC ток

За предварително изчисление при монофазна система: I ≈ P / (U × cosφ).

При трифазна система: I ≈ P / (√3 × U_LL × cosφ).

Окончателният избор се прави по максималния AC output current/rated AC current от datasheet-а на производителя.

Пример: 6 kW монофазно

При 230 V и cosφ≈1: I ≈ 6000/230 = 26.1 A.

Пример: 10 kW трифазно

При 400 V: I ≈ 10000/(1.732×400) = 14.4 A на фаза.

2. Проверяваме pass-through/bypass тока

Това е критична проверка при хибридните инвертори. Ако има GRID вход и LOAD/EPS изход, през инвертора може да преминава мрежова мощност към резервираните товари. Допустимият bypass ток може да е по-висок от тока, съответстващ на номиналната мощност на инвертора.

Например 6 kW при 230 V са около 26 A, но ако производителят допуска 40 A или 50 A pass-through, участъкът GRID → inverter не трябва механично да се проектира като 26 A верига.

3. Оразмеряваме кабела и защитата като система

Основната координация е I_B ≤ I_n ≤ I_Z, където I_B е проектният ток, I_n е номиналът на защитата, а I_Z е допустимият ток на кабела след корекционните фактори.

Не е универсално вярно „32 A = 6 mm²“ или „63 A = 10 mm²“. Сечението зависи от материал, изолация, температура, групиране, начин на полагане и брой натоварени проводници. Виж IEC 60364-5-52.

4. Проверяваме пада на напрежение

Кабелът може да издържа термично тока, но да има прекомерен пад на напрежение при голяма дължина. При grid-connected инвертор това може да повлияе и на напрежението, измерено на клемите му. Сечението се проверява и по допустим ток, и по пад на напрежение.

5. Избираме прекъсвателната способност

6 kA, 10 kA и 15 kA показват способността на прекъсвача безопасно да прекъсне ток на късо съединение при зададените условия. Те не се избират според kW на инвертора. Прекъсвателната способност трябва да е достатъчна спрямо очаквания ток на късо съединение в точката на монтаж.

6. Колко полюса трябва да има MCB?

При монофазна система често се използва двуполюсно изключване. При трифазна система изборът между 3P и 4P зависи от схемата, неутралата, режима на инвертора и изискванията за изолиране. При хибридна система трябва да се провери поведението на N при grid-connected и island/EPS режим. Следва се схемата на производителя.

7. B, C или D крива?

Кривата не се избира според това, че системата е „соларна“. Тя определя моментното магнитно изключване и трябва да е съгласувана с товара, пусковите токове, импеданса на контура и условията за автоматично изключване. При AC връзки на инвертори често се среща C характеристика, но решаващи са проектът и инструкцията на производителя.

8. Дефектнотокова защита – RCD

RCD не се избира само по надписа 30 mA. Трябва да се провери какви остатъчни токове може да създава инверторът и каква DC residual-current detection функция има в него.

Изборът между Type A, Type F, Type B или друга допустима конфигурация се прави по инструкцията на производителя, системната схема и приложимите правила. Type B не е автоматично задължителен за всеки хибриден инвертор.

При „40 A / 30 mA“ 40 A е номиналният ток, а 30 mA е номиналният остатъчен ток на сработване. RCCB без вградена свръхтокова защита трябва да е правилно координиран със свръхтоковата защита.

9. SPD на AC страната

SPD се избира според системата TN/TT/IT, схемата 1P+N или 3P+N, Uc, Up, разрядните параметри, мълниезащитната концепция и необходимостта от Type 1, Type 2 или комбинирано решение. За избор и монтаж на защитни, изолиращи и комутационни устройства е релевантен IEC 60364-5-53.

Проводниците към SPD трябва да са възможно най-къси и правилно оразмерени, защото допълнителната индуктивност при импулсен ток влошава реалното защитно ниво.

10. GRID и BACKUP/EPS са различни функционални вериги

МРЕЖА
  │
  ├── AC защита GRID ──→ GRID порт на хибридния инвертор
  │
  └── основно табло / останали товари

ХИБРИДЕН ИНВЕРТОР
  │
  └── LOAD / EPS / BACKUP ──→ отделна защита ──→ резервирани товари

Конкретната схема зависи от модела. Някои инвертори имат вътрешен transfer switch, други изискват външна апаратура или специфична организация на N/PE. GRID и EPS не трябва да се свързват като две произволни AC линии.

11. Селективност и координация

Главната защита, защитата на инвертора и защитите на резервираните товари трябва да се координират. Целта е повреда в крайна верига да не изключва ненужно цялата система, доколкото проектът и използваните устройства позволяват селективност.

Пример: монофазен хибриден инвертор 6 kW

I ≈ 6000/230 ≈ 26.1 A. След това се проверяват максималният AC output current, GRID/pass-through токът, изискванията за MCB/RCD, кабелът и дължината, токът на късо съединение, SPD, заземяването и EPS веригата. Едва тогава може да се реши дали например 32 A защита е подходяща.

Пример: трифазен хибриден инвертор 12 kW

I ≈ 12000/(1.732×400) ≈ 17.3 A на фаза. Това не означава автоматично 20 A MCB. Ако datasheet-ът допуска по-висок output или pass-through ток, съответната верига се проектира по реалните максимални стойности.

Защо 10 kW монофазен и 10 kW трифазен инвертор искат различно табло?

При 10 kW монофазно и 230 V токът е приблизително 43.5 A. При 10 kW трифазно и 400 V е приблизително 14.4 A на фаза. Еднаквата мощност води до съвсем различни токове, кабели и защитни апарати.

Практическа процедура за проектиране

1. Записваме точния модел на инвертора.
2. Определяме 1P/3P и напрежението.
3. Вземаме max AC output current.
4. Вземаме max GRID/pass-through/bypass current.
5. Проверяваме изискванията на производителя за MCB/RCD.
6. Определяме проектния ток на всяка AC верига.
7. Оразмеряваме кабела по допустим ток и пад на напрежение.
8. Избираме MCB така, че да защитава кабела и да изпълнява условията за автоматично изключване.
9. Проверяваме необходимата прекъсвателна способност.
10. Определяме правилния RCD тип и номинал.
11. Избираме AC SPD.
12. Проектираме отделно GRID и EPS/BACKUP.
13. Проверяваме N и PE в grid/island режим.
14. Проверяваме селективността.
15. Означаваме ясно всички източници.

Данни, необходими за техническо задание

Най-честите грешки

• MCB се избира само по kW;
• не се проверява pass-through токът;
• кабелът се избира по универсална таблица без условията на полагане;
• 6/10 kA се свързва погрешно с kW;
• RCD се избира само по 30 mA;
• SPD се избира само по „Type 2“;
• GRID и EPS се третират като една верига;
• не се проверява неутралата в island режим;
• не се следва схемата на производителя;
• не се отчита наличието на повече от един източник.

Стандартите зад проекта

IEC 60364-7-712 е специалната част за PV захранващи инсталации. Актуалното IEC издание е 2025 и включва изисквания, свързани с възможни системи за съхранение и island-mode PV инсталации.

IEC 60364-5-53 разглежда избора и монтажа на устройства за защита, изолиране, комутация, управление и мониторинг. За power electronic converter systems е релевантен и IEC 62477-1, включително за bidirectional power converters.

Инженерен извод

AC защитното табло за хибриден PV инвертор се проектира по реалните токове и режими на системата, а не само по мощността върху инвертора. Критични са AC output current, pass-through/bypass current, EPS токът, кабелът, токът на късо съединение, RCD, SPD и архитектурата GRID/EPS.

Свързани понятия и стандарти

• RCD – дефектнотокова защита
• SPD – защита от пренапрежение
• IEC 60364-5-52
• IEC 60364-5-53
• IEC 60364-7-712
• IEC 62477-1

Технически характеристики