Aptomat DC cho điện mặt trời áp mái: điện áp, số cực, bảo vệ chuỗi pin

2. Điện áp DC định mức đọc theo số cực

Điện áp làm việc định mức Ue (rated operational voltage) là điện áp mà hãng cam kết aptomat đóng cắt được; ý nghĩa của Ue, Ui, Uimp xem đọc nhãn aptomat Ue, Ui, Uimp, Icu, Ics. Với dòng một chiều, catalogue ghi Ue theo số cực đấu nối tiếp. Trị số Ue xoay chiều không nói gì về khả năng cắt dòng một chiều; catalogue không ghi cột DC thì không có trị số DC để dùng.

Điện áp cần so là điện áp hở mạch lớn nhất của dãy pin, UOC MAX (UOC: open-circuit voltage). Theo Schneider Electrical Installation Guide (chương PV), aptomat và cầu dao dùng trong hệ PV được thiết kế để cắt dòng định mức hoặc dòng sự cố với tất cả các cực ở điện áp UOC MAX; để cắt ở 1000 V cần bốn cực nối tiếp, mỗi cực tính (dương, âm) hai cực. Về độ lớn, hệ nối lưới đến 10 kW dùng một inverter một pha thường có UOC MAX không quá 600 V; hệ 10 đến 100 kW cho tòa nhà nhỏ thường trên 600 V, tới 1000 V.

3. IEC 60898-2 và IEC 60947-2 cho dòng một chiều

IEC 60898-2 bổ sung cho IEC 60898-1 các yêu cầu với aptomat dân dụng một cực và hai cực dùng được cả dòng xoay chiều và một chiều. Phạm vi của tiêu chuẩn: điện áp DC định mức không quá 220 V với loại một cực và 440 V với loại hai cực, dòng định mức không quá 125 A, khả năng cắt ngắn mạch DC không quá 10 000 A (IEC 60898-2:2016, mục 1). Mitsubishi BH-D10 bản DC nằm trong phạm vi này: 125 V một cực, 250 V hai cực, Icn 10 kA (catalogue Mitsubishi, không ghi năm).

Cùng một ký hiệu đường cong, ngưỡng cắt tức thời với dòng một chiều cao hơn với dòng xoay chiều (IEC 60898-2:2016, Bảng 2). Cách đọc đường cong xem đọc đường cong B, C, D của aptomat.

Aptomat công bố theo IEC 60947-2 có thể có điện áp DC cao hơn giới hạn của IEC 60898-2. Ví dụ LS LA63HDC công bố theo IEC 60947-2, tới 1000 V DC khi dùng bốn cực, đường cong C (6 In) và D (12 In) theo định nghĩa của LS (catalogue LS L-series, 03/2024). In là dòng định mức của aptomat.

4. Khi nào cần bảo vệ chuỗi pin, chọn dòng định mức

Chuỗi pin (string) là các tấm pin đấu nối tiếp. Khi nhiều chuỗi đấu song song vào một inverter, một chuỗi bị sự cố có thể nhận dòng ngược từ các chuỗi còn lại; dòng ngược gây quá nhiệt và cháy tấm pin. Nhà sản xuất tấm pin phải công bố dòng ngược lớn nhất IRM, thử theo IEC 61730-2 (Schneider Electrical Installation Guide, chương PV).

Schneider đưa điều kiện cần bảo vệ quá dòng cho chuỗi: 1,35 IRM < (Ns − 1) ISC MAX, với Ns là tổng số chuỗi và ISC MAX là dòng ngắn mạch lớn nhất của một chuỗi. Dãy pin chỉ có một hoặc hai chuỗi (hai chuỗi cùng số tấm) thì không cần bảo vệ dòng ngược.

• Bảo vệ chuỗi (IEC 60364-7-712:2017, mục 712.433.1.101.2): dòng định mức của cầu chì hoặc aptomat lớn hơn 1,5 lần và nhỏ hơn 2,4 lần dòng ngắn mạch của chuỗi ISC_MOD.
• Bảo vệ nhánh dãy (sub-array, mục 712.433.1.101.3): dòng cắt định mức lớn hơn 1,25 lần và nhỏ hơn 2,4 lần dòng ngắn mạch của nhánh ở điều kiện thử chuẩn ISC_STC_SUB-ARRAY.
• Chọn trị số trong dải trên sao cho thiết bị không tác động nhầm khi vận hành bình thường, có tính đến nhiệt độ (Schneider Electrical Installation Guide, chương PV).

5. Cầu chì cho chuỗi pin theo IEC 60269-6

IEC 60269-6 bổ sung cho IEC 60269-1 các yêu cầu với dây chảy cầu chì bảo vệ chuỗi pin và dãy pin, trong mạch có điện áp danh định tới 1 500 V một chiều (IEC webstore, phạm vi IEC 60269-6:2010; bản hợp nhất có sửa đổi 1 năm 2021). Cầu chì công nghiệp gG, aM dùng cho mạch xoay chiều xem cầu chì gG, aM dùng khi nào.

Cầu chì lắp trên đế hoặc bắt thẳng vào thanh cái, cáp không có chức năng cầu dao phụ tải. Vì vậy dùng cầu chì thì phải thêm cầu dao phụ tải để cách ly cầu chì khỏi inverter khi thay dây chảy; tủ gom chuỗi dùng cầu chì nên có cầu dao chính. Aptomat cho chỉnh định mịn và chính xác hơn cầu chì, nên cho phép dùng cáp nhánh dãy nhỏ hơn (Schneider Electrical Installation Guide, chương PV). Khác nhau giữa cầu dao cách ly và aptomat xem cầu dao cách ly và aptomat khác nhau.

Theo Schneider Electrical Installation Guide, vỏ tủ phía DC phải có cách điện kép, và IEC 60364-7-712 yêu cầu mọi tủ phía DC đáp ứng IEC 61439. Thiết bị đóng cắt có mức nhiễm bẩn 2 (theo IEC 60947-1) thì vỏ tủ phải đạt ít nhất IP5x theo IEC 60529.

6. RCD loại B phía xoay chiều của inverter

Phần lớn inverter trên thị trường không có máy biến áp, tức không cách ly giữa phía DC và phía AC, nên dòng rò một chiều có thể truyền sang phía xoay chiều (Schneider Electrical Installation Guide, mục chất lượng điện năng khi tự dùng điện mặt trời).

Theo IEC 60364-7-712, thiết bị chống dòng rò (RCD) lắp phía xoay chiều của hệ PV phải là loại B, trừ khi có cách ly giữa phía AC và phía DC, hoặc hướng dẫn của hãng inverter ghi rõ không cần loại B. RCD loại B phát hiện được dòng rò xoay chiều hình sin, một chiều dạng xung và một chiều phẳng; loại B cũng đáp ứng yêu cầu của các loại F, A và AC (Schneider Electrical Installation Guide, mục Types of RCDs).

Phân biệt RCCB, RCBO, ELCB xem RCCB, RCBO, ELCB khác nhau thế nào. Bảo vệ quá áp cho hệ PV là một chủ đề riêng, xem chống sét lan truyền SPD chọn thế nào.

7. Các bước chọn

Chọn theo năm bước sau. UOC MAX, ISC và IRM lấy từ hồ sơ thiết kế và tài liệu của hãng tấm pin.

• Lấy UOC MAX của dãy pin. Chọn aptomat hoặc cầu dao có Ue một chiều, ở số cực sẽ đấu nối tiếp, không nhỏ hơn UOC MAX (Schneider Electrical Installation Guide, chương PV). Không dùng trị số Ue xoay chiều.
• Kiểm tra tiêu chuẩn công bố: IEC 60898-2 giới hạn ở 220 V một cực, 440 V hai cực; điện áp cao hơn cần aptomat công bố theo IEC 60947-2 có cột DC, như LS LA63HDC tới 1000 V với bốn cực.
• Xét điều kiện 1,35 IRM < (Ns − 1) ISC MAX để biết có cần bảo vệ chuỗi; nếu cần, chọn dòng định mức trong khoảng 1,5 đến 2,4 lần ISC_MOD (IEC 60364-7-712:2017).
• Dùng cầu chì thì chọn dây chảy theo IEC 60269-6 và thêm cầu dao phụ tải để thay dây chảy an toàn.
• Phía xoay chiều của inverter không cách ly: dùng RCD loại B, trừ khi hãng inverter ghi không cần (IEC 60364-7-712). Danh sách aptomat DC gửi theo mẫu ở bài chuẩn bị BOQ để nhận báo giá nhanh, ghi kèm UOC MAX và số cực cần dùng.