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Anwendung von DC-Sicherungen in Energiespeichersystemen

Erforschung der entscheidenden Rolle von Gleichstromsicherungen beim Schutz von Energiespeichersystemen vor Überstrom. Behandelt Kriterien für die Sicherungsauswahl, Integrationsprobleme und die Bedeutung eines zuverlässigen, sicheren ESS-Designs zur Unterstützung der Energiewende.

Während die Welt auf erneuerbare Energiequellen umsteigt, wird die Rolle von Energiespeichersysteme (ESS) hat zunehmend an Bedeutung gewonnen. ESS, zu denen Technologien wie Batterien, Superkondensatoren und Schwungräder gehören, gewährleisten die Stabilität und Zuverlässigkeit von Stromnetzen.

Diese Systeme müssen jedoch vor Überstrombedingungen geschützt werden, die zu katastrophalen Ausfällen führen können. Sicherungen sind einfache, aber wirksame Schutzvorrichtungen, die zum Schutz von ESS vor solchen Szenarien unerlässlich sind. In diesem Dokument werden die Struktur von ESS, die Rolle von Sicherungen im ESS, Auswahlkriterien und die Herausforderungen bei ihrer Bereitstellung.

Einführung in Energiespeichersysteme

Energiespeichersysteme (ESS) sind darauf ausgelegt, Energie zu speichern und bei Bedarf freizugeben, um eine zuverlässige, effiziente und stabile Stromversorgung zu gewährleisten. Die Struktur eines ESS umfasst mehrere Schlüsselkomponenten und Subsysteme, von denen jedes eine entscheidende Rolle für die Gesamtfunktionalität spielt.

Zu den Hauptelementen eines ESS gehören das Energiespeichermedium (wie Lithium-Ionen-Batterien), Stromumwandlungssystem (PCS), Energiemanagementsystem (EMS) und Hilfssysteme. Diese umfassende Struktur ermöglicht es ESS, den Energiefluss effektiv zu verwalten, die Sicherheit aufrechtzuerhalten und die Leistung zu optimieren.

Ein typisches ESS-System besteht aus mehreren Ebenen unterschiedlicher Batteriebaugruppen:

Abbildung 1: Beispiel für ESS-Batteriebaugruppen

Beispiel einer ESS-Topologie

Abbildung 2: Beispiel einer ESS-Topologie

Die Rolle von DC-Sicherungen in Energiespeichersystemen

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Eine Sicherung ist ein Gerät, das ein elektrisches System vor Überstrom (Überstrom) schützt, indem es ein oder mehrere Sicherungselemente durchbrennt und dadurch den fehlerhaften Stromkreis öffnet und isoliert. Ultraschnelle Sicherungen werden häufig zum Schutz von Leistungshalbleitern in AC- und DC-Leistungselektronikanwendungen verwendet und werden heute auch zum Schutz von Batteriesystemen wie Energiespeichern, USVs und Elektrofahrzeugen eingesetzt. ESS-Sicherungen bieten hervorragenden Schutz vor den potenziell schädlichen Auswirkungen von Kurzschlussströmen.

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ESS-Sicherungen erreichen diesen Schutz, indem sie das Ausmaß und die Dauer eines Fehlers begrenzen und dadurch die durch Überstrom erzeugte Energie und den zulässigen Spitzenstrom begrenzen.

In einem ESS bedeutet dies, dass Sicherungen nicht nur installiert werden, um die verschiedenen Ebenen des Systems vor Batteriekurzschlüssen zu schützen, sondern auch, um andere Überstromschutzgeräte wie Schütze und Schalter bei richtiger Auswahl vor Schäden zu schützen. In einigen Fällen kann eine selektive Koordination zwischen Sicherungen erreicht werden, wodurch eine weitere Schutzebene hinzugefügt wird.

Auswahlkriterien für DC-Sicherungen in ESS

Bei der Auswahl der geeigneten Sicherung für ein ESS müssen mehrere Faktoren berücksichtigt werden, um optimalen Schutz und optimale Systemleistung sicherzustellen:

1. Nennspannung:

Um einen sicheren Betrieb zu gewährleisten, muss die Sicherung eine Nennspannung aufweisen, die gleich oder höher als die Betriebsspannung des Systems ist. Die Verwendung einer Sicherung mit unzureichender Nennspannung kann dazu führen, dass die Sicherung den Fehlerstrom nicht unterbricht, was zu möglichen Schäden und Sicherheitsrisiken führen kann.

2. Aktuelle Bewertung: 

Die Nennstromstärke sollte dem normalen Betriebsstrom des Systems entsprechen, mit einem Spielraum, um vorübergehende Bedingungen ohne unnötiges Durchbrennen auszugleichen. Es ist wichtig, ein Gleichgewicht zwischen dem Schutz des Systems und der Vermeidung von Fehlauslösungen zu finden, die auftreten können, wenn die Sicherung zu empfindlich ist.

3. Bewertung unterbrechen: 

Diese Bewertung gibt den maximalen Fehlerstrom an, den die Sicherung sicher unterbrechen kann. Sie muss höher sein als der potenzielle Fehlerstrom im ESS. Eine genaue Bewertung des möglichen Fehlerstroms ist entscheidend für die Auswahl einer Sicherung mit einer angemessenen Unterbrechungsleistung.

4. Mindestabschaltvermögen (MBC): 

Der MBC der Sicherung wird bei einer bestimmten Spannung und Zeitkonstante angegeben. Es ist wichtig zu wissen, dass der MBC eine Funktion der Systemspannung und der Zeitkonstante des Schaltkreises ist, in dem sie verwendet wird. Wenn das System, in dem die Sicherung eingesetzt wird, eine niedrigere Spannung und/oder Zeitkonstante aufweist, variiert der MBC der Sicherung.

Der MBC kann je nach Sicherungstyp stark variieren. Bei Sicherungen, die in ESS-Anwendungen verwendet werden, kann der MBC zwischen dem 3- und 15-fachen des Nennstroms der Sicherung variieren. Weitere Informationen zum MBC erhalten Sie beim Sicherungshersteller.

Während der IR den Benutzern wohlbekannt ist, wird der MBC häufig übersehen. Bei ESS-Anwendungen muss der MBC aufgrund der begrenzten Kurzschlussstromerzeugungskapazität von Batterien berücksichtigt werden. Dennoch ist es auch wichtig, den MBC zu kennen, um sicherzustellen, dass die Fehlerströme, die die Sicherung unterbrechen muss, innerhalb des Betriebsbereichs der Sicherung liegen. Für die Rack-Sicherung ist ein niedriger MBC im Bereich von 2-3 In äußerst vorteilhaft, um die Koordination mit dem Schütz und dessen Schutz zu fördern.

5. Zeit-Strom-Eigenschaften: 

Die Reaktionszeit der Sicherung bei Überstrombedingungen muss den Schutzanforderungen des ESS entsprechen. Flinke Sicherungen eignen sich für empfindliche Komponenten, während träge Sicherungen ideal für Schaltkreise mit Einschaltströmen sind. Die Zeit-Strom-Kennlinie einer Sicherung bietet Aufschluss über ihr Verhalten bei verschiedenen Überstrombedingungen.

6. Umweltaspekte: 

Auch die Umgebungsbedingungen, unter denen die Sicherung betrieben wird, müssen berücksichtigt werden. Faktoren wie Temperatur, Feuchtigkeit und die Einwirkung korrosiver Umgebungen können die Leistung und Lebensdauer der Sicherung beeinträchtigen. Die Auswahl einer Sicherung mit den entsprechenden Umwelteinstufungen gewährleistet einen zuverlässigen Betrieb unter bestimmten Bedingungen.

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Schlussfolgerung

Sicherungen spielen eine entscheidende Rolle bei der Absicherung von Energiespeichersystemen und gewährleisten deren Zuverlässigkeit und Sicherheit. Durch das Verständnis der verschiedenen Sicherungstypen, ihrer Auswahlkriterien und der mit ihrer Implementierung verbundenen Herausforderungen können Ingenieure effektivere und widerstandsfähigere ESS entwickeln. Da die Nachfrage nach erneuerbarer Energie und ESS weiter wächst, wird die Entwicklung fortschrittlicher Sicherungstechnologien von entscheidender Bedeutung sein, um den sich entwickelnden Anforderungen des Energiesektors gerecht zu werden.

Sicherungen bieten nicht nur sofortigen Schutz vor Überstrom, sondern tragen auch zur langfristigen Stabilität und Effizienz von Energiespeichersystemen bei. Richtig ausgewählte und gewartete Sicherungen können katastrophale Ausfälle verhindern, Wartungskosten senken und die Lebensdauer von ESS-Installationen verlängern.

Zukünftige Forschung und Entwicklung in der Sicherungstechnologie sollten sich auf die Verbesserung der Leistungsmerkmale von Sicherungen, die Verbesserung ihrer Kompatibilität mit neuen Energiespeichertechnologien und die Entwicklung kostengünstiger Lösungen für den groß angelegten Einsatz von ESS konzentrieren.

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