Siguranța bateriei solare: calculul și MEGA, MIDI, ANL sau Class T

Răspunsul rapid

• Siguranța de lângă baterie apără cablul, nu aparatul. La un scurtcircuit, bateria împinge mii de amperi prin cablu, iar siguranța trebuie să se deschidă înainte ca izolația să se topească.

• Patru cifre decid alegerea. Tensiunea nominală trece de tensiunea maximă de încărcare, iar capacitatea de rupere, de curentul de scurtcircuit al bateriei. Curentul nominal stă cu circa 25% peste consumul continuu, dar sub ce duce cablul.

• Formatul urmează locul: MIDI pe ramurile mici, MEGA sau ANL pe invertoare și bare colectoare, Class T ca siguranță principală la bancurile LiFePO4 mari.

• Pe 48 V, siguranța de 32 V e exclusă. Bancul LiFePO4 urcă la 55-58 V la încărcare, deci îi trebuie siguranțe marcate 58 V sau, cu marjă, 80 V.

• Montajul contează cât valoarea: pe plus, la cel mult circa 18 cm de bornă, cu papucul așezat direct pe lama siguranței și strâns la cuplul din fișă.

Ce protejează, de fapt, siguranța bateriei solare

Cablul dintre baterie și primul aparat nu are altă limită de curent decât rezistența lui și a bateriei. Dacă izolația se roade de o muchie de tablă sau o cheie cade peste borne, curentul sare instantaneu la mii de amperi. La asemenea valori, cablul își topește izolația în câteva secunde. Siguranța e piesa pusă acolo ca să cedeze prima, deci valoarea ei se leagă de cablul protejat, iar aparatul de la capăt fixează doar limita de jos.

În curent continuu, greu nu e să topești firul fuzibil, ci să stingi arcul care urmează. În rețeaua de 230 V curentul trece prin zero de 100 de ori pe secundă, iar arcul se stinge aproape singur. O baterie împinge curentul fără pauză, deci arcul poate rămâne aprins între capete.

Cât de bine îl stinge o siguranță spun două cifre de pe fișă: tensiunea nominală și capacitatea de rupere. Din același motiv, o siguranță automată de tablou marcată doar pentru curent alternativ nu se pune pe circuitul bateriei. Aparatajul de 230 V e explicat în ghidul despre siguranțele automate cu curba B sau C.

MEGA, MIDI, ANL și Class T: prin ce diferă

Toate patru se prind cu șuruburi în suporturi dedicate; le deosebesc curenții, tensiunea gamei și, mai ales, cât curent de scurtcircuit pot întrerupe.

Capacitățile de rupere sunt din cartea Victron Wiring Unlimited și diferă după producător și tensiune: o MEGA de 58 V are acolo doar 1.000 A. Contează fișa siguranței pe care o cumperi.

MIDI e formatul compact, pentru ramurile de zeci de amperi; există și variante făcute pentru prezon M6. MEGA se prinde pe M8 în distribuitoarele Victron, iar suporturile modulare legate printr-o bară sau cele cu mai multe căi o fac formatul firesc al barelor colectoare. ANL urcă până la 750 A și apare în tabelele Victron ca siguranță rapidă, pe când MIDI și MEGA sunt trecute ca lente.

Class T e o siguranță rapidă, cu capacitate de rupere foarte mare: cel puțin 20.000 A în curent continuu la modelele uzuale. Fiind rapidă, îi lași mai multă marjă față de vârfurile de pornire decât unei siguranțe lente. Cere suport propriu, iar distribuitoarele modulare pentru baterii au versiuni făcute pentru ea. Siguranțele lamelare de mașină, de 32 V, rămân pentru consumatorii mici de după o MIDI sau o MEGA, nu pentru protecția principală a bancului.

Tensiunea nominală: 32, 58 sau 80 V

Volții de pe o siguranță nu arată ce suportă ea în funcționare, ci până la ce tensiune își poate stinge arcul. O siguranță de 32 V pusă pe 48 V se poartă impecabil până în ziua defectului. Atunci firul se topește, dar nimic nu garantează că arcul se stinge, iar suportul poate lua foc.

De aceea compari tensiunea nominală cu maximul atins de banc, nu cu tensiunea de pe etichetă. Maximul vine din încărcare, din egalizarea bateriilor cu plumb și, la frig, din compensarea de temperatură.

Capcana mai puțin cunoscută e bancul de 24 V cu plumb: la regulatoarele SmartSolar de la 150/60 în sus, tensiunea implicită de egalizare pe 24 V e 32,4 V, deja peste plafonul unei siguranțe de 32 V, iar compensarea de temperatură mai adaugă la frig. La 48 V LiFePO4, fișa Victron merge până la 57,6 V, lângă plafonul gamei de 58 V: gama acoperă absorbția setată obișnuit, nu și una împinsă spre limita celulelor, iar alte baterii pot cere puțin mai mult. Tensiunile exacte de încărcare le iei din fișa bateriei tale.

Capacitatea de rupere: cât curent dă bateria în scurtcircuit

Capacitatea de rupere e cel mai mare curent pe care siguranța îl poate întrerupe fără să se spargă și fără să lase arcul aprins. O compari cu curentul de scurtcircuit al bateriei, adică tensiunea ei împărțită la rezistența buclei: rezistența internă, plus cablurile și contactele până la defect. Exemplele sunt ilustrative, în afară de cel cu fișa Victron; rezistența bateriei tale e pe fișa ei.

• Baterie LiFePO4 de 12 V și 100 Ah, cu BMS integrat și 6 miliohmi în total, în intervalul tipic dat de Victron: 13,3 V / 0,006 ohmi = circa 2.200 A, deja în zona de rupere a unei MEGA.

• Baterie Victron Lithium Smart de 12,8 V și 100 Ah, fără BMS integrat: fișa ei dă 0,8 miliohmi, deci 13,3 V / 0,0008 ohmi = circa 16.600 A teoretic la borne, fără cabluri, de câteva ori peste orice MEGA.

• Două baterii cu BMS integrat în paralel: rezistența se înjumătățește, curentul ajunge la circa 4.400 A.

• Patru celule prismatice de 280 Ah legate direct, cu circa 1,2 miliohmi: 13,3 V / 0,0012 ohmi = circa 11.000 A.

• Defectul la capătul a 2 metri de cablu de 25 mmp: bucla adaugă circa 2,8 miliohmi, iar prima baterie mai dă circa 1.500 A. O ramură lungă vede un defect mai mic decât borna.

Și o baterie AGM mare dă mii de amperi, dar bateriile LiFePO4 au de obicei o rezistență internă mai mică la aceeași capacitate. Chimiile sunt comparate în ghidul despre baterii LiFePO4, GEL și AGM.

BMS-ul nu ține loc de siguranță. Victron cere obligatoriu ca, în orice instalație cu litiu, cel puțin o siguranță de pe linia de curent continuu să poată rupe scurtcircuitul maxim al bancului.

Siguranța principală se alege după bancul întreg. Dacă scurtcircuitul lui trece de ruperea unei MEGA sau ANL, principala devine Class T sau alt tip cu rupere suficientă, cum sunt siguranțele NH. Ramurile de după bara colectoare păstrează MEGA și MIDI: cablul le reduce curentul de defect, iar ce le depășește rămâne în grija siguranței principale.

La mai multe baterii în paralel, fiecare primește și siguranța ei pe plus, înainte de bară, ca un defect într-o baterie să nu fie alimentat de celelalte. Modulele de distribuție cu două locașuri Class T acoperă exact cazul a două șiruri de baterii cu litiu; siguranțele Class T se cumpără separat.

De câți amperi trebuie siguranța pe baterie: calculul în patru pași

1. Curentul continuu maxim. La invertor, puterea continuă împărțită la tensiunea minimă a bateriei și la randament. La regulatorul solar, curentul maxim de încărcare; la o cutie de siguranțe, consumatorii care merg simultan.

2. Marja de 25%, practica uzuală. O siguranță ținută permanent aproape de valoarea ei se încălzește. Înmulțești cu 1,25 și urci la treapta următoare din gamă.

3. Vârfurile. La pornirea unui motor, invertorul dă pentru scurt timp mult peste puterea continuă: la invertoarele Phoenix, vârful din fișă e de 1,5-2,5 ori mai mare. MEGA și MIDI sunt de regulă lente, ANL e trecută de Victron ca rapidă, iar curba timp-curent din fișă arată cât suportă fiecare. Valoarea din manualul echipamentului are prioritate.

4. Plafonul dat de cablu. Siguranța nu depășește curentul admisibil al celui mai subțire cablu protejat, în condițiile lui reale: lângă alte cabluri, în tub, într-un dulap cald. Dacă îl depășește, îngroși cablul.

Secțiunea după căderea de tensiune se calculează în ghidul despre secțiunea cablului solar, iar aici pleci de la rezultatul de acolo.

La 12 V: invertor de 1.000 W

• Curentul continuu, la 11,5 V și un randament de 90%: 1.000 W / (11,5 V x 0,9) = circa 97 A. Cu marja ies circa 121 A, deci o siguranță de 125 A din gama de 32 V.

• Vârful de 2.000 W înseamnă circa 193 A, adică 155% din valoare timp de câteva secunde, exact situația pentru care e făcută o siguranță lentă. Dacă pornești des un compresor, urci la 150 A.

• Cablul: ghidul de secțiune dă 25 mmp la un metru și 35 mmp la doi. Verifici pe fișa cablului că duce 125 A, respectiv 150 A, în condițiile tale.

La 48 V: invertor de 3.000 W

• Curentul continuu, la 46 V și un randament de 92%: 3.000 W / (46 V x 0,92) = circa 71 A. Cu marja ies circa 89 A, deci 100 A, marcată 58 V sau 80 V, niciodată 32 V.

• Vârful de 6.000 W, circa 142 A, rămâne în zona pe care o siguranță lentă o tolerează câteva secunde.

• Cablul: pe doi metri, căderii de tensiune i-ar ajunge 10 mmp. Tabelul orientativ pentru cablu solar din ghidul de secțiune dă însă circa 79 A pentru două cabluri alăturate de 10 mmp și circa 107 A la 16 mmp, deci siguranța de 100 A cere 16 mmp; cablul de baterie cu PVC duce mai puțin. La 48 V, adesea siguranța decide secțiunea, nu căderea de tensiune.

• Ruperea: la un banc cu mai multe baterii în paralel, principala de lângă baterie rămâne Class T.

Ce siguranță pui pe fiecare traseu

Cu cât siguranța principală e mai mare față de cele de ramură, cu atât e mai probabil ca la o suprasarcină să se ardă doar cea de pe ramură. La un scurtcircuit franc pot pleca amândouă, fără să fie o greșeală de montaj. Pe partea de panouri se folosesc siguranțe cilindrice gPV, cerute de regulă de la trei șiruri în paralel în sus, cu regula din ghidul despre panouri solare în serie sau în paralel.

Unde montezi siguranța și în ce ordine

Pe plus, ca primul element după bornă. Segmentul dintre bornă și siguranță nu e protejat de nimic. Regulile americane pentru ambarcațiuni (33 CFR 183.455) cer siguranța la sursă sau, dacă nu se poate, la cel mult 7 țoli, circa 18 cm, măsurați pe cablu, o țintă bună și pe uscat. Pe acest segment cablul stă fixat, departe de muchii metalice. Dacă bateriile sunt cu plumb și electrolit lichid, care degajă gaze explozive la încărcare, suportul stă lângă cutia lor, nu închis în ea.

Ordinea pe plus: bornă, siguranță, separator, apoi bara colectoare cu siguranțele de ramură. Așa, separatorul de baterie nu adaugă încă un punct de defect pe porțiunea neprotejată. Pe minus, ultimul element înainte de baterie e de regulă șuntul monitorului de baterie, montat ca în ghidul despre monitorul de baterie cu șunt.

Cablu alimentat de la ambele capete, siguranță la ambele capete. Între bateria de pornire și cea de servicii, o singură siguranță lasă un defect de pe mijlocul cablului alimentat din partea neprotejată. Montajul e în ghidul despre izolatorul de baterie cu diode sau releu, iar varianta de rulotă, în cel despre sistemul electric de camper.

La prima conectare a invertorului, condensatoarele lui de intrare trag un vârf scurt de curent, care poate face scânteie la bornă. Plusul bateriei îl legi ultimul, cu scule izolate, iar manualele Victron cer ca lucrul la baterii să-l facă doar personal calificat.

Strângerea: cuplul și ordinea pieselor pe prezon

Un suport topit vine adesea dintr-un contact slab, nu dintr-o siguranță prea mică. Puterea disipată într-o îmbinare e pătratul curentului înmulțit cu rezistența ei. Victron socotește circa 0,06 miliohmi pentru o conexiune de cablu, adică sub 1 W la 120 A. Una slăbită, de 1 miliohm, disipă 120 A x 120 A x 0,001 ohmi = 14,4 W într-un punct de câțiva milimetri. Căldura oxidează contactul, rezistența crește, iar procesul se întreține singur până cedează plasticul, cu siguranța încă întreagă.

Pe prezon, de jos în sus: baza suportului, lama siguranței, papucul, șaiba plată, șaiba elastică și piulița. Nicio șaibă între papuc și lamă: orice piesă pusă între ele scade curentul pe care îl poate duce îmbinarea.

Strângi cu cheia dinamometrică, la cuplul din fișa suportului, fiindcă valorile diferă chiar la același filet: Victron cere 14 Nm la siguranțele MEGA din Lynx Distributor, iar pentru prezoanele de alamă fără valoare în manual dă cel mult 12 Nm la M8, 6 Nm la M6 și 5 Nm la M5. Peste valoare riști să rupi prezonul sau să fisurezi baza, iar sub ea contactul se slăbește în timp. Verifici strângerea după primele zile și la fiecare revizie. Un termometru cu infraroșu îndreptat spre suport după o oră de consum mare arată imediat un contact care se încălzește.

Greșeli care se plătesc

• Siguranță de 32 V pe un banc de 48 V, adesea o rezervă luată la întâmplare după ce s-a ars cea bună. Merge perfect până la primul defect.

• Siguranță mărită ca „să nu mai sară”, peste ce duce cablul. De acum cablul se încinge înaintea ei.

• O singură MEGA ca protecție principală a unui banc din celule mari, cu un scurtcircuit de câteva ori peste capacitatea ei de rupere.

• O singură siguranță pentru mai multe baterii în paralel, deci un defect într-o baterie alimentat de toate celelalte.

• Siguranța montată după separator, la un metru de baterie. Tocmai cablul cel mai expus rămâne neprotejat.

• Șaibă între papuc și lamă sau piulițe strânse din încheietură. Suportul se topește, iar siguranța rămâne întreagă.

Checklist înainte de comandă

1. Tensiunea maximă de încărcare a bancului, cu tot cu egalizarea, sub tensiunea nominală a siguranței.

2. Curentul de scurtcircuit din fișa bateriei, adunat la bateriile în paralel, sub capacitatea de rupere a siguranței principale.

3. Curentul continuu maxim al traseului, la tensiunea minimă, înmulțit cu 1,25 și rotunjit la treapta următoare.

4. Valoarea din manualul invertorului, regulatorului sau încărcătorului, care are prioritate.

5. Curentul admisibil al cablului în condițiile lui reale, ca plafon.

6. Suportul potrivit formatului, cu capac și cuplul trecut pe fișă, plus siguranțe de rezervă identice, de aceeași tensiune.

Pe scurt

• Siguranța de lângă baterie apără cablul, deci valoarea ei se leagă de cablu, nu de aparat.

• Tensiunea nominală se compară cu maximul de încărcare: 32 V până la 24 V LiFePO4, 58 sau 80 V la 48 V LiFePO4, 80 V la 48 V cu plumb și egalizare.

• O singură baterie LiFePO4 de 100 Ah dă mii de amperi în scurtcircuit, iar una fără BMS integrat sau un banc din celule mari poate trece de 10.000 A. Acolo siguranța principală e de regulă Class T.

• Amperajul e consumul continuu x 1,25, verificat la vârfuri și plafonat de cablu; la 48 V, siguranța decide adesea secțiunea.

• Montaj pe plus, la cel mult circa 18 cm de bornă, cu papucul direct pe lamă și câte o siguranță pentru fiecare baterie din paralel.