Защита аккумуляторной батареи от короткого замыкания

Если думаете, что плавкий предохранитель — панацея, то на практике часто оказывается, что он срабатывает уже после повреждения элементов. В Юэцин Сутун мы с 2016 года собираем данные с полевых испытаний — и вот что действительно работает.

Где кроются риски КЗ в реальных схемах

В шинопроводах 48В для телеком-оборудования замечал интересное: большинство коротких замыканий возникает не в самих банках, а в точках подключения к клеммникам. Особенно когда монтажники экономят на диэлектрических прокладках.

Один случай на объекте в Хабаровске: перемычка от аккумулятора к инвертору перетерлась о стальной каркас стойки. Защита сработала через 0.8с — достаточно для оплавления контактов. После этого мы ввели обязательный тест на виброустойчивость креплений.

Кстати, температурный фактор часто недооценивают. При -35°C изоляция ПВХ становится хрупкой — проверяли на образцах с завода в Юэцине. Лучше брать кабели с силиконовым покрытием, хоть и дороже.

Что не так со стандартными BMS

Типовая BMS отключает нагрузку при 150-200А, но пиковый ток КЗ в литиевых сборках достигает 4000А. Время реакции 2-3мс — за это успевает произойти локальный перегрев до 300°C.

Для тяговых аккумуляторов погрузчиков мы тестировали каскадную защиту: помимо основной BMS ставили твердотельные реле с порогом 50мс. Не идеально, но уже предотвратило два возгорания на складах в Новосибирске.

Самое сложное — защита от 'мягких' замыканий, когда сопротивление цепи падает постепенно. Стандартные системы часто пропускают такие случаи, пока не начинается тепловой разгон.

Практические решения от производственников

В ООО Юэцин Сутун Электрооборудование для критичных применений используем дублирование: помимо электронной защиты ставим механические разъединители с тепловым расцепителем. Да, добавляет 15% к стоимости, но сохраняет оборудование.

На сайте https://www.sutong.ru есть технические заметки про наш опыт с медными шинами — рассчитали оптимальное сечение, чтобы даже при КЗ температура не превышала 120°C до срабатывания защиты.

Важный нюанс: многие забывают про защиту аккумуляторной батареи при транспортировке. Разработали специальные кейсы с диэлектрическими вставками — снизили количество брака по приходу на объекты на 70%.

Ошибки при проектировании систем

Частая ошибка — установка защиты только на плюсовой шине. При замыкании на массу через корпус ток идет по альтернативным путям. В шахтных светильниках ставили УЗО на обе линии — снизило количество отказов.

Еще пример: в системах ИБП 60кВт для медцентров сначала использовали только автоматические выключатели. После инцидента с залипанием контактов добавили полупроводниковые ограничители тока — дороже, но надежнее.

Расчеты сечения проводников часто ведут по номинальному току, забывая про ток КЗ. Мы в Юэцин Сутун для высоковольтных батарей 400В применяем двойной запас по сечению — проверено на объектах в зонах с высокой влажностью.

Материалы и их поведение при КЗ

Медные клеммы — классика, но при частых циклах КЗ медь начинает 'течь'. Перешли на биметаллические контакты с бериллиевой бронзой — срок службы увеличился в 3 раза.

Изоляция: силикон против тефлона. Тефлон держит температуру лучше, но при повреждении оболочки тлеет. Силикон обугливается, создавая дополнительный барьер. Для мобильных установок рекомендуем первый вариант.

Корпуса: сталь 0.8мм против алюминия 1.2мм. При внутреннем КЗ сталь держит дольше, но алюминий лучше рассеивает тепло. Компромисс — стальной корпус с алюминиевыми радиаторами в зонах вероятного нагрева.

Диагностика и профилактика

Раз в квартал меряем сопротивление изоляции мегомметром на 1000В. Если падает ниже 5МОм — сигнализируем о необходимости профилактики. На морских объектах проверяем чаще — раз в месяц.

Термография помогает выявить точки перегрева до возникновения КЗ. В прошлом году на ветропарке в Калининграде таким образом обнаружили подгорание контактов на ранней стадии.

Для гелевых АКБ разработали методику контроля электролита — при начинающемся замыкании меняется его проводимость. Пока работает только в лабораторных условиях, но планируем адаптировать для полевых тестов.

Перспективные разработки

Экспериментируем с самовосстанавливающимися полимерами для изоляции — при локальном нагреве материал заполняет микротрещины. Пока дорого для серийного производства, но на тестовых образцах показал эффективность 87%.

Система прогнозирования КЗ по изменению импеданса — собираем статистику с объектов через https://www.sutong.ru. Алгоритм пока дает 30% ложных срабатываний, но уже предотвратил два серьезных инцидента на подстанциях.

В ООО Юэцин Сутун Электрооборудование сейчас тестируем гибридную защиту: электронная система + фазопеременные ограничители. Предварительные результаты обнадеживают — время отклика сократилось до 0.1мс.