バッテリーストレージにおける交流側電流検出：センサーの選定と分離

バッテリーシステムは充電状態を正確に報告できる場合でも、系統への出力電力を数キロワットも誤って報告することがあります。通常、BMS（バッテリー管理システム）自体に問題はありません。問題は交流側、つまりインバータ出力の電流センサー、あるいは容量範囲が間違っていたり、逆に取り付けられていたりする系統接続部にあると考えられます。

これらのセンサーは、電池に比べて設計上の注目度がはるかに低い。しかし、そうあるべきではない。保護機能の作動や出力制限は、いずれもこれらのセンサーの読み取り値に基づいて行われるからだ。

蓄電システムにおいて、交流電流は実際にはどこに流れるのでしょうか？

交流電流は3つの場所で発生します。

• 充電器または整流器の入力。 ここで用いられるCT（変流器）は通常、入力計測と過電流保護に電力を供給します。コンバータの高速制御ループには、通常、独自のシャント抵抗またはホールセンサが備えられています。

• PCSまたはインバーター出力昇圧トランスの前に設置されます。外部CTは計測リレーや保護リレーに使用され、内部制御ループでは通常ホールセンサーが使用されます。

• 相互接続点。単一の変流器（CT）がサイトメーターまたはエネルギー管理コントローラーに電力を供給し、CTの読み取り値に誤りがあると、不正なデータに基づいて出力制限が作動します。

CTがDCバスにふさわしくない理由

CTは安価で受動的かつ絶縁されているのだから、なぜパックの出力側にCTを設置しないのか？それは、CTは誘導によって動作し、二次側には変化する電流のみが誘導効果をもたらすからである。さらに悪いことに、直流成分がコアを飽和状態に近づけ、上に乗っている交流を歪ませてしまう。

パック内部では、シャントとホール効果センサーがこの役割を果たします。シャントは高精度な低抵抗器で、正確かつシンプルですが、パック電位に設置されるため、絶縁アンプが必要です。ホールセンサーは導体周囲の磁場を読み取り、設計上絶縁されています。 BMSとPCMのページ large-battery.com では、パック側がこれらの測定値をどのように使用するかについて解説しています。

交流側においても、CTの静音性は大きな利点です。二次側は一次導体と電気的に接続されていないため、メーターやリレーははるかに低い絶縁電圧で動作します。二次回路は通常一点で接地されているため、結合電圧まで浮上することはなく、絶縁が破損した場合でも故障経路が確保されます。また、絶縁定格は導体をカバーしていなければなりません。600Vの部品は、たとえ寸法がぴったり合っていても、690Vのインバータ出力には適していません。

CT、ロゴウスキーコイル、ホールセンサー：どれをどこに取り付けるべきか？

ロゴウスキーコイルは、通常は柔軟性のある空芯巻線で、その出力は電流の変化速度を追跡します。積分器はそれを電流値に変換します。閉ループホールセンサは交流と直流の両方に対応しており、これは交流側でも重要です。系統連系規則では、インバータが注入できる直流電流の量が制限されていますが、従来のCTではこれを認識できません。

実際には、多くのストレージシステムは最終的にこれら3つすべてを使用し、それぞれの弱点が最も影響の少ない箇所にそれぞれ配置することになる。

CTデータシートの4行は2回読む価値がある

比

400/5 CT は、一次側 400 A で二次側に 5 A を供給します。一次側はどのくらいの大きさにするべきでしょうか? 多くの初期設計で想定されているよりも実際の動作電流に近い値になります。480 V 三相接続の 250 kW PCS は、全負荷時に各相で約 300 A を消費するため、400/5 で十分です。余裕を持たせて 600/5 の部品を選択した場合、同じシステムが定格の 6% にあたる 30 kW、約 36 A でアイドル状態になります。

精度クラス

低電流域では、精度クラスの差が生じます。クラス0.5は定格電流での比率誤差を±0.5%に制限しますが、定格電流の5%付近では約±1.5%を許容します。一方、クラス0.5Sでは、その範囲で約±0.75%に制限されます。毎晩アイドル状態となるサイトでは、この差がエネルギー消費量に影響します。

保護等級5P10は、定格電流の10倍まで複合誤差が5%以内に収まることを意味します。計測用変流器は故障時に飽和してメーターを保護するように設計されていますが、保護用変流器はリレーの動作のために線形性を維持する必要があります。

負担

5Aの二次側にある0.1オームの電線だけで、2.5VAの電流を消費します。5VAの電流トランス（CT）では、これは定格電流の半分を失うことになります。見落としやすい点です。

その電線は負荷の一部であり、二次回路の総負荷（VA）に含まれます。精度は定格値の範囲内でのみ有効です。1Aの二次回路では、同じ電線でも0.1VAの負荷がかかるため、1Aの変流器が長距離配線でよく使われる理由の一つとなっています。

フォームファクター

分割型CTは既存のケーブルにクランプで固定するため、改修作業がはるかに容易になりますが、多くの設計では精度が若干犠牲になります。窓のサイズは絶縁導体に合わせて設計されており、裸銅線に合わせては設計されていません。

オープンセカンダリールール

従来のCTの二次側を、一次側に通電中に開いたままにしないでください。電流が流れる経路がないため、コアが飽和し、二次側端子に危険なほど高い電圧が発生し、技術者に怪我を負わせたり、絶縁を破壊したりする可能性があります。端子台を短絡することで、メーターを安全に交換できます。

逆向きに取り付けられたCT

試運転中、サイトメーターは明らかにグリッドからバッテリーを充電しているにもかかわらず、エクスポートを表示しています。故障箇所はありません。CTがP1とP2を逆にした状態で動作したため、メーターはインポートをエクスポートとして表示します。その結果、エクスポート制限がサイトにとって不利に働きます。

修正には数分しかかかりません。しかし、原因の特定には1日かかることがあります。特に、3つの変流器のうち1つが逆接続されていて、合計値が間違っているというよりは奇妙に見える場合です。電源投入前に各相をチェックし、P1を電源側、S1とS2を対応するメーター端子に接続するのが、現場での最も安価なテスト方法です。

データシートでは分からないサンプル情報とは？

多くのOEMは 中国の変流器メーカーデータシートにはサプライヤーの違いがほとんど記載されていない。違いは部品や書類に現れる。

• サンプルは購入者自身の環境でテストされました。 実際のメーターとリード線を接続した状態で、システムがアイドル状態になる低速域を含む複数のポイントで、比率と位相誤差を確認してください。サプライヤーのベンチテストで規格を満たしている部品でも、負荷が異なると規格外になる場合があります。

• 該当機種のテストレポート。 バッチごとの定期試験記録に加え、独立した試験機関による型式試験結果が必要です。類似モデルの報告書は、納品された部品を自動的に網羅するものではありません。

• 北米プロジェクトにおけるUL認証は、PDF上のロゴから取得するのではなく、ULの公開データベースで確認されます。

• 納期。 標準比率の商品は通常在庫から出荷されますが、特注の窓や比率の場合は数週間かかる場合があります。サンプル納期ではなく、生産リードタイムをお問い合わせください。

中国の変流器メーカーとの取引は、多くのOEMやシステムインテグレーターにとって日常的なことであり、有能なサプライヤーであればこうした質問を想定している。曖昧な回答は、発注を保留すべきサインだ。

午後を過ごす価値あり

CT（電流トランス）に合わせて設計レビューをスケジュールする人は誰もいません。しかし、グリッド接続部のCTは、サイトコントローラーが電力の輸入か輸出かを判断する基準となり、充電器入力部のCTは保護装置が作動するタイミングを決定します。比率、負荷、サンプルを用いたベンチテストに午後を費やす方が、3時間も離れたサイトで発生した不審なトリップを追いかけるよりもはるかに費用がかかりません。

FAQ

CT（電流トランス）でバッテリーパック内部の電流を測定できますか？ いいえ。CTは電流の変化にのみ反応するため、パックの直流電流を読み取ることはできません。直流電流はシャント抵抗やホールセンサーで測定します。

二次試験でAが1つ付くのと、Aが5つ付くのとでは、どちらが良いでしょうか？ デフォルトではどちらも適していません。1Aの二次巻線は長いリード線に非常に強く、5Aの二次巻線は短いリード線や既存の多くのメーターに適しています。

スプリットコアCTは精度を犠牲にするのでしょうか？ 多くの設計では、わずかな誤差が生じます。後付け計測の場合、規定の精度クラスが用途に適合している限り、通常はこの取引は許容されます。