การตรวจจับกระแสไฟฟ้าด้าน AC สำหรับระบบเก็บพลังงานแบตเตอรี่: การเลือกและการแยกเซ็นเซอร์

ระบบแบตเตอรี่อาจรายงานสถานะการชาร์จได้อย่างแม่นยำ แต่กำลังไฟที่ส่งออกไปยังโครงข่ายไฟฟ้าอาจผิดพลาดไปหลายกิโลวัตต์ โดยปกติแล้วระบบจัดการแบตเตอรี่ (BMS) จะทำงานได้ปกติ ปัญหาจะอยู่ที่ฝั่งกระแสสลับ ในเซ็นเซอร์วัดกระแสที่เอาต์พุตของอินเวอร์เตอร์ หรือการเชื่อมต่อกับโครงข่ายไฟฟ้าที่ออกแบบมาไม่เหมาะสมกับช่วงกำลังไฟ หรือติดตั้งกลับด้าน

เซ็นเซอร์เหล่านี้ได้รับการออกแบบโดยคำนึงถึงรายละเอียดน้อยกว่าเซลล์แบตเตอรี่มาก ซึ่งก็ไม่ควรจะเป็นเช่นนั้น เพราะระบบตัดวงจรป้องกันและข้อจำกัดการส่งออกล้วนเริ่มต้นจากค่าที่อ่านได้จากเซ็นเซอร์เหล่านี้

กระแสไฟฟ้าสลับ (AC) ไหลผ่านจุดใดในระบบจัดเก็บพลังงานกันแน่?

กระแสไฟฟ้าสลับ (AC) ปรากฏขึ้นในสามจุด:

• ช่องต่อสำหรับเครื่องชาร์จหรือตัวแปลงกระแสไฟฟ้า โดยปกติ CT ในที่นี้จะใช้สำหรับวัดค่ากระแสไฟฟ้าขาเข้าและป้องกันกระแสเกิน วงจรควบคุมความเร็วสูงของตัวแปลงมักจะมีตัวต้านทานแบบขนานหรือเซ็นเซอร์ฮอลล์เป็นของตัวเอง

• เอาต์พุต PCS หรืออินเวอร์เตอร์ก่อนถึงหม้อแปลงเพิ่มแรงดันใดๆ หม้อแปลงกระแสภายนอกทำหน้าที่ควบคุมการวัดและรีเลย์ป้องกัน ส่วนวงจรควบคุมภายในโดยทั่วไปจะใช้เซ็นเซอร์ฮอลล์

• จุดเชื่อมต่อ หม้อแปลงกระแสไฟฟ้า (CT) ตัวเดียวจ่ายไฟให้กับมิเตอร์วัดพลังงานหรือตัวควบคุมการจัดการพลังงาน และหากอ่านค่าผิดพลาด ระบบจำกัดการส่งออกจะทำงานตามข้อมูลที่ไม่ถูกต้อง

เหตุใด CT จึงไม่มีที่บนรถบัส DC

ถ้า CT ราคาถูก เป็นอุปกรณ์แบบพาสซีฟ และแยกวงจร ทำไมไม่ติดตั้งไว้ที่เอาต์พุตของแบตเตอรี่ล่ะ? เพราะ CT ทำงานโดยการเหนี่ยวนำ และมีเพียงกระแสที่เปลี่ยนแปลงเท่านั้นที่จะเหนี่ยวนำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงใดๆ ในขดลวดทุติยภูมิ ที่แย่กว่านั้นคือ ส่วนประกอบกระแสตรงจะผลักดันแกนไปสู่จุดอิ่มตัวและทำให้กระแสสลับที่ไหลผ่านเกิดการบิดเบือน

ภายในชุดแบตเตอรี่นั้น ตัวต้านทานแบบขนาน (shunt) และเซ็นเซอร์ฮอลล์ (Hall-effect sensor) ทำหน้าที่นี้ ตัวต้านทานแบบขนานเป็นตัวต้านทานค่าต่ำที่มีความแม่นยำสูง มีความแม่นยำและเรียบง่าย แต่มีศักย์ไฟฟ้าเท่ากับชุดแบตเตอรี่และต้องการตัวขยายสัญญาณแบบแยกส่วน ส่วนเซ็นเซอร์ฮอลล์จะอ่านค่าสนามแม่เหล็กที่อยู่รอบตัวนำและถูกออกแบบมาให้แยกส่วนเช่นกัน หน้า BMS และ PCM เว็บไซต์ large-battery.com อธิบายว่าฝั่งผู้ผลิตแบตเตอรี่ใช้ค่าที่วัดได้เหล่านั้นอย่างไร

ในด้านกระแสสลับ การแยกส่วนแบบเดียวกันนี้เองที่เป็นข้อดีอย่างเงียบๆ ของ CT ขดลวดทุติยภูมิไม่มีการเชื่อมต่อทางไฟฟ้ากับตัวนำปฐมภูมิ ดังนั้นมิเตอร์หรือรีเลย์จึงทำงานที่แรงดันไฟฟ้าที่ต่ำกว่ามากและแยกส่วน วงจรทุติยภูมิโดยปกติจะต่อลงดินที่จุดหนึ่ง ดังนั้นจึงไม่สามารถลอยตัวไปสู่แรงดันไฟฟ้าที่เชื่อมต่อกันได้ และจะมีเส้นทางความผิดพลาดหากฉนวนเสียหาย และระดับฉนวนต้องครอบคลุมตัวนำ: ชิ้นส่วน 600 V ไม่ควรใช้กับเอาต์พุตอินเวอร์เตอร์ 690 V ไม่ว่าหน้าต่างจะพอดีแค่ไหนก็ตาม

CT, คอยล์ Rogowski หรือเซ็นเซอร์ Hall: ตัวไหนควรใช้ตรงไหน?

ขดลวด Rogowski เป็นขดลวดแกนอากาศที่มักมีความยืดหยุ่น ซึ่งเอาต์พุตจะติดตามความเร็วของการเปลี่ยนแปลงกระแสไฟฟ้า ตัวรวมสัญญาณจะแปลงค่าดังกล่าวเป็นค่ากระแสไฟฟ้า เซ็นเซอร์ Hall แบบวงปิดสามารถทำงานได้ทั้งกระแสสลับและกระแสตรง และนั่นก็มีความสำคัญในด้านกระแสสลับเช่นกัน กฎการเชื่อมต่อกับโครงข่ายไฟฟ้าจำกัดปริมาณกระแสตรงที่อินเวอร์เตอร์สามารถจ่ายได้ และ CT แบบดั้งเดิมไม่สามารถรับรู้ถึงข้อจำกัดนี้ได้

ในทางปฏิบัติ ระบบจัดเก็บข้อมูลจำนวนมากมักใช้ทั้งสามอย่าง โดยเลือกใช้แต่ละอย่างในจุดที่จุดอ่อนของแต่ละอย่างมีความสำคัญน้อยที่สุด

สี่บรรทัดในเอกสารข้อมูลเครื่อง CT ที่ควรค่าแก่การอ่านซ้ำสองครั้ง

อัตราส่วน

หม้อแปลงกระแส 400/5 จ่ายกระแส 5 A ที่ขดลวดทุติยภูมิที่กระแส 400 A ที่ขดลวดปฐมภูมิ แล้วขดลวดปฐมภูมิควรมีขนาดเท่าใด? ควรเลือกขนาดที่ใกล้เคียงกับกระแสใช้งานจริงมากกว่าที่แบบร่างแรกๆ คิดไว้ เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับ 250 kW บนระบบสามเฟส 480 V จะดึงกระแสประมาณ 300 A ต่อเฟสเมื่อโหลดเต็มที่ ดังนั้นหม้อแปลง 400/5 จึงเหมาะสม ส่วนหม้อแปลง 600/5 ที่เลือกใช้ "เผื่อไว้" จะพบว่าระบบเดียวกันนี้ทำงานที่กำลังไฟ 30 kW โดยไม่มีโหลด และใช้กระแสประมาณ 36 A ซึ่งคิดเป็น 6% ของพิกัดกำลัง

ระดับความแม่นยำ

ช่วงค่าต่ำสุดนั้นเป็นจุดที่ระดับความแม่นยำแตกต่างกัน ระดับ 0.5 จำกัดข้อผิดพลาดของอัตราส่วนไว้ที่ ±0.5% ที่กระแสไฟฟ้าที่กำหนด แต่จะยอมให้มีค่าประมาณ ±1.5% เมื่อกระแสไฟฟ้าใกล้เคียงกับ 5% ของค่าที่กำหนด ส่วนระดับ 0.5S จะมีค่าประมาณ ±0.75% ในบริเวณนั้น ในไซต์ที่ไม่ได้ใช้งานทุกคืน ความแตกต่างนี้จะส่งผลต่อค่าใช้จ่ายด้านพลังงานในที่สุด

5P10 ซึ่งเป็นระดับการป้องกัน หมายความว่าค่าความคลาดเคลื่อนรวมจะอยู่ภายใน 5% จนถึงกระแสสูงสุดสิบเท่าของกระแสที่กำหนด หม้อแปลงกระแสสำหรับวัดค่า (Metering CT) จะอิ่มตัวเมื่อเกิดข้อผิดพลาดเพื่อป้องกันมิเตอร์ ในขณะที่หม้อแปลงกระแสสำหรับป้องกัน (Protection CT) ต้องคงค่าเชิงเส้นไว้เพื่อให้รีเลย์ทำงานได้

ภาระ

ลวดที่มีความต้านทาน 0.1 โอห์ม บนขดลวดทุติยภูมิขนาด 5 แอมป์ จะกินกำลังไฟ 2.5 VA เมื่อใช้กับตัวแปลงกระแส (CT) ขนาด 5 VA นั่นหมายความว่ากำลังไฟครึ่งหนึ่งของพิกัดกำลังไฟฟ้าถูกใช้ไปแล้ว เป็นเรื่องง่ายที่จะมองข้ามไป

สายไฟนั้นเป็นส่วนหนึ่งของภาระ คือโหลดรวมของวงจรทุติยภูมิในหน่วย VA และความแม่นยำจะอยู่ภายในค่าที่กำหนดไว้เท่านั้น สำหรับวงจรทุติยภูมิขนาด 1 A สายไฟเส้นเดียวกันนี้จะกินไฟ 0.1 VA ซึ่งเป็นเหตุผลหนึ่งที่หม้อแปลงกระแส (CT) ขนาด 1 A นิยมใช้ในการเดินสายระยะยาว

ปัจจัยรูปแบบ

CT แบบแยกแกนจะหนีบเข้ากับสายเคเบิลที่มีอยู่ ทำให้การติดตั้งเพิ่มเติมทำได้ง่ายขึ้นมาก แม้ว่าในหลายๆ แบบอาจทำให้ความแม่นยำลดลงเล็กน้อยก็ตาม ช่องมองภาพมีขนาดพอดีกับตัวนำหุ้มฉนวน ไม่ใช่ทองแดงเปลือย

กฎรองแบบเปิด

ห้ามปล่อยให้ขั้วรองของ CT แบบธรรมดาเปิดทิ้งไว้ขณะที่ขั้วหลักมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน เพราะเมื่อไม่มีเส้นทางให้กระแสไฟฟ้าไหล แกนแม่เหล็กจะอิ่มตัว และขั้วรองอาจเกิดแรงดันไฟฟ้าสูงจนเป็นอันตราย อาจทำให้ช่างเทคนิคได้รับบาดเจ็บหรือฉนวนเสียหายได้ การต่อขั้วแม่เหล็กให้ลัดวงจรจะช่วยให้สามารถเปลี่ยนมิเตอร์ได้อย่างปลอดภัย

เครื่อง CT ที่ติดตั้งกลับด้าน

ระหว่างการทดสอบระบบ มิเตอร์ของสถานีแสดงค่าการส่งออก ในขณะที่แบตเตอรี่กำลังชาร์จจากโครงข่ายไฟฟ้าอย่างชัดเจน ไม่มีอะไรเสียหาย วงจร CT ถูกต่อกลับด้าน P1 และ P2 ทำให้มิเตอร์อ่านค่าการนำเข้าเป็นการส่งออก การจำกัดการส่งออกจึงส่งผลเสียต่อสถานี

การแก้ไขใช้เวลาเพียงไม่กี่นาที แต่การหาสาเหตุอาจใช้เวลาทั้งวัน โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อ CT ตัวใดตัวหนึ่งจากสามตัวต่อกลับด้าน และผลรวมดูแปลกๆ มากกว่าผิดปกติ การตรวจสอบทุกเฟสก่อนจ่ายไฟ โดยให้ P1 ต่อกับแหล่งจ่าย และ S1 และ S2 ต่อกับขั้วมิเตอร์ที่ตรงกัน เป็นการทดสอบที่ประหยัดที่สุดในสถานที่นั้น

ตัวอย่างสินค้าบอกอะไรคุณได้บ้างที่เอกสารข้อมูลจำเพาะบอกไม่ได้

ผู้ผลิตอุปกรณ์ดั้งเดิม (OEM) จำนวนมากซื้อสินค้าจาก... ผู้ผลิตหม้อแปลงกระแสไฟฟ้าในประเทศจีนและข้อมูลจำเพาะของผลิตภัณฑ์มักไม่ระบุผู้ผลิตแต่ละราย ความแตกต่างจะปรากฏให้เห็นในชิ้นส่วนและเอกสารต่างๆ:

• ตัวอย่างสินค้าได้รับการทดสอบในระบบของผู้ซื้อเอง ตรวจสอบอัตราส่วนและข้อผิดพลาดของเฟสในหลายจุด รวมถึงช่วงต่ำสุดที่ระบบทำงานในโหมดไม่ได้ใช้งาน โดยใช้มิเตอร์และสายไฟที่มีความยาวจริง ชิ้นส่วนที่ตรงตามมาตรฐานบนแท่นทดสอบของผู้ผลิต อาจไม่ตรงตามมาตรฐานหากมีภาระที่แตกต่างกัน

• รายงานผลการทดสอบสำหรับรุ่นที่ระบุโดยเฉพาะ บันทึกการทดสอบตามปกติของแต่ละล็อต รวมถึงการทดสอบประเภทจากห้องปฏิบัติการอิสระ รายงานสำหรับรุ่นที่คล้ายกันไม่ได้หมายความว่าจะครอบคลุมชิ้นส่วนที่ส่งมอบโดยอัตโนมัติ

• การรับรอง UL สำหรับโครงการในอเมริกาเหนือ ตรวจสอบจากฐานข้อมูลสาธารณะของ UL แทนที่จะนำมาจากโลโก้ในไฟล์ PDF

• เวลานำ โดยปกติแล้วสินค้าที่มีอัตราส่วนมาตรฐานจะจัดส่งจากสต็อก แต่หากสั่งทำหน้าต่างหรืออัตราส่วนพิเศษ อาจใช้เวลาหลายสัปดาห์ โปรดสอบถามระยะเวลาการผลิต ไม่ใช่ระยะเวลาการผลิตตัวอย่าง

การทำงานร่วมกับผู้ผลิตหม้อแปลงกระแสไฟฟ้าในประเทศจีนเป็นเรื่องปกติสำหรับผู้ผลิตอุปกรณ์ดั้งเดิม (OEM) และผู้ประกอบระบบหลายราย และซัพพลายเออร์ที่มีความสามารถก็คาดหวังคำถามเหล่านี้อยู่แล้ว คำตอบที่ไม่ชัดเจนเป็นสัญญาณให้ระงับคำสั่งซื้อไว้ก่อน

คุ้มค่าแก่การใช้เวลาช่วงบ่าย

ไม่มีใครกำหนดตารางการตรวจสอบการออกแบบโดยอิงจาก CT (เครื่องวัดกระแสไฟฟ้า) แต่ CT ที่จุดเชื่อมต่อกับโครงข่ายไฟฟ้ากลับเป็นตัวตัดสินว่าตัวควบคุมไซต์คิดว่ากำลังนำเข้าหรือส่งออกพลังงาน และ CT ที่จุดรับกระแสไฟฟ้าของเครื่องชาร์จเป็นตัวตัดสินว่าเมื่อใดที่ระบบป้องกันจะตัดวงจร การใช้เวลาช่วงบ่ายในการตรวจสอบอัตราส่วน ภาระ และการทดสอบตัวอย่างบนโต๊ะนั้นมีค่าใช้จ่ายน้อยกว่าการไล่ตามปัญหาการตัดวงจรโดยไม่จำเป็นในไซต์ที่อยู่ห่างออกไปสามชั่วโมงมาก

คำถามที่พบบ่อย

หม้อแปลงกระแส (CT) สามารถวัดกระแสภายในชุดแบตเตอรี่ได้หรือไม่? ไม่ครับ CT จะตอบสนองเฉพาะต่อการเปลี่ยนแปลงของกระแสเท่านั้น ดังนั้นจึงไม่สามารถอ่านค่ากระแสตรงจากแบตเตอรี่ได้ อุปกรณ์ที่ทำหน้าที่ด้านนั้นคือตัวต้านทานแบบ Shunt และเซ็นเซอร์ Hall ครับ

เกรดเฉลี่ย 1 A หรือ 5 A ดีกว่ากันสำหรับเกรดรอง? โดยปกติแล้วไม่ใช่ทั้งสองแบบ ตัวเก็บประจุรองขนาด 1 A ทนทานต่อการเดินสายยาวได้ดีกว่า ในขณะที่ตัวเก็บประจุรองขนาด 5 A เหมาะสำหรับการเดินสายสั้นและมิเตอร์ที่มีอยู่หลายรุ่น

เครื่อง CT แบบแยกแกนทำให้ความแม่นยำลดลงหรือไม่? ในการออกแบบหลายๆ แบบ อาจมีความคลาดเคลื่อนเล็กน้อย สำหรับการติดตั้งมิเตอร์เพิ่มเติม การใช้งานโดยทั่วไปถือว่ายอมรับได้ ตราบใดที่ระดับความแม่นยำที่ระบุไว้ยังคงเหมาะสมกับการใช้งาน