Wróć

Przyłącza w magazynach energii a kwestie bezpieczeństwa

Magazyny energii to coraz bardziej gorący temat - warto wiedzieć, jakie zagrożenia wynikają z ich niewłaściwego podłączenia.
Opublikowano: 2021-11-08

Jeśli rozpoczynacie czytanie tego artykułu, to zapewne interesujecie się tematem szeroko rozumianego magazynowania energii. Może już macie w ofercie stosowne aplikacje, a może dopiero rozpoznajecie rynek szukając miejsca na rozwój własnej firmy w obiecującej branży. I dobrze, ponieważ ta tematyka przez najbliższe lata będzie wszechobecna w rynku, w mediach, a nawet w rozmowach polityków (w końcu bezpieczeństwo energetyczne kraju to ważny temat). Niezaprzeczalnie istotna będzie także w rozważaniach prywatnych użytkowników przydomowych instalacji fotowoltaicznych – skoro kończy się możliwość „magazynowania” energii w sieci operatora (system opustów), wielu z nich chcąc uniezależnić się choć w części od znacznego wzrostu cen energii będzie poszukiwała możliwości zgromadzenia jej zapasu bezpośrednio u siebie. Poniższa treść skupi się jednak stricte na bezpiecznym użytkowaniu magazynu w rozumieniu samego urządzenia – poza ceną kompletnego systemu, od tego będzie zależeć mniejsza lub większa popularność rozwiązania danego producenta.

Mogłoby się wydawać, że zrealizowanie podłączenia to banalna sprawa. Jest wtyczka z kablem, jest gniazdo – wtykamy jedno w drugie i gotowe. Spróbujmy to jednak rozłożyć na czynniki pierwsze i pokazać potencjalne ryzyka.

Skupmy się w pierwszej kolejności na początkowym montażu przed uruchomieniem. Magazyn energii zazwyczaj składa się z kilku modułów/pakietów bateryjnych, które łączymy ze sobą – posłużmy się przykładem na grafice po prawej.

Intuicyjnie oczywiście widać, która wtyczka powinna być połączona z którym gniazdem (kodowanie kolorami). Jednak czy to wystarczy? Nie zawsze. Czasami instalacja może odbywać się w złych warunkach oświetleniowych, nigdy nie wiemy także na ile sprawny jest wzrok, czy jak wygląda kwestia umiejętności i staranności instalatora, który akurat podął się tego zlecenia.

Już na tym etapie istnieje (co prawda niewielkie, ale zawsze możliwe) ryzyko pomyłki zgubnej w skutkach (np. uszkodzenie modułów). Warto więc, aby wybrane złącza miały także zaprojektowane kodowanie mechaniczne, które nie pozwoli na niewłaściwe połączenie w parę. Nawet jeśli dobierzemy elementy z kodowaniem mechanicznym to tutaj także mogą czyhać pewne niespodzianki – okazuje się, że nie każdy system dostępny na rynku pozwala na dowolne pozycjonowanie wtyku względem gniazda podczas łączenia!

Niektóre rozwiązania pozwalają np. spiąć się wyłącznie z przewodem kątowo wyprowadzonym w dół. Oczywiście można po podłączeniu obrócić kabel tak, aby był skierowany w stronę kolejnego gniazda, ale tam znowu napotykamy na ten sam problem – aby złączyć, tu także przewód musi być skierowany w dół. Problem wydaje się błahy – wystarczy zrobić dłuższe kable łączeniowe z zapasem na odpowiednie wygięcie całości. Ale tu też są co najmniej kilka wad takiego rozwiązania.

Po pierwsze – dłuższy kabel to więcej miedzi (często wymagane są grube przekroje z racji płynących dużych prądów). Więcej miedzi to większy koszt. Przemnożony przez tysiące kabli, jakie mamy wyprodukować i sprzedać skutecznie wprawi w zdenerwowanie dział finansowy firmy, lub co najmniej od razu wskaże możliwe miejsce wygenerowania oszczędności.

Po drugie – grube kable (np. przekrój 90 mm² czy 120 mm²) wcale nie tak łatwo pozwalają się wyginać – trzeba w to włożyć sporo siły.

I w końcu po trzecie – skoro musimy w coś wkładać dużo siły, to pośrednio narażamy niektóre miejsca konstrukcji na zbędne (a czasem nieprzewidziane na etapie projektowania) naprężenia mogące prowadzić do powstania uszkodzeń. A jak wiemy z doświadczeń, nawet pozornie niewielkie pęknięcia z czasem mogą wygenerować spore problemy. Nam przecież jednak zależy na niezawodności działania systemu przez jak najdłuższy czas.

Kolejna do rozważenia kwestia to bezpieczne zaryglowanie miejsca łączenia. Jak powszechnie wiadomo, każde „luźne połączenie” kiedyś stanie się źródłem mniej lub bardziej groźnych komplikacji: w zależności od „ważności” danego obwodu (np. przy sygnałach lub transmisji danych), prądów z jakimi mamy do czynienia (ryzyko miejscowego przegrzania) czy napięć (iskrzenie i wypalenie styków). Producenci tak projektują metalowe styki, aby po ich połączeniu uzyskać jak najniższą rezystancję przy możliwie małych siłach dociskowych (zapewnienie łatwości obsługi i trwałości powłok galwanicznych). Dodatkowe ryglowanie na obudowie złącza przejmuje więc na siebie całość odpowiedzialności. I z tego powodu warto postawić na rozwiązania przemyślane w zgodzie z ideą Poka Yoke, czyli w tym wypadku „połącz w łatwy sposób, bez zbędnego komplikowania operacji, wymagającego dodatkowych instrukcji”. I tu znów posłużę się grafiką, widoczną po lewej stronie.

Jak widać, wystarczający jest zaledwie jeden ruch – wciśnięcie na gniazdo wtyku (zauważmy –

z przewodem wyprowadzonym w dowolną stronę), który automatycznie zostanie zaryglowany. Do odłączenia natomiast wystarczy przesunąć umieszczony w konstrukcji wtyczki guzik i zdjąć końcówkę kabla z gniazda. Brak dodatkowych elementów to niezaprzeczalna zaleta tej konstrukcji.

Porównując, spotykane wykonania niektórych producentów, mają np. dodatkową dźwignię ryglującą, która wymaga zamknięcia. Niestety pozostawia to miejsce na błąd instalatora, który w pośpiechu lub z niestaranności może pominąć ten etap. Konsekwencje? Ryzyko poluzowania połączenia wskutek wibracji lub niespodziewanych / przypadkowych szarpań kablami, prowadzące do skutków wspomnianych już powyżej. Warto więc zwrócić uwagę także na ten aspekt przy doborze podzespołów.

Istotne jest również zabezpieczenie elementów będących pod napięciem przed przypadkowym dotknięciem palcem czy zwarciem np. o metalową obudowę urządzenia. Tu należy wybierać wyłącznie takie konstrukcje, które posiadają stosowne zabezpieczenie (przykład - lewa strona poniżej). Odpowiednie wykonanie zarówno gniazda jak i wtyku gwarantuje odpowiednie ukrycie wewnątrz obudów odizolowanych podzespołów złącz. Dzięki temu zarówno instalator jak i sam sprzęt nie jest narażony na potencjalnie mogące wystąpić niebezpieczne sytuacje.

Z pozoru „łatwa” sprawa jak montaż wtyku na przewodzie może czasami okazać się problematyczny. Zazwyczaj w aplikacjach tego typu (przy stosunkowo dużych przekrojach i prądach) jako najbardziej niezawodne i trwałe stosuje się połączenia zaciskane. Dobrze, jeśli sam proces przygotowania kabla oraz zaprasowywania nie wymaga zbyt wielu operacji, jak i same złącza nie składają się ze zbyt wielu elementów.

Posługując się przykładem – wszelkie dodatkowe metalowe tulejki, które musimy zakładać pośrednio na odizolowany przewód przed umieszczeniem go w komorze zaciskowej złącza to elementy, które mogą zostać przeoczone (lub zagubione). A musimy sobie zdawać sprawę, że producenci projektując swoje komponenty przeznaczają je do montażu w konkretny sposób, który gwarantuje niezawodność. Lepiej więc wybierać to, co jest łatwiejsze w montażu i nie pozostawia marginesu na popełnienie błędu.

Należy także mieć na uwadze sam montaż gniazda na obudowie urządzenia. Czy bezpieczniejsze (czytaj: bardziej odporne na ewentualne zniszczenia) jest przykręcenie kwadratowej flanszy gniazda w każdym narożniku, czy sytuacja, gdzie cała izolacja elementu trzymana jest na jednym sworzniu? W przypadku uszkodzenia mechanicznego gniazda możemy ryzykować odpadnięciem całego plastiku i całkowitym odsłonięciem elementu pod napięciem, versus ewentualnym odpryśnięciem fragmentu tworzywa.

Jak widać, projektanci urządzeń mają wiele aspektów do przeanalizowania i uwzględnienia przy doborze odpowiednich podzespołów. Z tego powodu warto postawić na firmy, które mają wieloletnie doświadczenie w danej dziedzinie (np. systemów połączeń), gdyż są one gwarantem nie tylko właściwej jakości ale także przemyślanej konstrukcji nawet nowopowstających rozwiązań, wychodzącej naprzeciw oczekiwaniom użytkowników (często nawet nieświadomych konkretnych zagrożeń). I, jak to to w życiu zwykle bywa, „diabeł tkwi w szczegółach” – nie zawsze to co na pierwszy rzut oka wygląda podobnie, ma tak samo dopracowaną funkcjonalność (mowa tu o tanich kopiach markowych produktów). Niezawodność, bezpieczeństwo instalatorów czy użytkowników – to już tylko bonusy (ale jakże istotne), które mogą przeważyć o sukcesie finalnego produktu w ryku.

Artykuł opublikowano dzięki uprzejmości firmy PHOENIX CONTACT.

Autor: Piotr Andrzejewski, Menadżer Segmentu Przyłączy do Urządzeń

https://sklep.semicon.com.pl/shop2/index.php?lang_id=3
https://sklep.semicon.com.pl/shop2/index.php?lang_id=3