lfp baterije i rastalni osigurači

46 www.burzanautike.com 04-2020

U prošlom nastavku opisan je Lynx sabirnički sustav 1000 A za prihvat kabela baterija i ostalih kabela uređaja istosmjernog

napona. Nije jednostavno napraviti spoj kabela velikog presjeka plus i minus sabirnice na kompaktan način pa stoga korištenje gotovih Lynx modula predstavlja pravu pomoć pri gradnji. Lynx sustav se može primijeniti kako za olovne baterije, tako i za LFP baterije. Lynx sustav u sebi ima mjesto za osigurače baterija i osigurače istosmjernih trošila, no postavlja se pitanje koje osigurače ugraditi, tj. na što bi se morala obratiti pažnja pri izboru osigurača. Upravo

LFP baterije i rAstALNi osigUrAčiTekst: josip Zdenković Foto: Victron energy

ovaj članak će dotaknuti izbor rastalnih osigurača u baterijskim sustavima. Pitanje izbora rastalnog osigurača nije skroz jednostavno, uvjerite se sami na poveznici: https://www.fusesunlimited.com/ . tu je „more“ tipova – ali koji je pravi?

KaKo izabrati rastalni osigurač za bateriju?

Kratak odgovor na ovo pitanje polazi od strujnog kruga u kojem se nalazi i u kojem je upravo rastalni osigurač namjerno oslabljeni najslabiji vodič. rastalni osigurač mora trajno podnositi struju trošila ili punjača, no morao bi

imati nižu vrijednost nazivne struje od trajno podnosive struje priključnih kabela baterije.

zašto ne primijeniti automatsKi zaštitni preKidač umjesto rastalnog osigurača?

Prvo što pada na pamet je prednost automatskog zaštitnog prekidača u smislu jednostavnog podizanja ručice po djelovanju. Ali uočite kako baterijski osigurači, a time i prekidači uobičajeno imaju poprilične struje, primjerice izmjenjivač 12 V istosmjerno na 230 V izmjenično će uz trošilo 230 V, 2400 W povlačiti iz baterije 200 A. Zaštitni

04-2020 BURZA NAUTIKE 47

lynx dc sustav ELEKTRIKA

Struja kratkog spoja najveća je ako se kratko spoje priključci polova baterije ili ako dođe do kratkog spoja priključaka polova u prvoj razvodnoj kutiji, odnosno na izlazima prema trošilima. Ako se zamisli da je baterija idealan naponski izvor onda bi struja kratkog spoja na priključcima polova bila beskonačno velika

Slika 1. Niskonaponski visokoučinski osigurač – NV osigurač

oslabljeni rastalni dio. Na slici 2. su prikazani napon i struja kroz osigurač. Zbog vrlo malog otpora osigurača i napon je na njemu, sve dok je krug ispravan, gotovo zanemariv. Ako dođe do kratkog spoja onda krugom očekivano poteče višestruko veća struja. ta će struja kroz vrijeme taljenja ts rastaliti oslabljeni dio u osiguraču. to dovodi do strujnog luka. čim je došlo do taljenja, struja više ne može pratiti očekivanu visoku struju kratkog spoja na tom mjestu i počinje padati iznosom. Nestajanjem metala u prostor luka ulazi kvarcni pijesak, luk se postepeno gasi i struja prestaje teći. Za vrijeme gašenja luka tL dolazi do samoindukcije napona koji nastoji održati tok struje pa je napon na kontaktima osigurača viši od mrežnog napona izvora. onog časa kada se luk ugasi, napon na kontaktima osigurača postaje opet jednak naponu mreže. Za rastalne osigurače vrlo često se navode energije taljenja i gašenja luka prikazane isto na slici 2. ovo je pak važno ako imamo više osigurača spojenih u seriju od izvora do trošila. tada mora prekinuti strujni krug osigurač najbliže mjestu kvara pa njegova energija isklopa mora biti manja od energije taljenja osigurača u smjeru izvora.

prekidač 200 A je cijenom neusporedivo skuplji od rastalnog osigurača za istu struju! Za manje struje i slabija trošila do 50 A istosmjerno bit će smisleno upotrijebiti automatski zaštitni prekidač no za više struje to se neće napraviti, najprije iz financijskih razloga. Prekidač za istosmjernu struju nije jednostavan jer se po isklapanju prekidača stvara neugodan električni luk koji se mora ugasiti u posebno konstruiranim komorama za gašenje luka. Prekidač za izmjeničnu struju je tu u prednosti jer svakih 20 ms struja prirodno prolazi kroz nulu pa se električni luk gotovo sam gasi.

KaKo djeluje rastalni osigurač?Niskonaponski visoko učinski rastalni

osigurač (skraćeno: NVo) za visoke izmjenične struje prikazan je na slici 1. između dva nožasta kontakta nalazi se oslabljeni dio koji će se zbog prolaska prekomjerne struje rastaliti. taj oslabljeni talni dio se nalazi u keramičkom kućištu ispunjenom kvarcnim pijeskom za gašenje luka. Nožasti kontakti upadaju u odgovarajuće kontaktno podnožje za koje se pričvršćuju spojni kabeli.

Prolaz električne energije, tj. struje kroz osigurač zagrijava presjekom namjerno


Slika 2. Princip djelovanja osigurača

Slika 3. I – t karakteristika rastalnih NV osigurača

Slika 4. Tipični rastalni osigurači i podnožja za brodske istosmjerne instalacije za više struje

do isklapanja strujnog kruga pri tim nižim strujama. Naravno da u slučaju struje kratkog spoja gotovo trenutno izgara i oslabljeno mjesto namijenjeno isklopu struje pri preopterećenju.

montaža osigurača u plovilu

Na slici 4. prikazani su tipični rastalni osigurači s visokim nazivnim strujama za primjenu u baterijskim sustavima na plovilima. U tablici pored može se uočiti otpor osigurača u hladnom stanju. Ako se želi spojiti nekoliko osigurača zajedno, tada se primjenjuju posebna podnožja, koja se jednim krajem pričvršćuju na bakrenu sabirnicu, a drugim krajem su to mjesta pričvršćenja priključnog kabela. sabirnica se onda spaja na priključak pola baterije. Na slici 4. su prikazane dvije izvedbe sabirnice i to s jednostranim priključkom i s dvostranim priključkom. Konstrukcija nosača osigurača omogućava da se na jednoj strani izmakne dio plastike tako da je nakon montaže na sabirnicu osigurač na oba kraja gotovo idealno ravan. Podnožja su napravljena da se međusobno čvrsto uglavljuju. Ako se podnožje koristi samostalno onda se može opremiti i odgovarajućim zaštitnim pokrovom. iako su struje velike, naponi do 50 V istosmjerno nisu opasni za izravni dodir dijela pod naponom. Na slici 5. su primjeri izvedenih spojnih kutija u kojim se uočavaju osigurači baterijskih grana i osigurači trošila.

unutarnji otpor, struja KratKog spoja, preKidna moć

struja kratkog spoja najveća je ako se kratko spoje priključci polova baterije ili ako dođe do kratkog spoja priključaka polova u prvoj razvodnoj kutiji, odnosno

da je rastalni dio izveden na dva načina: kroz oslabljeno mjesto koje isklapa kratki spoj i kroz oslabljeno mjesto na kojem je dodan lem koje će pri nižim strujama preopterećenja reagirati legiranjem s bakrenom podlogom što onda dovodi

i–t KaraKteristiKa osiguračaZa primjenu osigurača važna su

njegova tri područja prikazana na slici 3. Područje do nazivne struje gdje se očekuje nesmetan protok struje, područje preopterećenja i područje kratkog spoja. U području preopterećenja taljenje osigurača će se dogoditi u razdoblju koje mjerimo minutama. Pri laganom preopterećenju strujom izolaciji kabela se ništa neće dogoditi i kroz dulje vrijeme, pa je i odgođena, minutna, reakcija osigurača primjerena. Ako pak dođe do kratkog spoja, struje su višestruko više od nazivne i tada je nužna brza reakcija jer će u protivnom doći do gotovo sigurnog zapaljenja instalacije. U slučaju kratkog spoja u izmjeničnim instalacijama vrijedi grubo pravilo da se osigurač mora rastaliti za ne više od 5s jer će tada izolacija vodiča ostati još neoštećena. Primijetite


na izlazima prema trošilima. Ako se zamisli da je baterija idealan naponski izvor onda bi struja kratkog spoja na priključcima polova bila beskonačno velika. No sve baterije imaju unutarnji otpor i on (u pojednostavnjenom modelu) određuje najveću moguću struju kratkog spoja baterije. Već nešto dalje od baterije u instalaciji struju kratkog spoja će dodatno ograničavati i otpor kabela instalacije. Ako dakle računamo samo unutarnji otpor baterije kao glavno trošilo idealnog naponskog izvora pri kratkom spoju onda će primjerice VrLA AgM olovne 12 V baterije uz unutarnji otpor 3 mΩ imati struju kratkog spoja 4100 A, a VrLA gEL olovne 12 V baterije uz unutarnji otpor 7,2 mΩ imati struju kratkog spoja 1750 A. Na slici 6. je prikazana karakteristika ponašanja unutarnjeg otpora pri raznim temperaturama VrLA gEL olovne baterije 12 V i jedne ćelije LFP baterije. Primjećuje se da obje baterije pri niskim temperaturama imaju povišenje unutarnjeg otpora, što na prvi pogled izgleda zbunjujuće jer otpor vodiča uobičajeno opada s padom temperature. Ali baterija nije vodič već elektrokemijski

izvor energije i struja unutar baterije je u stvari struja iona! ovu činjenicu porasta otpora pri hladnoći znamo svake godine u zimi kada teže palimo automobil! Pri protoku struje povećani pad napona na povećanom unutarnjem otporu rezultira nižim naponom baterije na elektropokretaču. Nadalje, u jednoj „običnoj“ LFP bateriji nalazi se 4 ćelije pa je onda otpor 4 x veći od otpora na slici 6. no on je opet značajno niži od otpora olovnih baterija. Što to znači? Da će LFP baterija imati višu struju kratkog spoja od olovne baterije!

Na slici 7. su prikazana dva i – t dijagrama za dva rastalna osigurača tipična za baterijske sustave. iako se radi o osiguračima iste nazivne struje, za određenu struju kratkog spoja oni imaju značajno različito vrijeme reakcije. Ako je vrijeme reakcije do 5 s prihvatljivo, ipak izbor bi morao pasti na brži osigurač da ne „mučimo“ bateriju. Znači bitno je za svaki osigurač imati njegov i – t dijagram, no moramo znati i struju kratkog spoja baterije. Prema normi iEC 896-2A proizvođač baterije bi morao dati podatak o unutarnjem otporu i struji kratkog spoja baterije. i tada bi


Slika 5. Primjeri DC spojnih kutija s rastalnim osiguračima

Slika 6. Tipični unutarnji otpor VRLA GEL olovne baterije 12 V i jedne ćelije LFP baterije u zavisnosti od temperature


spoja koju osigurač mora moći prekinuti a da ne eksplodira. izmjenični NV osigurači imaju prekidnu moć od 50 do 100 kA za izmjeničnu struju kratkog spoja no za istosmjernu struju te se vrijednosti značajno smanjuju. Za istosmjernu struju postoje zato namjenski osigurači s visokom prekidnom moći od 20 kA do 100 kA kakvi su prikazani na slici 9. ovi osigurači koriste se u auto industriji za baterije elektroautomobila i već kroz to odgovaraju i za primjenu LFP baterija na plovilu.

Na slici 10. je prikazana izvedba nosača class t osigurača (Blue sea) gdje se osigurač prihvaća na svoje vijke, a za kabel postoje posebna mjesta za priključak. Na slici 11. je prikazano jedno rješenje spoja LFP baterija i trošila koristeći u prošlom nastavku opisan Lynx sustav. Za primijetiti je između baterijskog dijela sabirnice i dijela sabirnice za trošila i punjače prisustvo brzog rastalnog osigurača tipa CNN (ili class t što bi bilo bolje rješenje zbog više prekidne moći).

zaKljučaK

ispravan izbor baterijskih osigurača na plovilu svodi se na nekoliko osnovnih koraka. osigurač štiti kabele instalacije, a kabeli su presjekom izabrani prema trošilima. osigurač mora imati nazivnu struju manju od struje koju trajno može podnijeti kabel. Za primijenjenu bateriju bitno je poznavati unutarnji otpor i struju kratkog spoja baterije jer se samo tako preko i–t dijagrama rastalnog

jer vam u slučaju kratkog spoja, ako niste to provjerili neće zadovoljavajuće brzo reagirati. Ako hoćete baš NV osigurače, onda moraju biti NV ar tipa, ali oni su skuplji od ovih sa slike 7.! U svakom slučaju koje god osigurače izaberete morate provjeriti brzinu reakcije!

Ali tu priči što se tiče LFP baterija nije kraj. Kako smo rekli LFP baterije imaju nizak unutarnji otpor i slijedno visoke struje kratkog spoja. Što se događa ako se na osigurače sa slike 7. narine 15 kA struje kratkog spoja? osigurač će jednostavno eksplodirati! to je zadnje što želite na vašem brodu. to se uz olovne baterije nije moglo dogoditi, ali uz LFP je i to zamisliv scenarij. Zato moramo poznavati i podatak o prekidnoj moći osigurača. to je maksimalna struja kratkog

trebalo biti sve lako! iz struje kratkog spoja baterije provjerite brzinu reakcije rastalnog osigurača i onda izaberete brži (ako odgovara i po cijeni!). i ovdje je praktički kraj izbora rastalnih osigurača za olovne baterije.

U praksi ćete ipak pod rukom vrlo često imati NV osigurače izmjenične struje i gotovo bi bilo logično njih i upotrijebiti? No oprez, osigurači za izmjeničnu struju će u svojim tehničkim podacima imati da su iskoristivi i u istosmjernoj primjeni pogotovo do 80 V DC. Ali i NV osigurača ima nekoliko vrsta kako je prikazano na slici 8. gdje su prikazana tri tipa NV osigurača: gg, grL, ar. Prvo slovo g znači da štite u cijelom području prekostruje dakle i od preopterećenja i od kratkog spoja, dok prvo slovo a znači da štite samo u dijelu područja kratkog spoja. Drugo slovo g znači da su to osigurači opće namjene za kabele, rL znači da su to brzi osigurači za kabele, a r znači da su to ultrabrzi osigurači za zaštitu poluvodiča. Na slici su prikazane reakcije za kratki spoj od 1500A i 1000A za sva tri tipa osigurača. Uz struju od kratkog spoja 1000 A osigurač NV gg 250 A i instalacija se „muči“ 20 s do isključenja. U 20 s se podosta toga zagrijalo, istopilo, a možda i već zapalilo! NV ar 250 A osigurač će pri 1000 A isključiti za 0,1s što je odlično. Ali, uvijek ima neki ali, ar osigurači nisu uopće jeftini! i s ovom spoznajom ćete odustati od ideje da prođete jeftinije uzimajući jeftine NV gg izmjenične osigurače u vašoj aplikaciji umjesto namjenskih osigurača sa slike 7.

Slika 8. I – t karakteristika NV rastalnih osigurača za izmjenični napon

Slika 7. I – t karakteristika rastalnih osigurača za istosmjerni napon do 80 V



obične jeftine NV gg osigurače koristite ako opisanom provjerom brzine reakcije i dostatne prekidne moći utvrdite da mogu odraditi posao! Ako imate LFP baterije onda ovaj postupak odradite posebno pomno. LFP baterija je preskupa da je mučite dugotrajnim isključivanjem s najjeftinijim osiguračem.

i time tema osigurača nije nipošto iscrpljena, rastalni osigurači se zagrijavaju pa ako ih stavite zajedno, tada jedan drugom predaju toplinu, a toplina je za osigurač isto što i struja. Nadalje uređaji po priključenju potežu „poteznu“ struju i sigurno ne želite da vam ona proradi osigurač, pa bi i to trebalo znati provjeriti. Kako izgleda stvarni kratki spoj LFP baterije i što se s njome događa ako vaši osigurači ne odrade? Dublje ulaženje u sve ove teme zahtijevalo bi ipak više prostora… možda za neki sljedeći nastavak.

[email protected] bN

osigurača može provjeriti da će izabrani osigurač u zahtijevanom vremenu ispod 5 s i reagirati. čak i ako osigurač po i–t dijagramu može reagirati u primjerenom vremenu u jednoj baterijskoj grani, ostaje vam provjeriti da li ima prekidnu moć za moguće struje kratkog spoja oko glavne sabirnice i da ne eksplodira!

Slika 11. Jedno moguće rješenje DC razvoda za LFP baterije s Lynx sustavom i CNN ili class T osiguračem.

Slika 10. Rastalni osigurač za istosmjernu struju s visokom prekidnom moći u prikladnom kućištu (Blue Sea)

Slika 9. I – t karakteristika rastalnih osigurača za istosmjernu struju s visokom prekidnom moći

lfp baterije i rastalni osigurači

Documents