تطبيق عوازل الجهد المنخفض في تخزين الطاقة

مقدمة

أنظمة تخزين الطاقة (ESS) تنمو بسرعة. فهي ضرورية للطاقة المتجددة، واستقرار الشبكة، والطاقة الاحتياطية. داخل هذه الأنظمة، تعتبر السلامة والموثوقية من أهم الأولويات. أحد المكونات الرئيسية هو عازل الجهد المنخفض.

تعمل عوازل الجهد المنخفض على فصل الموصلات الحية عن الأجزاء المعدنية المؤرضة. إنها تمنع حدوث دوائر قصيرة وتحمي الأشخاص من الصدمات الكهربائية. في أنظمة تخزين البطاريات، تعمل تحت جهد كهربائي يصل إلى 1000 فولت تيار متردد أو 1500 فولت تيار مستمر.

في تخزين الطاقة، يمكن أن يؤدي الاختيار الخاطئ للعازل إلى حدوث أخطاء في القوس الكهربائي، أو تلف المعدات، أو حتى الحرائق. ولهذا السبب يتبع المصممون معايير صارمة مثل IEC 60660، IEC 60865، UL 94، GB/T 11022 لضمان السلامة. تشرح هذه المدونة ما هي عوازل الجهد المنخفض، وأنواعها، وسبب الحاجة إليها، وكيفية اختيار العوازل المناسبة لتطبيقات تخزين الطاقة.

ما هي عوازل الجهد المنخفض?

أ عازل الجهد المنخفض هو جهاز يدعم ويفصل الموصلات الكهربائية بجهد 1000 فولت تيار متردد أو أقل (أو حتى 1500 فولت تيار مستمر). دورها كهربائي وميكانيكي. يجب أن:

• توفير قوة عازلة لمنع الانهيار.

• توفر ثباتًا ميكانيكيًا لتثبيت قضبان التوصيل أو الكابلات في مكانها.

• مقاومة الظروف البيئية مثل الرطوبة أو الغبار أو الضباب الملحي.

معلمات الأداء الرئيسية:

• قوة عازلة: يتحمل جهد 2.5 كيلو فولت تيار متردد لمدة دقيقة واحدة بدون وميض.

• مسافة الزحف: القيم الدنيا تعتمد على جهد التشغيل (على سبيل المثال، ≥16 مم/كيلو فولت تيار مستمر لـ UL 1973).

• مؤشر التتبع المقارن (CTI): في كثير من الأحيان ≥300 لمقاومة السطح الجيدة (وفقًا للمواصفة IEC 60112).

• مقاومة درجات الحرارة: مناسب لبيئة ESS (عادة -40 درجة مئوية إلى +120 درجة مئوية).

التطبيقات النموذجية في ESS:

• فصل بسبار رف البطارية.

• عزل صندوق تجميع التيار المستمر.

• دعم Busbar في أنظمة تحويل الطاقة (PCS).

أنواع عوازل الجهد المنخفض

عوازل المواجهة

تستخدم عوازل المواجهة ذات الجهد المنخفض على نطاق واسع في ESS. وهي على شكل عمود ولها إدراجات ملولبة في كل طرف.
سمات:

• نطاق الحجم: خيوط M6 إلى M12، بارتفاعات من 20 مم إلى 100 مم.

• المواد: راتنجات الايبوكسي، مركبات SMC/DMC، أو PA66 المقوى.

• الفوائد: سهلة التركيب، حجم صغير، قوة ميكانيكية قوية.

• التطبيق النموذجي: تركيب قضبان التوصيل في لوحات توزيع التيار المستمر داخل خزانات تخزين الطاقة.

للحصول على شرح أكثر تفصيلاً لأفضل ممارسات البنية والأداء والتثبيت، يمكنك قراءة دليلنا الكامل: عوازل المواجهة بسبار – كل ما تحتاج إلى معرفته.

عوازل دعم بسبار

تم تصميم عوازل قضبان التوصيل لتثبيت قضبان التوصيل النحاسية أو الألومنيوم في مكانها. يمكن تثبيتها بواسطة المشابك، أو الفتحات المتوافقة، أو البراغي.
المزايا:

• السماح بتمدد حراري طفيف (±2 مم) لمنع الضغط على الموصلات.

• دعم الأحمال الثقيلة بقوة ناتئ عالية وقوة الانحناء.

• شائع في عازل دعم بسبار في أنظمة تخزين البطارية.

إذا كنت ترغب في استكشاف أنواع التصميم وخيارات المواد ومعايير الاختبار بعمق، فراجع منشورنا الشامل: عازل بسبار – دليل كامل.

عوازل SMC/DMC

SMC (مركب تشكيل الألواح) و DMC (مركب تشكيل العجين) هي مواد لدنة بالحرارة عالية القوة. يتم استخدامها على نطاق واسع لأنها:

• توفير نسبة عالية من CTI (400-600).

• تعرف على مقاومة اللهب UL 94 V-0.

• تعمل في درجات حرارة عالية (تصل إلى 150 درجة مئوية).
  تعتبر عوازل SMC/DMC مثالية لبيئات ESS الخارجية أو البيئات ذات درجة الحرارة العالية.

تكبل / عوازل التخزين المؤقت

أنواع الأغلال أو البكرات أصغر حجمًا وغالبًا ما تستخدم من أجل:

• نهايات الكابلات داخل أنظمة التخزين.

• الدعم الميكانيكي للموصلات الصغيرة.
  غالبًا ما تكون مصنوعة من الخزف أو الزجاج أو راتنجات الإيبوكسي. إنها تلبي فئات القوة الميكانيكية من GB/T 772 لتطبيقات الجهد المنخفض.

لماذا تتطلب معدات تخزين الطاقة عوازل الجهد المنخفض؟

ضمان السلامة

في حالات الطوارئ الطارئة، يكون خطر حدوث صدمة كهربائية أو وميض قوسي حقيقيًا. عوازل الجهد المنخفض تأكد من فصل الموصلات بأمان عن الإطارات المعدنية. أنها تساعد على تلبية إيك 62933-5-2 متطلبات السلامة.

منع ماس كهربائى

من خلال الحفاظ على مسافات الزحف والتخليص المناسبة، تمنع العوازل الموصلات من التلامس أثناء الأخطاء أو الاهتزاز. وهذا يمنع حدوث دوائر قصيرة قد تؤدي إلى تلف نظام البطارية.

الاستقرار الميكانيكي

أثناء النقل أو التركيب أو الأحداث الزلزالية، تتعرض مكونات ESS للاهتزاز والصدمات. العوازل ذات الانحناء العالي والقوة الكابولية تحافظ على ثبات القضبان في مكانها.

تصميم وحدات

تستخدم العديد من تصميمات ESS وحدات مسبقة الصنع. تسمح العوازل ذات الجهد المنخفض ودعامات قضبان التوصيل بسهولة التجميع والاستبدال، مما يقلل من وقت التوقف عن العمل.

المقاومة البيئية

قد يعمل نظام ESS في الأماكن ذات الرطوبة العالية أو الضباب الملحي أو الأماكن المتربة. مواد مثل عوازل SMC/DMC مقاومة التتبع والأشعة فوق البنفسجية والتآكل، مما يجعلها موثوقة في البيئات القاسية.

تصميم واختيار المواد لعوازل الجهد المنخفض في معدات تخزين الطاقة

التصميم الميكانيكي

خطوات تصميم دعم العازل:

1. تصنيف الجهد: تحديد الحد الأقصى لجهد التيار المستمر (Vmax) وحساب مسافة الزحف.

2. الحمل الميكانيكي: حساب قوى الدائرة القصيرة باستخدام:
   F = 2 × 10^-7 × (I² / أ) × ل,
   حيث I هو تيار الدائرة القصيرة، و a هو التباعد، و l هو الطول.

3. التمدد الحراري: فكر في تمدد قضيب التوصيل عند التيارات ودرجات الحرارة العالية.

أداء العزل

يعتمد أداء العزل الجيد على:

• قوة عازلة عالية (≥2.5 كيلو فولت تيار متردد لمدة دقيقة واحدة).

• مسافة الزحف الكافية لكل مستوى الجهد.

• قيم CTI مناسبة للبيئة (أعلى CTI = مقاومة تتبع أفضل).

اختيار المواد

المواد المشتركة:

• عوازل راتنجات الايبوكسي: قوة جيدة، CTI معتدل، للاستخدام الداخلي.

• إس إم سي/دي إم سي: ارتفاع CTI، مقاومة ممتازة للحريق، إمكانية العمل في الهواء الطلق.

• سيراميك: مقاومة ممتازة للحرارة، هشة، أثقل.

أجهزة تخزين الطاقة: SMC مقابل العوازل الخزفية

عند الاختيار بين SMC/DMC والسيراميك لـ ESS:

• مزايا SMC/DMC:

  • خفيف الوزن.

  • مقاومة تأثير أعلى.

  • أشكال مرنة وقوالب مخصصة.

  • أفضل في البيئات ذات الاهتزاز.

• مزايا السيراميك:

  • مقاومة الحرارة متفوقة.

  • قوة عازلة عالية جدا.

  • جيد في البيئات ذات درجات الحرارة العالية للغاية.

• المقايضات:
  السيراميك أثقل وأكثر هشاشة. يمكن أن يكون SMC/DMC أكثر فعالية من حيث التكلفة وأسهل في التثبيت.

توصية: بالنسبة لمعظم أنظمة ESS، توفر عوازل SMC/DMC توازنًا بين السلامة والأداء والتكلفة. يُفضل استخدام السيراميك في درجات الحرارة المرتفعة جدًا أو في التطبيقات المتخصصة.

خاتمة

عوازل الجهد المنخفض ضرورية ل هالسلامة الكهربائية في تخزين الطاقة. فهي لا تفصل الموصلات فحسب، بل توفر أيضًا الدعم الميكانيكي، وتقاوم البيئات القاسية، وتضمن الامتثال للمعايير الدولية.

بدءًا من عوازل الجهد المنخفض وحتى عوازل قضبان التوصيل، يعتمد الاختيار الصحيح على الجهد والحمل الميكانيكي وأداء المواد والظروف البيئية.

من خلال اتباع معايير مثل IEC 60660، وIEC 60865، وUL 94، وGB/T 11022 واختيار مواد العزل الكهربائي الصحيحة، يمكن للمصممين إنشاء أنظمة ESS موثوقة وآمنة. سواء اخترت عوازل SMC/DMC أو أنواع السيراميك، فإن التصميم والتركيب المناسبين سيؤدي إلى إطالة عمر النظام وتقليل المخاطر.

--- نهاية ---