Wie weit sollte ein USV vom Batterieschrank entfernt sein?

Es gibt keine universelle 5-Meter-Regel für den Abstand zwischen einer USV und ihrem externen Batterieschrank. Fünf Installationshandbücher sagen etwas Nützlicheres: Sie sind sich über den Abstand nicht einig, aber die vier, die große Systeme abdecken, sind sich über die Zahl dahinter einig.

Eine 5-Meter-Grenze erscheint in einigen Handbüchern für kleine DC-USVs, sollte aber nicht direkt auf eine 100-kVA-Dreiphasen-USV übertragen werden. Was eine große Batteriebank bestimmt, ist der Strom, den sie liefert, und wie viel von ihrer Spannung auf dem Weg zur USV verloren geht.

Alles andere ergibt sich aus diesen beiden.

1. Warum die Batterieschleife doppelt so lang ist, wie Sie denken

Ein Batteriekreis hat zwei Leiter. Der Strom verlässt die Batterie über das positive Kabel und kehrt über das negative zurück. Ein Schrank, der 5 Meter von der USV entfernt steht, bedeutet also10 Meter Leiterin der Spannungsabfallberechnung, nicht 5 Meter.

Dies ist der häufigste Fehler bei der Dimensionierung von Batteriekabeln, und es ist weitaus billiger, ihn auf einer Zeichnung zu beheben als in Kupfer.

Der Abfall selbst ist einfach:

Spannungsabfall = Strom * Kabelwiderstand

Der Kabelwiderstand steigt mit der Länge und fällt mit zunehmendem Querschnitt. Das gibt zwei Hebel mit der gleichen Wirkung: Halbiere die Leitung oder verdopple das Kupfer, und der Abfall halbiert sich in beiden Fällen.

Zwei Schränke, die 5 Meter voneinander entfernt sind, legen 10 Meter Leiter zwischen Batterie und DC-Bus. Zitieren Sie die Schleifenlänge, nicht den Abstand.

2. Was eine 100-kVA-USV aus ihrer Batteriebank zieht

Der Batteriestrom ist die Eingabe für jede folgende Berechnung und ist größer, als die meisten Leute erwarten.

Zur Veranschaulichung nehmen wir eine 100-kVA-USV mit einer Nennleistung von 100 kW an einer 384-V-Nominalbank. Wenn wir die Umwandlungsverluste für den ersten Durchgang ignorieren:

100.000 W ÷ 384 V ≈ 260 A

Einheiten mit einem niedrigeren Ausgangsleistungsfaktor landen auf einer niedrigeren DC-Leistung, daher ist dies eine Beispielbedingung, keine Standardeinstellung.

Zwei Dinge treiben die tatsächliche Zahl darüber hinaus. Die Batteriespannung fällt während der Entladung ab, sodass die gleiche Leistung am Ende mehr Strom benötigt als am Anfang. Der Wechselrichter nimmt auch seine eigenen Verluste auf, bevor etwas davon die Last erreicht.

Der Strom, der für die Kabelauswahl relevant ist, ist daher derNennstrom der maximalen Batterieentladungim USV-Handbuch, berechnet aus der Nennleistung, dem Wirkungsgrad, der Nennbatteriespannung und der minimalen Batteriespannung am Ende der Entladung. Eine kVA-Bewertung und eine Division reichen nicht aus.

Beginnen Sie mit dem Entladestrom und beginnen Sie mitder dahinterliegenden Nennleistung in kWanstelle der kVA auf dem Frontpanel.

3. Der Spannungsabfall ist die bestimmende Zahl, nicht die Meter

Hier ist, was die veröffentlichten Handbücher tatsächlich über die maximale DC-Kabellänge sagen:

Die Grenzen reichen von 5 m bis 50 m – ein Faktor zehn. Bei den vier großen USV-Beispielen liegt das veröffentlichte Ziel für den Spannungsabfall unter 1 %. Das Handbuch der kleinen DC-USV gibt eine Länge an, ohne einen Zielwert für den Abfall danezuzählen.

Das ist der springende Punkt. Die Entfernung ist das Ergebnis einer Abfallberechnung, nicht die Regel, die sie ersetzt. Die veröffentlichte Kabellänge ist daher an die Annahmen des Herstellers zur Kabeldimensionierung und die Spannungsabfallgrenze gebunden, anstatt eine universelle Entfernungsregel zu sein.

Das Schneider-Handbuch zeigt auch, woher die Kabelgrößen selbst stammen: Tabellen B.52.3 und B.52.5 der IEC 60364-5-52, unter Annahme von 90 °C Leitern, 30 °C Umgebungstemperatur, Kupfer und Installationsmethode C. Ändern Sie die Umgebungstemperatur oder die Installationsmethode, und die Korrekturfaktoren verschieben die Antwort.

Die Streuung beträgt zehn zu eins. Das Abfallziel hinter den vier großen Systemen ist es nicht.

Für eine 260-A-Bank bei 384 V übersetzt sich dieses 1%-Ziel direkt in Reichweite pro Kabelgröße:

Diese Balken zeigen nur den Spannungsabfall. Die endgültige Kabeldimensionierung muss auch Strombelastbarkeit, Gruppierung, Umgebungstemperatur, Installationsmethode und Schutzanforderungen erfüllen.

4. Was ein langer DC-Lauf Sie kostet

Spannungsabfall frisst Laufzeit im falschen Moment

Am Ende der Entladung fällt die Batteriespannung bereits ab. Der Kabelabfall darauf bedeutet, dass die USV weniger sieht, als die Batterieanschlüsse messen, und sie erreicht ihren Schwellenwert für niedrige Batterieabschaltung früher, als die Batterie tatsächlich fertig ist.

Die Bank wurde für eine Laufzeit dimensioniert. Das Kabel nimmt leise einen Teil davon zurück.

Kupfer, Anschlüsse und Kabeltrassenplatz

Ein längerer Lauf erfordert einen größeren Querschnitt, und die Folgen sind nicht nur der Kabelpreis:

• größere Kabelschuhe und ein größerer Biegeradius
• mehr Platz in der Trasse, der mit allem anderen darin konkurriert
• schwerere, schwierigere Terminierung
• mehr mechanische Belastung der Batterie- und USV-Anschlüsse
• mehr Verbindungen, wenn der Lauf nicht in einem Stück gezogen werden kann

Bei einer 120-kVA-USV mit einem langen Batterieanschluss können die zusätzlichen Kupfer-, Anschluss- und Installationsarbeiten die Kosten für die Verbesserung der Geräteanordnung während der Planung schnell übersteigen.

Fehlerstrom und ungeschütztes Kabel

Eine Batteriebank ist eine Quelle. Ein Kurzschluss am DC-Kabel zieht, was die Bank liefern kann, und ein langes Kabel ist auch ein langer Fehlerpfad mit einer Impedanz, die verhindern kann, dass ein Schutzgerät schnell auslöst.

Dies ist der dritte Grund, warum die Entfernungsfrage eigentlich eine Layoutfrage ist.

5. Warum der Batterieschrank oft weiter weg stehen muss

Wenn kurze Leitungen nur eine Frage der Wahl wären, würde jeder sie bauen. Das sind sie nicht.

IEC 62485-2, die Sicherheitsanforderungen für stationäre Sekundärbatterieinstallationen bis zu 1.500 V DC behandelt, befasst sich mit Belüftung, elektrischen Gefahren, Kurzschlussschutz und Installationsabständen. In der Praxis beeinflussen auch Bodenbelastung, Raumlayout und Batterietemperaturanforderungen, wo der Batterieschrank stehen kann.

Ein Batterieschrank ist schwer genug, dass die Bodenstruktur eine Standortbeschränkung darstellt, bevor die Kabellänge dies tut, und ein Raum, der belüftet werden muss, ist nicht immer der Raum neben der USV. Diese Anforderungen ziehen die Batterie von der USV weg. Das Abfallziel zieht sie zurück. Das Layout ist die Verhandlung zwischen ihnen, und die Kabelgröße ist das, was Sie für das Ergebnis bezahlen.

6. Vier Prüfungen, bevor Sie einen längeren Lauf akzeptieren

1. Bestätigen Sie den maximalen Entladestrom. Nehmen Sie ihn aus dem USV-Handbuch, bei minimaler Batteriespannung, nicht aus der kVA-Bewertung.
2. Prüfen Sie Strombelastbarkeit und Spannungsabfall separat. Ein Kabel muss den Strom ohne Überhitzung führen und den Abfall innerhalb des Ziels halten. Gruppierung, Umgebungstemperatur, Trasse oder Kanal, Isolationsklasse und Anschlussgröße beeinflussen alle die Strombelastbarkeitsantwort. Es gibt keine Regel, die besagt, dass eine gegebene kVA immer eine gegebene Kabelgröße hat – die Lauflänge und das DC-Bus-Design tragen genauso viel Gewicht wie die Bewertung.
3. Halten Sie parallele Kabel identisch. Wo eine Polarität zwei oder mehr Kabel parallel benötigt, müssen sie gleiche Länge, Querschnitt und Route haben, plus das gleiche Leitermaterial und den gleichen Typ. Ein kürzeres oder anders verlegtes Kabel hat einen geringeren Widerstand, trägt mehr als seinen Anteil und wird heißer. Leichte Lasttests zeigen dies nicht.
4. Lesen Sie das Installationshandbuch. Batteriespannungen, Entladestromgrenzen, Anschlussgrößen und Schutzanordnungen unterscheiden sich zwischen den Herstellern, und das Handbuch hat Vorrang vor jeder Standortregel bezüglich Metern.

7. Verlegen Sie Plus und Minus zusammen

Plus und Minus sollten die gleiche Route nehmen und nahe beieinander bleiben. Wenn Sie einen auf jeder Seite eines Raumes verlegen, weil es praktisch ist, vergrößern Sie die Schleifenfläche, fügen Sie Induktivität hinzu und erschweren Sie die Inspektion und Fehlerbehebung später.

Bei Hochstrom-DC ist die Verlegung Teil des elektrischen Designs.

8. Platzieren Sie den Schutz in der Nähe der Batterie

Der Batterieschalter, die DC-Sicherung oder der Trennschalter gehört in die Nähe der Batterieanschlüsse. Seine Aufgabe ist es, die Länge des Kabels zwischen einer Energiequelle und dem Gerät, das es trennen kann, zu verkürzen. Ein Schutzgerät am USV-Ende lässt den längstmöglichen Abschnitt des Laufs ungeschützt.

Welches Gerät und ob es im Batterieschrank oder in einem separaten DC-Gehäuse sitzt, wird durch das USV- und Batteriesystemdesign bestimmt. Der Test ist einfach: kein langer Kabelabschnitt zwischen Batterie und etwas, das öffnet.

Beginnen Sie mit dem Layout, nicht mit dem Kabel

Wo der Raum es zulässt, platzieren Sie die USV und den Batterieschrank nahe beieinander und halten Sie die Serviceabstände ein, die die Ausrüstung benötigt. Kurze DC-Leitungen ergeben geringeren Abfall, kleinere Kabel, geringere Kosten, weniger Verbindungen und einfachere Inspektion – weshalb erfahrene Ingenieure dies in der Entwurfsphase und nicht nach der Lieferung fordern.

Die Fünf-Meter-Figur ist ein nützlicher Anstoß. Sie ist nicht die Spezifikation.

Wenn Sie ein Layout überprüfen, stellen Sie vier Fragen, anstatt den Abstand zu messen: Was ist der maximale DC-Strom, welcher Querschnitt trägt ihn, was ist der berechnete Abfall über die Schleifenlänge und wo sitzt der Schutz? Wenn Sie diese vier richtig machen, ist ein längerer Lauf in Ordnung. Wenn Sie sie falsch machen, verursacht auch ein kurzer Lauf Probleme.

Senden Sie einem Lieferanten die Lastliste, die Laufzeit und den Raum, den Sie haben – die Batteriespannung, die verfügbare Kabellänge, den Boden, auf dem der Schrank stehen muss, und den benötigten Abstand – und die Kabelgröße kommt als berechnetes Ergebnis zurück. TAFENG-Ingenieure dimensionieren das DC-Kabel anhand der USV-Batteriespannung, des maximalen Entladestroms, der Kabellänge und der Standortbedingungen, anstatt eine feste Abstandsregel anzuwenden.

FAQ

Wie weit kann eine USV vom Batterieschrank entfernt sein? Veröffentlichte Herstellergrenzen reichen von 5 m bei einigen kleinen DC-USV-Systemen bis zu 50 m bei großen USV-Installationen. Bei mehreren großen USV-Bereichen liegt das angegebene Designziel bei einem DC-Spannungsabfall unter 1 %. Überprüfen Sie immer das Installationshandbuch für das spezifische Modell.

Warum ist die Batterieschleife doppelt so lang wie die Entfernung? Strom fließt zur USV über den positiven Leiter und kehrt über den negativen zurück. Ein 5 Meter entfernter Schrank bedeutet daher 10 Meter Leiter in der Spannungsabfallberechnung, und der Widerstand – nicht der Abstand – erzeugt den Abfall.

Welcher Spannungsabfall ist bei einem USV-Batteriekabel akzeptabel? Unter 1 % der Nenn-DC-Spannung ist die Konvention in den hier geprüften großen USV-Handbüchern, normalerweise angegeben bei Nennbatteriestrom. Diese Zahl ist ein Designziel des Herstellers, daher hat das Handbuch Ihres Geräts Vorrang.

Wie viel Strom zieht eine 100-kVA-USV von ihrer Batterie? Etwa 260 A für ein 100-kVA-Gerät mit 100 kW an einer 384-V-Nominalbank, vor Umwandlungsverlusten. Die tatsächliche Zahl ist höher, da die Batteriespannung während der Entladung abfällt und der Wechselrichter seine eigenen Verluste hat, daher dimensionieren Sie nach dem Nennstrom der maximalen Entladung im Handbuch.

Wo sollte der Batterieschalter installiert werden? In der Nähe der Batterie. Ein Schutz am USV-Ende lässt den gesamten Kabelweg zwischen den Batterieanschlüssen und dem Gerät, das einen Fehler unterbrechen kann, ungeschützt.

Müssen parallele Batteriekabel die gleiche Länge haben? Ja – gleiche Länge, Querschnitt, Route, Material und Kabeltyp. Ein kürzerer oder anders verlegter Leiter hat einen geringeren Widerstand und trägt mehr als seinen Anteil am Strom.