Ток короткого замыкания от инвертора: почему в режиме резерва автоматы могут не сработать

От сети при коротком замыкании течёт ток в сотни и тысячи ампер, и автомат срабатывает мгновенно. Инвертор на резерве даёт ток КЗ лишь в 1,5–3 раза выше номинального и только доли секунды (точное значение — в паспорте), поэтому автомат с характеристикой C на 16 А может не отключиться, а инвертор просто уйдёт в защиту и обесточит весь дом или цех. Разберём, что с этим делать.

В чём проблема

Магнитный расцепитель автомата срабатывает мгновенно, когда ток превышает заданную кратность номинала. От городской сети такой ток обеспечен: сопротивление линии и трансформатора мало, и ток замыкания достигает сотен и тысяч ампер. Инвертор, работающий автономно (на выходе LOAD или в режиме EPS), устроен иначе: полупроводники рассчитаны на ограниченный ток, и электроника не даст им выдать больше. Если автомат требует тока выше, чем способен дать инвертор, он не сработает мгновенно. Что произойдёт вместо этого, — в разделе о последствиях.

Расчёт на примере инвертора 8 кВт

Номинальный ток при 230 В: 8000 Вт / 230 В ≈ 35 А. Пусть на короткий срок инвертор способен выдать условно вдвое больше: 35 А × 2 = 70 А. Реальная кратность и длительность указаны в паспорте изделия и у разных моделей отличаются; здесь берётся условное значение 2.

Автомат C16 по стандартной характеристике расцепляет магнитной частью в диапазоне от 5 до 10 номиналов: 16 А × 5 = 80 А и 16 А × 10 = 160 А. Значит, чтобы C16 сработал мгновенно, нужно не менее 80 А, а в худшем случае — 160 А. Инвертор даёт 70 А, и мгновенного отключения не будет. Тепловой расцепитель на токе 70 А сработает только через секунды — дольше, чем инвертор терпит такую нагрузку.

Таблица: какой автомат отключится от тока инвертора

Условные значения: пиковый ток принят как номинал × 2. «Да» — ток выше верхней границы диапазона, автомат отключится мгновенно; «Возможно» — ток внутри диапазона, результат зависит от конкретного экземпляра; «Нет» — ток ниже нижней границы.

Кратности взяты из стандартных характеристик: B — от 3 до 5 номиналов, C — от 5 до 10, D — от 10 до 20. Номинальные токи инверторов: 5 кВт — около 22 А, 12 кВт — около 52 А (мощность, делённая на 230 В). Для трёхфазного инвертора расчёт идёт по одной фазе. И ещё одна поправка: реальный ток замыкания ещё меньше расчётного, потому что у кабеля есть сопротивление. Чем длиннее и тоньше линия, тем слабее замыкание.

Что происходит при замыкании на резерве

Автомат не отключился, ток замыкания течёт, напряжение на выходе проседает. Инвертор фиксирует перегрузку или перегрузку по току, отключает выход и сообщает об ошибке. Дальше возможны разные сценарии: попытка перезапуска или остановка до ручного сброса — это определяется прошивкой и настройками.

Практический итог один: селективности нет. Неисправность в одной розеточной линии гасит весь резервируемый щит. В обычной сети замыкание в розетке кухни отключило бы один автомат, а свет в комнатах остался бы. На резерве отключается всё сразу, и человек в темноте не сразу понимает, какая линия виновата. Для частного дома это неудобство, для цеха с непрерывным процессом, серверной или холодильными камерами — риск потери продукции.

Есть и вопрос безопасности: замыкание без быстрого отключения означает нагрев проводников и контактов, пока инвертор не среагирует. Времена здесь доли секунды, но проектировать защиту «на авось» нельзя.

Что делать при проектировании

• Автоматы характеристики B на резервных линиях. У них ниже порог мгновенного срабатывания, и шанс, что слабый ток инвертора отключит автомат, выше. Ограничение — пусковые токи: освещение и электроника с импульсными блоками питания на B ведут себя нормально, а двигатели и насосы с большим пуском могут срабатывать ложно, и их выбирают отдельно (см. разбор пиковой мощности и пуска насоса).
• Номинал автомата не выше необходимого. Чем меньше номинал, тем ниже абсолютный ток расцепления. Для освещения достаточно 10 А, для розеток — по расчёту нагрузки, а не «на всякий случай» 25 А.
• Короткие линии и достаточное сечение. Меньшее сопротивление повышает ток замыкания. Длинные тонкие линии на резерве — худший вариант.
• Меньше линий на LOAD. Выводите на резерв только то, что действительно нужно при отключении (подробнее — в разборе о резервных линиях в щите). Каждая лишняя линия — лишний повод для остановки всей системы.
• УЗО и дифавтоматы. Защита от утечки срабатывает по малому току в миллиамперах, который инвертор обеспечивает без труда. Но для работы УЗО в режиме острова важна правильная схема нулевого проводника и заземления — этот вопрос разобран в статье о нулевом проводнике в режиме Island. Защиту по переменному току подробно описывает отдельный разбор об автоматах и УЗО.
• Проверка режима острова при проектировании. Расчёт токов замыкания делают для двух режимов — от сети и от инвертора, и автомат подбирают так, чтобы защита работала в обоих. Настройки резервного питания у Deye описаны в руководстве по режиму EPS.

Промышленные накопители и PCS

В промышленных системах та же логика действует с поправками. Преобразователь накопителя в автономном режиме обычно ограничивает ток на уровне, близком к номиналу или немного выше (точное значение и длительность — в документации изготовителя). Поэтому селективность с нижестоящими автоматами цеха нужно рассчитывать отдельно для режима от сети и для режима от накопителя. Типичные решения: ступенчатое согласование уставок по времени, разделение нагрузки на группы с отдельными вводами, выделение ответственных потребителей на собственную линию, использование байпаса на сеть для отключения повреждённой линии. Окончательно схему подтверждает проектировщик по данным паспорта PCS, а не по общим соображениям.

Кто и как это решает

Выбор и замена автоматов — работа проектировщика и электрика с допуском. Менять характеристику или номинал автомата самостоятельно, чтобы «проверить, сработает ли», нельзя. Искусственные замыкания для проверки защиты опасны для людей и для инвертора, их проводят только по методике и приборами, предусмотренными для такой проверки. Заказчику стоит запросить у монтажной организации расчёт токов замыкания в режиме резерва и записать результат в документацию на систему.

Частые вопросы

Значит ли это, что на резерве домашняя проводка небезопасна?

Не обязательно. УЗО защищает от утечки на корпус независимо от тока замыкания, а инвертор отключает выход при перегрузке. Но защита от КЗ работает иначе: не мгновенным автоматом, а электроникой инвертора, и поэтому её нужно учитывать в проекте.

Поможет ли замена C16 на B16?

Для инвертора 8 кВт из примера B16 даёт шанс на мгновенное срабатывание, но не гарантию: ток 70 А лежит внутри диапазона 48–80 А. Окончательное решение принимает проектировщик с учётом пусков двигателей на линии.

Можно ли просто взять более мощный инвертор?

Больше мощность — выше ток замыкания, и автоматы срабатывают увереннее. Но подбирать инвертор только ради этого невыгодно; обычно дешевле пересмотреть линии и номиналы автоматов.

Где посмотреть ток КЗ инвертора?

В паспорте или руководстве по эксплуатации: ищите пиковый выходной ток и допустимую длительность в режиме off-grid. Если данных нет, запрос идёт к поставщику.

Короткий вывод

В режиме резерва автомат защищает линию только тогда, когда инвертор способен дать ток выше порога его мгновенного расцепления. Сверяйте ток инвертора из паспорта с характеристиками автоматов, используйте низкие номиналы и характеристику B там, где позволяют нагрузки, сокращайте число резервных линий и закладывайте расчёт режима острова в проект. Эта работа проектировщика и электрика, а не самодеятельность.