Siton 210 a přepěťová ochrana, Potenciál DC?

[pospisjak]

Ahoj,
týká se to v podstatě všech "bojlerových" MPPT regulátorů, pro něž je typické:

• galvanicky spojený vstup (DC) a výstup (AC obdélník), výstup H můstek, čtyři FETy

• Napájení z panelů cca 6 až 8 ks v sérii, Uoc do cca 400 VDC, proudy cca 10 až 15 ADC

• napájí se jimi "vyhrazené", pevné spotřebiče, typicky na 1f/230 Vef, typicky tepelné odporové, typicky třída 1 (PE, N, L) - bojlery, žebříky v koupelně, olejové radiátory a spol.

• Cenově z nejlevnějších řešení, topologicky jednodché

Jako představitele volím známý SITON 210 u něhož je známé jak schéma, tak činnost i kód programu.
I tento jednoduchý a levný střídač si zaslouží řešit přepěťovou ochranu, jeho výstup se často tahá různě po domě. Napadají mě možnosti:
a) Neřešit nic, zcela izolovaná soustava, napětí vůči zemi nijak neřešeno (atmosférické vlivy, elektrostatika "před bouřkou", omezeno až průrazem izolace, vstupních filtračních C1 a C2, pevností spirály v bojleru, svody v panelech na rám, atd. - nebezpečné, nespolehlivé - poruchy Sitonu, Arduina, namáhání napájecího DC adaptéru pro Siton, ...
b) DC strana izolovaná, ale napětí udržováno v rozumných mezích proti PE (varistory, transily nebo jen odpory) limit +/PE a -/PE
c) Střed stringu spojit na PE, DC stranu mít souměrně proti PE do plusu i do mínusu, výstup regulátoru se bude nejvíc podobat síti (potenciálově)
d) Záporný pól stringu spojit s PE. + Asi nejmenší namáhání panelů přes PID (Potenciální indukovaná degradace). Může být výhodné pro sekundární využití stringu např s bateriovým řešením, kde by byl přizemněn (-) pól. - Už nejde o IT síť, při průrazu jiného panelu na rám teče poruchový proud. Výstup regulátoru (obdélník) lítá od 0 V do Uoc (385 V) proti zemi,

Vzhledem k popisovaným poruchám uživateli MPPT (poškozené budiče tranzistorů, tranzistory, Arduino, "rozsypaný čaj" na displeji, ...) a faktu, že často svépomocná minimalistická instalace nic takového neřeší, nehodlám jít cestou a)

Řešil někdo z Vás něco podobného u FVE? Počítám, že hlídač izolačního stavu pro tento lowcost projekt bude šíleně drahé, jakož i RCD typu B.
Přepěťovky ale chci použít tak jak tak, Buď zpojení do "U" (někdy jako "V") anebo trojúhelníku. Často nabízené Y mi bez HIS nedává smysl.

Schéma Sitonu 210 ver. 21 zde: https://tnweb.tode.cz/wp-content/upload ... rtor2I.png

[pospisjak]

Vzhledem k počtu panelů 8 S je v mraze Uoc = 384 V, tak bude rozdíl ve variantách:

Při c) uzemněný střed stringu, mi stačí přepěťovky do "U" - dvojmodulové, levnější, otvírací napětí varistorů >= 192 V proti PE.
Pokud použiji d), potřebuji přepěťovku >= 384 Vdc. V podstatě minus pól nemá cenu chránit, když je na PE...
Pokud zapojím do b) můžu si vybrat několik chování:
b1) Přepěťovka do U, moduly kolem 200 VDC - budou mi udržovat "balanc" napětí tak, že střed stringu bude napěťově blízko zemi. Budu doufat, že elektrostatické proudy jsou tak malé, že přepěťovka nezčervená. V případě průrazu panelu jiného, než prostředního na rám se vývaha zruší. Tím otevře přepěťovka opačné větve. Připojí tento konec na PE a dle přechodových odporů proraženého místa buď zareaguje i druhá přepěťovka (a shodí tak FVE do zkratu), anebo pojede FVE se sníženým napětím dál. Tady by to chtělo přepěťovku s kontaktem, aby vypl Enable v Sitonu a předešlo se požáru u proraženého panelu. (Resp. aby vyrazil DC jistič, mám Bonega s vypínací cívkou).
b2) Přepěťovka do Y, dva moduly v součtu >= 384 Vdc: Už neudržuje balanc, dovolí napěťový posun, např. 400 V proti PE u libovolného pólu, chrání pouze vstup Sitonu před přepětím > 400Vdc mezi + a - . Při průrazu libovolného místa na FVE do rámu vše jede dál.

Zatím mám ve hře HAKEL, Saltek, Weidmüller

[pospisjak]

Tak se dívám na schéma Sitonu a nejen tranzistorová část, ale i celá elektronika, Arduino, displej s tlačítky i napájecí DC konektor i vývod pro tepelné čidlo jsou spojeny na jedno minus. Společné s minusem od FVE.

Takže varianta a) nepřichází v úvahu, smrtelně nebezpečné.
Varianty b), c) už mají napětí nějak definované, ale pořád vidím situaci, kdy na odpojeném DC konektoru z napájecího adaptéru i na snímači teploty jsou vlivem elektrostatiky řádově stovky V, byť "měkkého" napětí. Taky to bude slušně namáhat sekundární izolaci síťového adaptéru a vstupní kondíky Sitonu C1 a C2 (100 nF, odrušovací, zapojeny do PE) musí být jednoznačně na napětí >= 400 V a vyšší, než U přepěťovky.
Jednoduchá úprava Sitonu moc nejde, je spojeno napěťové snímání rovnou do Arduina, proudové snímání (nadproud), i buzení tranzistorů přes IR2104. Muselo by se doplnit několik DC/DC měničů a optočlenů.

Začínám se přiklánět k variantě d) Uzemnit (-) pól FVE a nezvyšovat si tak potenciál GND v celém obvodu Sitonu, napájení, měření a komunikaci.

Zkoušel jste někdo takto přemýšlet u Vašich MPPT bojlerových regulátorů, ať už se známým schématem (Siton, BEL) nebo s továrním výrobkem, kde bohužel schéma není dostupné? Jak máte zapojeno? Případně doplňte další variantu, kromě a) až d), která mě nenapadla.

[pospisjak]

Neměřil jste někdo napěťové potenciály proti PE u neuzeměných FVE?

Podle schématu BEL, starší typ MR4316AC+ (pouze s LEDkama) má zrovna tak veškerou elektroniku připojenou na (-) FVE stringu. Navíc nemá ani vnitřní PE, tedy ani odrušovací kondíky na vstupu. Je ale napájen přímo z panelů. Jeho teplotní snímač je rovněž jedním koncem na (-) FVE. Jediná jeho vazba na PE je přes přepěťovky, které v zapojení U doporučuje Citel DS50PVS-500 . To je T2; 20/40 kA; 500 / 530 Vdc; 1200 Kč. No, že bych chtěl mít na teplotním čidle až 500 V (nebo -500 V) proti zemi, to teda ne, s tím málokterý elektrikář počítá. Citel opět nemá V-A charakteristiku přepěťové ochrany (varistoru asi) Je možné, že je málo strmá a že se tedy celý systém vybalancuje "doprostřed", takže na čidle v bojleru bude "jen" -200 Vss proti PE a výstupní obdélník bude čistě AC. Ovšem do prvního svodu panelu na PE (vlhkost, izolační stav panelu, stáří), kdy tento svod vytváří galvanickou zem.

No nic u Sitonu teplotní čidlo vytahovat nepotřebuju, to řeší termostat bojleru a Enable se dá řešit kontakty relé... Zbytek obvodu až po napájecí adaptér zůstává na (-) FVE.

[pospisjak]

Edit po čase:
Nakonec jsem použil Weidmüller 2857040000 (T1+T2, 600 V, PV). Asi by fungoval i ten Citel, kdyby měl lepší technický list, mezi kterými póly je míněno to napětí 500 Vdc, to už by se muselo vykomunikovat s výrobcem.

[pospisjak]

Samozřejmě jsou filtrační kondenzátory C1 a C2 v Sitonu posílené, jsou na 630 Vdc, v původním schématu jsou myslím na 250 Vdc, to je zoufale málo, to není bezpečné.

[kodl69]

kondenzátory podle schématu jsou na 450V. Ale je to jedno, při víc než 300V DC na vstupu jsou potenciálně ohorženy mofety na 600V. A jestlipak někdo tuší, proč. Ostatně to je častá závada sitonu a podobných konstrukcí, stačí pěkné mrazivé zimní ráno a je po mosfetech... Jo a neuzemňuj žádnej střed stringu ani nic jinýho než konstrukci a rámy panelů, a to by mělo být spojeno s obalem boileru a zároveň to tvořit zem pro přep. ochranu. Jenom tak to může být aspoň trochu bezpečné, když už tady chybí hlídače izolačního stavu a pod. Tj je potřeba tohle fakt pravidelně kontrolovat, jestli už to není IT síť s jednou poruchou, což nikde nic nesignalizuje...

[unicast]

To je snad jasné, ne? Vzrůst okamžitého napětí při rychlém přerušení průtoku proudu v důsledku parazitní indukčnosti svodů od panelů i panelů samotných (Ferrantiho jev, sice je popsaný u AC, ale pokud rychle vypínáme DC, tak se to chová identicky).

[gupa]

A ten transil nefunguje k ochraně mosfetů při přepětí?

[kodl69]

ne, ten je na výstupu, něco málo posbírá ten RC člen, ale pokud by to mělo být řešeno korektně, musel by být přes každý mosfet samostatně.
Jde o okmžik, kdy se rozpínají mosfety a parazitní indukčnost na nich udělá špičku. Tady je to schválně řešeno pomalým spínáním a rozpínáním za cenu vyšších ztrát, ale není to dokonalé, prostě jednoduchá konstrukce s kompromisy. Transil je oproti mosfetu pomalý, a naopak, kdyby sepnul, tak zůstane sepnutý, dokud ním protéká proud, to není zenerova dioda... Ostatně při vývoji s tím prej byly nějaký problémy, proto je tam v sérii s transilem ten odpor.

[Mex]

Nechci zabřednout zase do nekonečného dohadování, ale tak úplně si to nemyslím.
Zvlášť na straně od panelů to končí na baterii kondenzátorů, takže indukčnost svodů od panelů se myslím zas tak moc neuplatní.

Problém spínání u Sitona je myslím spíš v tom, že je příliš rychlé. A přes kapacitu drainu se mžikově pootevře druhý tranzistor v sérii, který má být v tu chvíli už bezpečně zavřený, a tak se na okamžik vytvoří přes ty 2 FETy vodivá cesta, která panely zkratuje.
Kdyby zkratovala jen panely, tak by se nic dramatického nestalo, panel toho moc nedá. Ale je tam právě ta baterie kondenzátorů, která pak ty tranzistory zničí.

Ale není to zničeno napěťovým přetížením, nýbrž proudovým přetížením.
Takže uživatelé, kteří na to myslí, záměrně zpomalují sepnutí toho FETu.
Což mimo jiné přispěje i k trochu nižšímu rušení.
Za cenu nepatrně horší účinnosti.

[pospisjak]

Kodl69:
Já ale mluvil o kondenzátorech C1, C2 a vlastně se to týká i C18. Ty podle původního schématu jsou zoufale nízko na 275 V. To ve vztahu k přepěťovce a k tomuto vláknu a k první poruše v IT síti, což je toto zapojení se Sitonem. Samozřejmě znalý bastlíř a stavitel Sitonu už je dávno nahradil za napěťově odolnější typy. Měl jsem je pojmenovat raději, jako odrušovací.

Když už jsme u toho prorážení tranzistorů:
kodl69: Parazitní indukčnost čeho udělá na rozpínajícím tranzistoru špičku? Samotného mosfetu nebo spirály bojleru nebo přívodu panel -> Siton?
Pokud budu mít přívod 15 m v ideálním souběhu vzdálenosti 3 mm protékaný proudem opačným směrem, mám vzájemnou indukčnost cca 25 μH , indukčnost smyčky cca 15 μH, v tomto extrémním případě. Pokud by se vodiče trochu prokroutili, bude to lepší. Unicast - tak jsi to myslel?

Tranzistory mám teď WMJ53N60C4 .
Spíš se přikláním k teorii Mexe ohledně kapacit. Paradoxně čím kvalitnější tranzistor s větším čipem, tím bude mít větší kapacitu Gatu (ten můj má náboj 58 nC). Pokud driver jeden T vybíjí (konečným proudem daným driverem, odporem 10R a 1N4148) a druhý nabíjí (v počátku přes kapacitu 1N4148, poté přes 100R a 10R v sérii), mohlo by se stát, že než z toho rozpínajícího vyleze ten všechen náboj z G, ten spínající už nějaké napětí na Gate má a začíná otvírat. Pak můžou jít do zkratu. Nebo je ještě jiná možnost?

Proto někteří vyzkoušeli, že R9, R10, R15, R16 nahradili 1 kΩ místo 100 Ω. Tím ten spínající T nabíhá pomaleji a zatím s tím 1k odporem nikdo tranzistory neodpálil. Mám to též a nepozoruji nějaké přehřívání chladiče, ale mám ho značně předimenzovaný a Siton v Al krabici. Vyloženě porovnávací měření 100R/1k ale neproběhlo. Jako bonus je ono menší rušení. Ostatní kvůli certifikaci EMC taky nemůžou spínat optimálně rychle, viz BEL a jeho povídání o záměrně pomalejším spínání tranzistorů.

[kuba47]

Mex: Přesně tak to je. Teď jsem zrovna řešil jednoho Sitona, kde ani zvýšení odporů na gate nepomohlo. Tranzistory kmitaly, procesor se pořád kousal, displej vydržel fungovat max. pár vteřin. Nenašel jsem žádný rozdíl oproti těm předchozím. Typ tranzistorů naprosto stejný NTHL041N60S5H (z TME, žádný Aliexpress), ale jako by najednou měly mnohem větší kapacitu mezi drain a gate. Jediné řešení bylo výrazně zvýšit proud RC snubberem. Musel jsem tam dát 100n/1R. Trochu se to hřeje, ale ne zas tolik, jako ten 470k odpor v děliči, co měří napětí panelů. Mít na jednom odporu až 400V je podle mě šílenost, ale takhle je to bohužel navržené, do SMD verze jich víc v sérii těžko nacpu.

[kuba47]

pospisjak: 275VDC je neobvyklá hodnota, autor nejspíš myslel 275VAC, ty mívají běžně v datasheetu 630VDC.

[gupa]

Myslím si při pohledu na PCB, že to mají rozkouskované, groudová plocha malá, podívejte se na desky co mají číňané v těch svých čínských bedýnkách all in one. Typuji, že to mělo být určitě na mnoha místech pocínované vrstvou a další kov to měl obalovat. Vidím to mým laickým pohledem že to odzvoní překmity a samozarušením samo sebe.