Ασφάλειες τήξης dc και Διατομές αγωγών σε φωτοβολταϊκά συστήματα με μπαταρίες

Στις ασφάλειες τήξης η διακοπή του κυκλώματος προκαλείται από την τήξη ενός χάλκινου ή αργυρού σύρματος ή ταινίας, τα οποία βρίσκονται μέσα σε σκόνη χαλαζία για την απαγωγή της θερμότητας. Τα χαρακτηριστικά μεγέθη των ασφαλειών τήξης, με βάση των οποίων επιλέγονται είναι: (α) η ονομαστική τάση λειτουργίας, (β) η ονομαστική ισχύς διακοπής ή ρεύμα διακοπής και (γ) οι χαρακτηριστικές χρόνου-ρεύματος. Οι τύποι των ασφαλειών τήξης είναι οι εξής:
Μεγάλες βιδωτές ασφάλειες τύπου D. Ονομάζονται και Diazed-ασφάλειες. Ικανότητα μέγιστου ρεύματος διακοπής 50 (kA).
Μικρές βιδωτές ασφάλειες τύπου DO. Neozed-ασφάλειες. Ικανότητα μέγιστου ρεύματος διακοπής 25 (kA).
Μαχαιρωτές ασφάλειες τύπου NH (Niederspannung-Hochleistungssicherungen) ή HRC (High Rupture Capacity). Πρόκειται για ασφάλειες ισχύος ΧΤ και υψηλής διακοπτικής ικανότητας. Ικανότητα μέγιστου ρεύματος διακοπής 100 (kA).
Μικροασφάλειες συσκευών τύπου G. Πρόκειται για μικρές κυλινδρικές ασφάλειες προστασίας συσκευών.
Τα μέσα προστασίας χαρακτηρίζονται με δύο γράμματα. Το πρώτο γράμμα δηλώνει την περιοχή ρευμάτων, όπου εξασφαλίζεται προστασία από το μέσο απόζευξης και είναι g ή a. Η σημασία τους είναι η εξής:
g: πλήρης προστασία σε όλη την περιοχή ρευμάτων.
α: μερική προστασία, μόνο στην περιοχή υψηλών ρευμάτων (π.χ. σε κινητήρες λόγω των υψηλών ρευμάτων εκκίνησης).
Το δεύτερο γράμμα χαρακτηρίζει το αντικείμενο που προστατεύεται και μπορεί να είναι ένα από τα παρακάτω γράμματα:
G: γενική χρήση
L: γραμμές, καλώδια
M: θερμικά (π.χ. κινητήρες)
R: ημιαγωγοί
B: εγκαταστάσεις ορυχείων
Tr: μετασχηματιστές.
gG: πλήρης προστασία στη γενική χρήση
gL: πλήρης προστασία για γραμμές
αΜ: μερική προστασία για υψηλά ρεύματα για κινητήρες.
Οι ασφάλειες γραμμών (gL) πρέπει να εξασφαλίζουν προστασία των γραμμών τόσο σε υπερφόρτιση όσο και σε βραχυκυκλώματα. Αντιθέτως, οι ασφάλειες (αΜ) προστασίας κινητήρων πρέπει να λειτουργούν σε υψηλά ρεύματα βραχυκύκλωσης και να μη διακόπτουν τον κινητήρα κατά την εκκίνησή του, οπότε και απορροφά μεγαλύτερη ένταση ρεύματος από την ονομαστική του για σύντομο χρονικό διάστημα.
Στις συνήθης εσωτερικές ηλεκτρικές εγκαταστάσεις κτιρίων, όπου τα αναμενόμενα ρεύματα σφάλματος δεν ξεπερνούν τα 50 (kA) χρησιμοποιούνται βιδωτές ασφάλειες τύπου D και D0. Όταν όμως πρόκειται για τη διακοπή μεγαλύτερων ρευμάτων σφάλματος (>50 kA) χρησιμοποιούνται μαχαιρωτές ασφάλειες τύπου ΝΗ. 
Οι χαρακτηριστικές καμπύλες χρόνου διακοπής/ρεύματος παρουσιάζουν πώς λειτουργούν οι ασφάλειες. Δηλώνουν τον πραγματικό χρόνο ως συνάρτηση του αναμενόμενου ρεύματος βραχυκυκλώματος, δηλαδή, του χρόνου διακοπής.
Οι χαρακτηριστικές καμπύλες χρόνου διακοπής/ρεύματος που παρουσιάζονται στα διαγράμματα καταγράφηκαν σε θερμοκρασία 10°C και ισχύουν για φυσίγγια που δεν είναι φορτισμένα από πριν. Αφού οι αποκλίσεις που προκύπτουν από τις ανοχές που ορίζει ο κατασκευαστής είναι αναπόφευκτες, τα διαγράμματα δείχνουν τις μέσες χαρακτηριστικές καμπύλες χρόνου διακοπής/ρεύματος, η μέγιστη απόκλιση των οποίων μπορεί, σύμφωνα με τα σχετικά πρότυπα, να κυμαίνεται + ή - 1O% στον άξονα του ρεύματος (τα όρια χρόνου διακοπής/ρεύματος σύμφωνα με τα πρότυπα ΕΝ 60269/IEC 60269/ DIN VDE 0636). Οι ασφάλειες τήξης εκλέγονται σύμφωνα με τα εξής στοιχεία:
Ονομαστική τάση, Π.χ. 230/400V
Ονομαστική ισχύς διακοπής ή ρεύμα διακοπής (αυτό προσδιορίζει κυρίως τον τύπο της ασφάλειας). Υπάρχουν τύποι D, DO, ΝΗ με μέγιστα ρεύματα διακοπής 50 kA, 25 kA και 100 kA αντίστοιχα
χαρακτηριστικές χρόνου-ρεύματος. Αντί της χαρακτηριστικής ή μαζί με την χαρακτηριστική μπορεί να δίνονται και το "μικρό" και το "μεγάλο" ρεύμα δοκιμής. Ο χρόνος πού χρειάζεται μία ασφάλεια για να διακόψει την τροφοδοσία, εξαρτάται από το μέγεθος της υπερεντάσεως και από τον τύπο της ασφάλειας. Γενικά σε περίπτωση βραχυκυκλώματος η διακοπή γίνεται σε μερικά εκατοστά του δευτερολέπτου , ενώ σε περίπτωση υπερεντάσεως σε μερικά δευτερόλεπτα ή και λεπτά.

AMPERES INTERRUPTING RATING (AIR) — κατάσταση βραχυκυκλώματος
Οι ασφάλειες τήξεως για προστασία από υπερφόρτωση και βραχυκύκλωμα, καθώς  και οι διακόπτες φωτοβολταϊκών δεν έχουν ιδιαίτερο πρόβλημα, εάν είναι σωστά υπολογισμένοι, για τάση ανοιχτού κυκλώματος και ρεύμα βραχυκύκλωσης, Δεδομένου ότι οι σειρές PV έχουν  εγγενείς περιορισμούς ως προς τα υψηλά ρεύματα βραχυκυκλώματος. Επίσης και στα καλώδια των PV δεν υπάρχει πρόβλημα ως προς την ροή των ρευμάτων βραχυκύκλωσης εάν είναι σωστά ταξινομημένα. Ένας γενικός τύπος για το ρεύμα των καλωδίων και υπερφόρτωσης,  είναι το 156% του συνεχόμενου φορτίου και 156% του συνολικού ρεύματος βραχυκύκλωσης.
Στα αυτόνομα συστήματα με τις μπαταρίες αποθήκευσης, ο όρος βραχυκυκλώματος είναι πολύ αυστηρός. Μπαταρία 220Ah, 6V, βαθιάς εκφόρτισης ή lead-acid μπαταρία μπορεί να παραγάγει  ρεύματα βραχυκυκλώματος πολύ υψηλά έως 8.000 amps για ένα ms και 6.000 amps για μερικά δευτερόλεπτα σε ένα άμεσο βραχυκύκλωμα. Τέτοια υψηλά ρεύματα μπορούν να παραγάγουν υπερβολικές θερμικές και μαγνητικές δυνάμεις που μπορούν να αναγκάσουν μια υποτιμημένη overcurrent ασφάλεια τήξεως να διαλυθεί. Δύο παραλληλισμένες μπαταρίες θα μπορούσαν να παραγάγουν σχεδόν διπλάσιες τιμές. Και οι μπαταρίες μεγαλύτερης χωρητικότητας θα ήταν σε θέση να δώσουν αναλογικά πιο μεγάλα ρεύματα σε  ένα βραχυκύκλωμα. Στα συστήματα με συνεχή τάση DC , ιδιαίτερα τα αυτόνομα συστήματα με τις μπαταρίες, η διακοπτική ικανότητα κάθε overcurrent συσκευής (ασφάλειας τήξεως) είναι σημαντική.
Για παροχή της  μέγιστης προστασίας  και απόδοσης  (πτώση χαμηλότερης τάσης) στα κυκλώματα κλάδων (ιδιαίτερα σε 12V, 24V συστήματα), το ampacity των αγωγών μπορεί να αυξηθεί, αλλά η εκτίμηση των overcurrent ασφαλειών τήξεως που προστατεύουν τις γραμμές καλωδίων πρέπει να είναι όσο το δυνατόν χαμηλότερο σύμφωνα με τα ρεύματα φορτίων.  Ένας γενικός τύπος για το ρεύμα των καλωδίων και υπερφόρτωσης, προστασίας μπαταριών και inverter είναι το 100% του συνεχόμενου φορτίου και 125% των προσδοκώμενων συνεχών φορτίων [ 215-2 ].
Μια θρυαλλίδα (ασφάλεια τήξεως) περιορισμού ρεύματος  πρέπει να χρησιμοποιηθεί σε κάθε αγείωτο αγωγό από την μπαταρία για να περιορίσει το ρεύμα σε περίπτωση βραχυκυκλώματος. Και να μειώσει τα ρεύματα βραχυκυκλώματος στα επίπεδα που είναι μέσα στις ικανότητες του υπόλοιπου εξοπλισμού [ 690-71(c) ]. Αυτές οι ασφάλειες  είναι διαθέσιμες με εκτιμήσεις UL 125 ..300, και 600V dc, ρεύματα 0,1 έως 600 amps, και ένα συνεχές AIR 20.000 amps. Είναι ταξινομημένοι ως RK5 ή RK1 ασφάλειες περιορισμού ρεύματος και πρέπει να τοποθετηθούν στο κατηγορία-R. Για μπαταρίες άνω των 1000Ah απαιτείτε ασφάλεια σε κάθε κλάδο μπαταριών.
Αυτόνομα ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ — INVERTERS
Στα αυτόνομα συστήματα, οι αναστροφείς χρησιμοποιούνται για να μετατρέψουν το dc σε AC από μια αποθήκη μπαταριών σε 230-volt AC 50Hz. Οι αγωγοί μεταξύ του αντιστροφέα και της μπαταρίας   πρέπει να έχουν την κατάλληλη ασφάλεια υπερφόρτωσης για την προστασία του αντιστροφέα [ 240, 690-8, 690-9 ]. Αυτοί οι αναστροφείς έχουν συχνά την ικανότητα μεγάλων στιγμιαίων ρευμάτων που είναι τέσσερις έως έξι φορές το κανονικό φορτίο. Παραδείγματος χάριν, ένας αναστροφέας 2.500-Watt μπορεί να απαιτήσει ισχύ 10.000VA για 5 δευτερόλεπτα όταν πρέπει να αρχίσει ένα φορτίο μηχανών.  Ο Nec (National Electrical Code),  απαιτεί το αμπεράζ  των αγωγών μεταξύ της μπαταρίας και του αναστροφέα για συνεχή παραγωγή 2.500-Watt του αναστροφέα να είναι, Παραδείγματος χάριν, σε ένα σύστημα 24V, 134 amps στο πλήρες φορτίο (αποδοτικότητα 85% σε 22V) και 420 amps για εκκίνηση κινητήρα. Το αμπεράζ  των αγωγών μεταξύ της μπαταρίας και του μετατροπέα πρέπει να είναι 125% 134 amps ή 167 amps. Άρα πρέπει να επιλεγεί ασφάλεια 160 A άνω των 5 δευτερολέπτων αΜ.
Για να ελαχιστοποιήσουν τις πτώσεις τάσης στους αγωγούς οι σχεδιαστές των συστημάτων dc αυξάνουν τις διατομές των αγωγών. Όταν οι τρέχων φέροντες αγωγοί είναι μεγαλύτερου μεγέθους, οι ασφάλειες πρέπει επίσης να είναι μεγαλύτερου μεγέθους αναλογικά [ 250-122 ].
Επιτρεπόμενη ένταση συνεχούς ροής για χάλκινους αγωγούς με μόνωση (για θερμοκρασία περιβάλλοντος 25°C και μέγιστη θερμοκρασία αγωγού 55°C).  Μονωμένοι αγωγοί που είναι τοποθετημένοι σε ορατή εγκατάσταση χωρίς σωλήνες, με απόσταση μεταξύ τους ίση ή μεγαλύτερη από τη διάμετρό τους.
Διατομή αγωγού (mm2) – Μέγιστη επιτρεπόμενη ένταση σε (Α) στους 25°C. ( Στους 55°C συντελεστής 41%)
4φ = 45A - 18Α
6φ = 57A - 23Α
10φ =78A - 32Α
16φ = 104A - 43Α
25φ =137A - 56Α
35φ = 168A - 69Α
50φ = 210A - 86Α
70φ = 260A - 107Α
95φ = 310A - 127Α
120φ = 365A - 150Α
150φ = 415A - 170Α