– Den største endringen på elektro­området er skiftet fra vekselspenning og -strøm (AC) til likespenning og -strøm (DC). Solceller produserer likestrøm, mens batterier til elbiler og elektronikk lades med likestrøm. 

– Batterier er en av hovedgrunnene til at andelen DC-anlegg øker. Denne energilagringsløsningen fungerer ikke med AC. Det er fordi AC har vekslende polaritet, mens DC og batterier har konstant polaritet. Enkelt forklart er den positive polen alltid positiv og den negative polen alltid negativ i DC- og batterisystemer. 

– Batterier er viktig for å sikre stabil strømforsyning ved uforutsigbar energiproduksjon, som med fornybare energikilder. Eksempelvis er det nødvendig med energilagring for å bruke solenergi om natten, og vindkraft når det ikke blåser. Sammenlignet med alternative løsninger er batterier relativt rimelige og enkle å bruke. Samtidig kan de installeres på ulike steder, som i bygninger og på skip og fly.  

Svært høye kortslutningsstrømmer

– I store installasjoner, med mange parallellkoblede batteripakker, kan kortslutningsstrømmene bli svært høye. Dette gjelder spesielt lithium-ion-batterier, som har høy energitetthet og liten indre motstand. Også i tradisjonelle blybatterier utvikles kortslutningsstrømmene veldig raskt. Årsaken er at batteriene har liten eller ingen induktans, altså elektrisk induktiv motstand. I tradisjonelle elektriske energikilder, som generatorer og transformatorer, er det stor induktans. Grunnen er at den elektriske strømmen blir produsert med store spoler, gjennom elektromagnetisk induksjon. I batterier er det ingen spole. Derfor er den «indre motstanden» (impedansen) i batteriet hovedsakelig resistiv, ikke induktiv.  

– Tidskonstanten (τ) definerer hvor raskt kortslutningsstrømmen utvikler seg. Den bestemmes av induktans delt på resistans (τ=L/R). Jo lavere induktans, jo lavere blir tidskonstanten. Lavere tidskonstant gir høyere stigningsgrad. Det betyr at ved lav induktans utvikles kortslutningsstrømmen raskt, som gir veldig høye kortslutningsstrømmer på ekstremt kort tid. 

– Moderne DC-utstyr er utviklet for å håndtere raske og høye kortslutningsstrømmer. Eksempelvis kan halvleder-teknologi begrense og bryte disse strømmene mye raskere enn før. Det kan også installeres ekstra induktans i kretsen, i form av ekstra spoler. Dette vil øke tidskonstanten og redusere stigningsgraden til kortsluntingsstrømmen, slik at strømmen kan brytes før den blir for stor. 

–  I batterier går det strøm begge veier. I tradisjonelle DC-anlegg uten batterier har strømmen kun én retning. Derfor er det mye DC-bryterutstyr som ikke kan brukes i batteriinstallasjoner. Moderne DC-utstyr er oftere tilpasset denne bruken. 

– Spenningen i batterier varierer mye. I en batteripakke på 1 000 V DC kan spenningen falle til under 700 V ved utlading, og øke til mer enn 1 100 V ved lading. Ved lavere spenning er strømmen høyere, som det må tas hensyn til ved dimensjonering. Spenningsvariasjonen kan også skape utfordringer for annet utstyr. For å holde nivået jevnt brukes gjerne DC-omformere mellom batteriene og resten av anlegget. 

Lading og utlading

Haukefer Hauan forklarer at det er veldig stor kapasitans i DC-omformere, i form av faktiske kondensatorer. 

– Å sette spenning på disse gir veldig høy startstrøm (ladestrøm). Årsaken er at energien går til å lade kondensatoren. I tilkoblingsøyeblikket tilsvarer dette omtrent en kortslutning. For å unngå veldig hurtig opplading, er det vanlig å forhåndslade kondensatorene med en “pre-charge-krets». Utlading av kondensatorer skjer veldig raskt. Ved en kortslutning i kretsen oppstår det en høy utladningsstrøm fra kondensatorene, i tillegg til bidrag fra andre kilder i anlegget. Her er det viktig å dimensjonere anlegget riktig, og å bruke rett utstyr. 

Vanskelig å bryte likestrøm

– En annen utfordring med DC er at det er vanskelig å bryte likestrøm. Enkelt forklart skifter vekselstrømmen  periodisk retning. Hver gang strømmen passerer nullpunktet i sinuskurven går det ingen strøm. Det gjør at vekselstrømmen er lettere å bryte. Likestrømmen er mer eller mindre konstant, og har ikke dette nullpunktet.  Derfor er det lett å «trekke ut lysbuer» når likestrøm blir brutt. Dette kan føre til store skader om utstyret ikke er egnet, eller riktig dimensjonert. Moderne DC-utstyr løser dette med å «slukke» lysbuen effektivt, eller å hindre at den oppstår.  

Har løsninger

Haukefer Hauan fremhever at ABB  tilbyr et bredt spekter av produkter og løsninger for å beskytte, styre og overvåke DC-anlegg på inntil 1 500 V DC.  

– Dette gjelder eksempelvis Infinitus, verdens første komplette halvleder-effektbryter (solid-state/IGCT). Her blir det brukt  teknologi for lynrask «stopp» av kortslutningsstrømmer fra store batteripakker, og utladningsstrømmer fra kondensatorer. 

– Andre produkter er GF-kontaktorer og OTDC-lastskillebrytere, som blant annet blir brukt på helelektriske ferger.