Quina és la base de selecció dels equipaments d’interruptors per a projectes d’energies renovables?

Requisits de rendiment en tensió, càrrega i defectes per a equipaments de commutació per a energies renovables

Alineació de les classes de tensió MV/HV amb els punts d'interconnexió a la xarxa i l'escala del projecte

Trieu entre tensió mitjana (MV: aproximadament 1 kV a 52 kV) i tensió alta (HV: qualsevol valor superior a 52 kV) depèn fonamentalment de les necessitats de la xarxa i de la mida del projecte. Les grans instal·lacions solars solen connectar-se normalment a uns 34,5 kV, però els petits projectes eòlics comunitàris solen funcionar perfectament amb tensions compreses entre 12 i 15 kV. Un error en aquesta elecció pot provocar problemes com ara ruptures de l’aïllament o un ús ineficient de la capacitat dels equips. Per exemple, una granja solar massiva de 100 MW connectada a les principals línies de transport necessitarà equipament de commutació d’alta tensió amb una tensió nominal d’almenys 36 kV. En canvi, aquells petits panells solars per a sostres funcionen perfectament amb equipament de tensió mitjana fins a 15 kV. La majoria d’enginyers es refereixen a la norma IEEE C37.20.2 per determinar aquests problemes de compatibilitat en diferents configuracions d’energies renovables.

Dimensionament de les intensitats assignades i de la capacitat de suport de curtcircuits per a la generació intermitent i desequilibrada

La generació renovable introdueix perfils de càrrega variables i corrents de fallada asimètrics, exigint una desclassificació rigorosa i una tolerància robusta a les fallades. L'equipament de commutació ha de suportar:

• Corrent continu : 125 % de la sortida màxima de l'inversor per a l'energia solar; 130 % de la sortida màxima de la turbina per a l'energia eòlica
• Suport de curtcircuit : Com a mínim 40 kA durant 3 segons per gestionar esdeveniments de sobretensió durant pertorbacions en la xarxa

Els codis de xarxa reforcen aquestes exigències: la norma IEEE 1547 exigeix una capacitat de sobrecàrrega transitori del 150 % per als sistemes FV, mentre que les aplicacions eòliques necessiten una resistència cíclica a càrregues del 200 % per adaptar-se a la inèrcia de les turbines i a les variacions de parell provocades pels ràfegues.

Tipus d’equipament de commutació optimitzats per a l’aplicació en integració solar, eòlica i d’emmagatzematge

Equipament de commutació mitjana tensió revestit de metall, GIS i sense SF₆ per a parcs FV i subestacions eòliques

Els projectes d'energia renovable a gran escala necessiten equipaments de commutació de mitjana tensió que es puguin mantenir fàcilment, ocupin menys espai i mantinguin la seguretat en diferents entorns. La majoria de parcs solars opten per dissenys metàl·lics encaixats perquè són modulars. Els interruptors automàtics extraïbles permeten als tècnics fer reparacions sense haver de desconnectar tota la subestació, cosa que estalvia temps i diners. Per a les instal·lacions eòliques offshore o en llocs on simplement no hi ha prou espai, l'equipament de commutació aïllat amb gas (GIS) es converteix en l'opció preferida. Aquests sistemes redueixen les necessitats d'espai físic aproximadament dos terços respecte a les opcions convencionals i, a més, resisteixen naturalment la corrosió provocada per l'exposició a l'aigua salada. A mesura que les normatives sobre emissions es fan més estrictes a nivell general, actualment observem una adopció creixent d'alternatives lliures de SF6. Les empreses recorren a la tecnologia d'interrupció al buit combinada amb materials aïllants dielèctrics sòlids en lloc del tradicional SF6. L'equipament més nou funciona tan bé com el seu predecessor, però elimina completament aquelles molestes preocupacions relacionades amb els gasos d'efecte hivernacle que abans afectaven el sector.

Quadres de commutació de CC i CA/CC híbrids per a emmagatzematge de bateries i aplicacions de microrxarxes

Els sistemes de magatzematge d'energia en bateries, o BESS per abreujar, necessiten un equipament de commutació de corrent continu (CC) especialment dissenyat, ja que es troben amb alguns problemes força singulars. A diferència dels sistemes de corrent altern (CA), no hi ha cap punt natural on el corrent caigui a zero, i a més a més es produeixen pics ràpids de descàrrega que poden danyar l'equipament. Per això, l'equipament de commutació modern inclou elements com bobines magnètiques d'extinció d'arcs i calaixos d'arc més resistents, capaços d'interrompre les fuites de CC gairebé instantàniament, normalment en només uns pocs mil·lisegons. Quan s’avaluen solucions híbrides d’equipament de commutació CA/CC, el que les fa destacar és la seva capacitat de protegir tots els components mentre es commuta entre diverses fonts d’energia en una configuració de microrx. Penseu en un sistema que combini panells solars, bateries i generadors de reserva tradicionals: aquest tipus d’equipament gestiona-ho tot de forma fluida. Optar per una connexió nativa en CC redueix efectivament les pèrdues d’energia durant les conversions i permet que el sistema operi de forma independent quan la xarxa principal falla. Aquesta capacitat no només és una bona pràctica, sinó que esdevé essencial per complir normatives com les normes UL 1741 SA i IEEE 1547-2018, les quals adquireixen una importància creixent a mesura que més instal·lacions apunten cap a la independència energètica.

Durabilitat ambiental i disseny preparat per a accés remot per a instal·lacions d'energies renovables

Resistència a la corrosió, carcasses IP65+ i gestió tèrmica adaptativa en climes extrems

L'equip de commutació als emplaçaments d'energia renovable es troba amb reptes importants deguts a les condicions adverses. Els parcs eòlics costaners han de fer front a la corrosió per salpicadures de sal, mentre que les instal·lacions solars dels deserts lluiten contra l'erosió per sorra i nivells d'humitat que poden superar el 90 %. Segons la recerca de l'AMPP de 2023, aproximadament un quart de tots els fallits elèctrics es produeixen per corrosió en aquests entorns exigents. Per fer-hi front, les carcasses estancades triplement segellades amb grau de protecció IP66 impedeixen l'entrada de pols i aigua durant esdeveniments meteorològics intensos, com monsons o tempestes de sorra. En situacions encara més exigents, els fabricants recorren a l'acer inoxidable 316L o a aliatges de níquel, certificats segons la norma ISO 12944 C5-M per a zones amb exposició a productes químics agressius o a l'entorn marí. Els sistemes de gestió tèrmica també juguen un paper fonamental en aquest context. Aquests sistemes utilitzen calefactadors PTC i ventiladors de velocitat variable per mantenir l'equipament en funcionament òptim en intervals extrems de temperatura, des de menys 40 °C fins a més 55 °C. Aquests sistemes ajuden a prevenir descàrregues disruptives perilloses causades per condensació quan les temperatures varien bruscament durant la nit, un fenomen que ha estat provat i documentat en la norma IEC TR 63397:2022.

Preparació digital: equipaments elèctrics intel·ligents per a la supervisió, l’automatització i el compliment de la xarxa

Integració IEC 61850, protocols SCADA (Modbus/DNP3) i diagnòstics basats en el perímetre

L'equip de commutació desempenya un paper fonamental en els sistemes renovables moderns, actuant com a molt més que un simple punt de desconexió. Quan l'equipament admet nadiu les normes IEC 61850, permet que relés de protecció, sensors i controladors de diferents marques treballin junts de forma perfecta. Això facilita la configuració i accelera el procés de verificació dels codis de xarxa. La majoria de sistemes actuals es connecten també amb plataformes SCADA mitjançant protocols com Modbus TCP i DNP3. Aquestes connexions permeten als operadors supervisar i controlar tot remotament, mantenint la seguretat de les dades durant tota la xarxa. Els processadors intel·ligents integrats directament en aquests dispositius poden verificar nivells de corrent, lectures de tensió, canvis de temperatura i fins i tot detectar descàrregues parcials localment. Detecten problemes en menys de 20 mil·lisegons, fet que és molt important quan cal respondre ràpidament a esdeveniments d’illes. Les eines avançades de manteniment predictiu analitzen el rendiment històric dels components per predir quan podrien fallar determinades peces. Segons Energy Grid Insights (2023), aquest enfocament redueix gairebé a la meitat les parades imprevistes. I hi ha més: la lògica de protecció adaptativa manté l’estabilitat del sistema ajustant automàticament els paràmetres quan varien les fonts renovables. Això ajuda a mantenir el compliment dels requisits sobre suport de tensió baixa (low voltage ride through) i els límits de distorsió harmònica sense necessitat d’intervenció manual.

FAQ

Quins nivells de tensió són habituals per a l’equipament de commutació d’energies renovables?

La tensió mitjana (MV) normalment varia entre 1 kV i 52 kV i s’utilitza habitualment en sistemes més petits, mentre que la tensió alta (HV) és superior a 52 kV i normalment es requereix en instal·lacions a gran escala.

Com suporta l’equipament de commutació els sistemes de magatzematge d’energia amb bateries?

L’equipament de commutació de corrent continu (CC) utilitzat en sistemes de magatzematge d’energia amb bateries resol reptes específics, com ara pics ràpids de descàrrega, incorporant característiques com bobines magnètiques d’extinció d’arcs i calaixos extintors d’arcs per abordar ràpidament les faults.

Quines són les alternatives lliures de SF6 per a l’equipament de commutació?

Les tendències recents apunten cap a la tecnologia d’interrompiment al buit amb materials d’aïllament dielèctric sòlid, eliminant la necessitat de l’gas d’efecte hivernacle SF6 sense comprometre un rendiment similar.

Com afecten les condicions ambientals l’equipament de commutació als emplaçaments renovables?

L'equip de commutació en instal·lacions d'energies renovables pot patir problemes deguts a la corrosió per aerosol salí, l'erosió per sorra i les temperatures extremes. Les solucions inclouen l'ús d'envoltenys resistents i sistemes adaptatius de gestió tèrmica per garantir la seva durabilitat.