Jaká je základní kritéria pro výběr rozváděčů pro projekty obnovitelných zdrojů energie?

Požadavky na napětí, zatížení a výkon při zkratu pro rozváděče využívané u obnovitelných zdrojů energie

Přizpůsobení tříd napětí středního a vysokého napětí (MV/HV) přípojným bodům k síti a rozsahu projektu

Výběr mezi středním napětím (MV: přibližně 1 kV až 52 kV) a vysokým napětím (HV: vše nad 52 kV) závisí především na požadavcích sítě a velikosti projektu. Velké solární elektrárny se obvykle připojují na úrovni přibližně 34,5 kV, zatímco menší komunitní větrné projekty fungují dobře i s napětími v rozmezí 12 až 15 kV. Nesprávná volba může vést k problémům, jako je průraz izolace nebo nevyužití kapacity zařízení. Například obrovská solární elektrárna o výkonu 100 MW, která se připojuje k hlavním přenosovým vedením, bude vyžadovat vysokonapěťové spínací zařízení s minimálním jmenovitým napětím 36 kV. Naopak malé fotovoltaické panely na střechách fungují výborně s vybavením pro střední napětí až do 15 kV. Většina inženýrů při řešení těchto kompatibilitních otázek v různých zařízeních pro využití obnovitelných zdrojů energie odkazuje na normu IEEE C37.20.2.

Určení jmenovitých proudových hodnot a odolnosti proti zkratovým proudům pro přerušovanou a nesymetrickou výrobu

Výroba z obnovitelných zdrojů zavádí proměnné zatěžovací profily a nesymetrické poruchové proudy, což vyžaduje důkladné snižování výkonu a robustní odolnost vůči poruchám. Rozvaděče musí vydržet:

• Stálý proud : 125 % maximálního výstupního výkonu střídače pro solární elektrárny; 130 % maximálního výstupního výkonu turbíny pro větrné elektrárny
• Odolnost proti zkratu : Minimálně 40 kA po dobu 3 sekund pro řízení přepěťových jevů během poruch v síti

Sítové předpisy tyto požadavky posilují: norma IEEE 1547 vyžaduje dočasnou přetížitelnost fotovoltaických systémů o 150 %, zatímco u větrných aplikací je nutná cyklická zátěžová odolnost 200 %, aby bylo možné zohlednit setrvačnost turbín a změny krouticího momentu způsobené nárazy větru.

Typy rozváděčů optimalizované pro konkrétní aplikace – integrace solárních, větrných a akumulačních systémů

Kovově uzavřené, plynem izolované (GIS) a bez SF₆ střídavé rozváděče středního napětí pro fotovoltaické elektrárny a větrné podstanice

Projekty obnovitelných zdrojů energie na velkém měřítku vyžadují středního napětí rozváděče, které lze snadno servisovat, zabírají méně místa a zůstávají bezpečné v různých prostředích. Většina solárních elektráren volí kovové uzavřené konstrukce, protože jsou modulární. Výměnné jističe umožňují technikům provádět opravy bez nutnosti vypínání celého rozváděče, čímž se šetří čas i náklady. Pro pobřežní nebo vodní větrné elektrárny či pro místa, kde je k dispozici pouze omezené místo, se stávají preferovanou volbou uzemněné izolované rozváděče (GIS). Tyto systémy snižují požadavky na fyzické místo přibližně o dvě třetiny ve srovnání s konvenčními řešeními a navíc jsou přirozeně odolné vůči korozi způsobené expozicí mořské vodě. S postupným zpřísněním předpisů týkajících se emisí dochází v současné době k rostoucímu nasazení alternativ bez SF6. Firmy se obrací na technologii přerušení ve vakuu v kombinaci s pevnými izolačními materiály místo starších řešení s SF6. Novější zařízení funguje stejně dobře jako předchozí generace, avšak úplně eliminuje problematické obavy týkající se skleníkových plynů, které dříve průmysl trápily.

DC a hybridní střídavé/stejnosměrné rozváděče pro akumulaci energie v bateriích a aplikace mikro sítí

Systémy pro akumulaci elektrické energie v bateriích, nebo zkráceně BESS, vyžadují speciálně navržené stejnosměrné (DC) jističové zařízení, protože se setkávají s několika zcela jedinečnými problémy. Na rozdíl od střídavých (AC) systémů zde není žádný přirozený bod, ve kterém by proud klesl na nulu, navíc dochází k rychlým výbojovým špičkám, jež mohou poškodit zařízení. Proto moderní jističové zařízení obsahuje prvky jako magnetické vyfukovací cívky a výkonnější obloukové komory, jež dokážou přerušit DC poruchy téměř okamžitě, obvykle během několika milisekund. Při posuzování hybridních řešení jističového zařízení pro střídavý i stejnosměrný proud se tyto řešení vyznačují zejména schopností chránit všechny komponenty a zároveň spolehlivě přepínat mezi různými zdroji energie v mikrogridové konfiguraci. Představte si systém kombinující solární panely, baterie a tradiční záložní generátory – takové zařízení zvládne všechny úkoly hladce. Přímé („native“) DC propojení ve skutečnosti snižuje ztráty energie při přeměně a umožňuje systému fungovat nezávisle v případě výpadku hlavní sítě. Tato schopnost není jen doporučenou praxí, ale stává se nezbytnou pro splnění předpisů, jako jsou normy UL 1741 SA a IEEE 1547-2018, jejichž význam neustále roste, protože čím dál více zařízení usiluje o energetickou nezávislost.

Odolnost vůči prostředí a návrh připravený pro dálkové ovládání pro stanoviště využívající obnovitelné zdroje energie

Odolnost proti korozi, krytí IP65+, a adaptivní tepelné řízení v extrémních klimatických podmínkách

Rozváděče na lokalitách využívajících obnovitelné zdroje energie čelí vážným výzvám vyplývajícím z extrémních podmínek. Větrné elektrárny na pobřeží se potýkají s korozi způsobenou mořskou solí, zatímco sluneční elektrárny v pouštích bojují proti opotřebení pískem a vlhkostí, která může dosáhnout více než 90 %. Podle výzkumu AMPP z roku 2023 se přibližně jedna čtvrtina všech elektrických poruch vyskytuje právě kvůli korozi v těchto náročných prostředích. K jejímu potlačení jsou používány trojnásobně utěsněné skříně s ochranou IP66, které brání vniknutí prachu a vody dovnitř během intenzivních počasí, jako jsou monzuny nebo písečné bouře. Pro ještě náročnější podmínky využívají výrobci nerezovou ocel třídy 316L nebo niklové slitiny, které jsou certifikovány podle normy ISO 12944 C5-M pro místa s agresivními chemikáliemi nebo námořní expozicí. Systémy tepelného řízení zde také hrají klíčovou roli. Ty využívají PTC topné prvky a ventilátory s proměnnou rychlostí otáčení, aby zajistily spolehlivý provoz zařízení v extrémních teplotních rozsazích od mínus 40 °C až po plus 55 °C. Tyto systémy pomáhají zabránit nebezpečným obloukovým výbojům způsobeným kondenzací při prudkých nočních teplotních výkyvech – tento jev byl testován a zdokumentován v technické zprávě IEC TR 63397:2022.

Digitální připravenost: inteligentní rozvaděče pro monitorování, automatizaci a soulad se sítí

Integrace IEC 61850, protokoly SCADA (Modbus/DNP3) a diagnostika na hranici sítě

Spínací zařízení hraje klíčovou roli v moderních obnovitelných energetických systémech a slouží mnohem více než jen jako jednoduchý bod odpojení. Pokud zařízení podporuje nativní standard IEC 61850, umožňuje to bezproblémovou spolupráci různých značek ochranných relé, senzorů a řídicích jednotek. To usnadňuje instalaci a urychluje ověřování souladu se sítěmi. Většina současných systémů se také připojuje k platformám SCADA prostřednictvím protokolů jako Modbus TCP a DNP3. Tyto připojení umožňují provozovatelům dálkové sledování a řízení všech funkcí při zároveň zajištěné bezpečnosti dat v celé síti. Chytré procesory integrované přímo do těchto zařízení mohou lokálně kontrolovat hodnoty proudu, napětí, teplotní změny a dokonce i detekovat částečné výboje. Poruchy jsou tak zaznamenány během méně než 20 milisekund – což je zásadní při rychlé reakci na události ostrovního provozu. Pokročilé nástroje pro prediktivní údržbu analyzují historii výkonu komponentů, aby předpověděly možné poruchy dílů. Podle zprávy Energy Grid Insights z roku 2023 tento přístup snižuje neplánované výpadky téměř napůl. K tomu navíc adaptivní logika ochrany udržuje stabilitu systému automatickou úpravou nastavení při kolísání výkonu z obnovitelných zdrojů. To pomáhá zachovat soulad s požadavky na průjezd nízkým napětím (LVRT) a limity harmonických zkreslení bez nutnosti manuálního zásahu.

Často kladené otázky

Jaké úrovně napětí jsou typické pro rozvaděče v oblasti obnovitelných zdrojů energie?

Střední napětí (MV) se obvykle pohybuje v rozmezí od 1 kV do 52 kV a běžně se používá u menších systémů, zatímco vysoké napětí (HV) přesahuje 52 kV a obvykle je vyžadováno u velkých zařízení.

Jakým způsobem podporují rozvaděče systémy akumulace energie v bateriích?

Stejnosměrné rozvaděče používané v systémech akumulace energie v bateriích řeší specifické výzvy, jako jsou rychlé výbojové špičky, díky funkcím jako magnetické vyfukovací cívky a obloukové dráhy, které umožňují rychlé odstranění poruch.

Jaké jsou alternativy k rozvaděčům bez SF6?

Současné trendy směřují k technologii přerušení ve vakuu s pevnými izolačními materiály, čímž se eliminuje potřeba skleníkového plynu SF6 při zachování podobného výkonu.

Jak ovlivňují environmentální podmínky rozvaděče na lokalitách využívajících obnovitelné zdroje energie?

Vypínací zařízení na místech využívajících obnovitelné zdroje energie může být ohroženo korozi způsobenou mořskou mlhou, opotřebením pískem a extrémními teplotami. Mezi řešení patří použití odolných skříní a adaptivních systémů tepelného řízení, které zajišťují trvanlivost.