Ποια είναι η βάση επιλογής των πινάκων διακοπτικού εξοπλισμού για έργα ανανεώσιμων πηγών ενέργειας;

Απαιτήσεις για Τάση, Φορτίο και Απόδοση σε Περίπτωση Βραχυκυκλώματος για Διακοπτικό Εξοπλισμό Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας

Ευθυγράμμιση των Κλάσεων Τάσης Μέσης (MV) και Υψηλής (HV) Τάσης με τα Σημεία Διασύνδεσης στο Δίκτυο και την Κλίμακα του Έργου

Η επιλογή μεταξύ μεσαίας τάσης (MV: περίπου 1 kV έως 52 kV) και υψηλής τάσης (HV: οποιαδήποτε τιμή πάνω από 52 kV) εξαρτάται πραγματικά από τις ανάγκες του δικτύου και το μέγεθος του έργου. Οι μεγάλες σταθμοί ηλιακής ενέργειας συνδέονται συνήθως σε τάση περίπου 34,5 kV, ενώ μικρότερα αιολικά έργα σε κοινότητες λειτουργούν κανονικά με τάσεις μεταξύ 12 και 15 kV. Η λανθασμένη επιλογή μπορεί να οδηγήσει σε προβλήματα όπως διάσπαση μόνωσης ή ανεκμετάλλευτη ισχύς του εξοπλισμού. Για παράδειγμα, ένα τεράστιο ηλιακό πάρκο 100 MW που συνδέεται με τις κύριες γραμμές μεταφοράς θα χρειαστεί υψηλής τάσης διακόπτες με ονομαστική τάση τουλάχιστον 36 kV. Αντιθέτως, οι μικρές ηλιακές πλάκες σε στέγες λειτουργούν άριστα με εξοπλισμό μεσαίας τάσης μέχρι 15 kV. Οι περισσότεροι μηχανικοί αναφέρονται στο πρότυπο IEEE C37.20.2 για να επιλύσουν αυτά τα ζητήματα συμβατότητας σε διαφορετικές εγκαταστάσεις ανανεώσιμων πηγών ενέργειας.

Υπολογισμός των ονομαστικών ρευμάτων και της ικανότητας αντοχής σε βραχυκυκλώματα για διαλείπουσα, ασύμμετρη παραγωγή

Η παραγωγή από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας εισάγει μεταβλητά προφίλ φορτίου και ασύμμετρα ρεύματα βραχυκυκλώματος, επιβάλλοντας αυστηρή μείωση ονομαστικής ισχύος και ανθεκτικότητα σε βραχυκυκλώματα. Τα διακόπτης πρέπει να αντέχουν:

• Συνεχές Ρεύμα : 125 % της μέγιστης εξόδου του μετατροπέα για ηλιακή ενέργεια· 130 % της μέγιστης εξόδου της ανεμογεννήτριας για αιολική ενέργεια
• Αντοχή σε Βραχυκύκλωμα : Ελάχιστα 40 kA για 3 δευτερόλεπτα για τη διαχείριση κορυφών ρεύματος κατά τις διαταραχές του δικτύου

Οι κώδικες δικτύου ενισχύουν αυτές τις απαιτήσεις: η προδιαγραφή IEEE 1547 απαιτεί ικανότητα προσωρινής υπερφόρτισης 150% για φωτοβολταϊκά συστήματα, ενώ οι εφαρμογές αιολικής ενέργειας απαιτούν αντοχή σε κυκλική φόρτιση 200% για να ανταποκριθούν στην αδράνεια των ανεμογεννητριών και στις μεταβολές ροπής που προκαλούνται από τις ανεμοθύελλες.

Τύποι πίνακων διακοπτικού εξοπλισμού βελτιστοποιημένοι για εφαρμογές ηλιακής, αιολικής και αποθηκευτικής ενέργειας

Μεταλλικά περικλειόμενοι, GIS και χωρίς SF6 μεσαίας τάσης πίνακες διακοπτικού εξοπλισμού για φωτοβολταϊκά πάρκα και αιολικούς υποσταθμούς

Τα μεγάλης κλίμακας έργα ανανεώσιμων πηγών ενέργειας απαιτούν μεσαίας τάσης διακόπτες που μπορούν να συντηρούνται εύκολα, καταλαμβάνουν λιγότερο χώρο και παραμένουν ασφαλείς σε διαφορετικά περιβάλλοντα. Οι περισσότερες φωτοβολταϊκές μονάδες επιλέγουν σχεδιασμούς με μεταλλική περίβληση, επειδή είναι μοντουλαρικοί. Οι αφαιρούμενοι διακόπτες επιτρέπουν στους τεχνικούς να επισκευάζουν τα συστήματα χωρίς να χρειάζεται να απενεργοποιηθεί ολόκληρο το υποσταθμό, γεγονός που εξοικονομεί χρόνο και χρήμα. Για τις υπεράκτιες ανεμογεννήτριες ή για χώρους όπου απλώς δεν υπάρχει επαρκής διαθέσιμος χώρος, οι διακόπτες με μονωτικό αέριο (GIS) αποτελούν την προτιμώμενη επιλογή. Αυτά τα συστήματα μειώνουν τις απαιτήσεις χώρου κατά περίπου δύο τρίτα σε σύγκριση με τις συμβατικές εναλλακτικές λύσεις, ενώ αντιστέκονται φυσικά στη διάβρωση που προκαλείται από την έκθεση σε θαλασσινό νερό. Καθώς οι κανονισμοί σχετικά με τις εκπομπές γίνονται όλο και πιο αυστηροί σε παγκόσμιο επίπεδο, παρατηρούμε αυξημένη υιοθέτηση εναλλακτικών λύσεων χωρίς SF6. Οι εταιρείες στρέφονται προς την τεχνολογία διακοπής σε κενό σε συνδυασμό με στερεά μονωτικά υλικά, αντί του παλαιού αερίου SF6. Το νεότερο εξοπλισμός λειτουργεί εξίσου αποτελεσματικά με τον προηγούμενο, αλλά εξαλείφει όλες εκείνες τις ενοχλητικές ανησυχίες σχετικά με τα αέρια του θερμοκηπίου που παραδοσιακά πλήττουν τον κλάδο.

Ρεύμα συνεχούς και υβριδικά εναλλασσόμενου/συνεχούς ρεύματος πίνακες διακοπτικού εξοπλισμού για εφαρμογές αποθήκευσης ενέργειας σε μπαταρίες και μικροδικτύων

Τα Συστήματα Αποθήκευσης Ενέργειας με Μπαταρίες (BESS, σύντμηση του Battery Energy Storage Systems) απαιτούν ειδικά σχεδιασμένα DC ηλεκτρολογικά πίνακες διακοπής, καθώς αντιμετωπίζουν ορισμένα ιδιαίτερα μοναδικά προβλήματα. Σε αντίθεση με τα AC συστήματα, δεν υπάρχει φυσικό σημείο όπου η ένταση του ρεύματος μηδενίζεται, ενώ εμφανίζονται επίσης αιφνίδιες κορυφές αποφόρτισης που μπορούν να προκαλέσουν ζημιά στον εξοπλισμό. Γι’ αυτόν τον λόγο, οι σύγχρονοι ηλεκτρολογικοί πίνακες διακοπής περιλαμβάνουν στοιχεία όπως μαγνητικά πηνία απόσβεσης της τόξου και ισχυρότερες διαδρομές σβέσεως του τόξου, οι οποίες μπορούν να διακόψουν τα DC βραχυκυκλώματα σχεδόν αμέσως, συνήθως εντός λίγων χιλιοστών του δευτερολέπτου. Όταν εξετάζουμε υβριδικές λύσεις ηλεκτρολογικών πινάκων διακοπής AC/DC, αυτό που τις διακρίνει είναι η ικανότητά τους να προστατεύουν όλα τα συστατικά ενώ εναλλάσσουν μεταξύ διαφορετικών πηγών ενέργειας σε μία ρύθμιση μικροδικτύου (microgrid). Σκεφτείτε ένα σύστημα που συνδυάζει φωτοβολταϊκά πάνελ, μπαταρίες και παραδοσιακούς γεννήτορες αντιπληρωμής — αυτό το είδος εξοπλισμού διαχειρίζεται ομαλά όλες τις λειτουργίες. Η εγκατάσταση «καθαρής» DC σύνδεσης (native DC coupling) μειώνει πράγματι τις απώλειες ενέργειας κατά τις μετατροπές και επιτρέπει στο σύστημα να λειτουργεί αυτόνομα όταν αποσυνδεθεί από το κύριο δίκτυο. Αυτή η δυνατότητα δεν αποτελεί απλώς καλή πρακτική, αλλά καθίσταται όλο και πιο απαραίτητη για τη συμμόρφωση με κανονισμούς όπως οι UL 1741 SA και IEEE 1547-2018, οι οποίοι αποκτούν όλο και μεγαλύτερη σημασία καθώς όλο και περισσότερες εγκαταστάσεις στοχεύουν στην ενεργειακή αυτονομία.

Ανθεκτικότητα σε περιβαλλοντικές επιδράσεις και σχεδιασμός έτοιμος για απομακρυσμένη λειτουργία για ανανεώσιμες εγκαταστάσεις

Αντοχή στη διάβρωση, περιβλήματα IP65+, και προσαρμοστική διαχείριση θερμότητας σε ακραία κλιματικά περιβάλλοντα

Οι διακόπτες σε εγκαταστάσεις ανανεώσιμων πηγών ενέργειας αντιμετωπίζουν σοβαρές προκλήσεις λόγω των ακραίων συνθηκών. Οι αιολικοί σταθμοί κατά μήκος των ακτών υφίστανται διάβρωση από την αλμυρή θάλασσια ατμόσφαιρα, ενώ οι ηλιακές εγκαταστάσεις στις ερήμους αντιμετωπίζουν την απόσβηση από την άμμο και υγρασία που μπορεί να φτάνει πάνω από το 90%. Σύμφωνα με έρευνα του AMPP του 2023, περίπου το ένα τέταρτο όλων των ηλεκτρικών βλαβών οφείλεται σε διάβρωση σε αυτά τα απαιτητικά περιβάλλοντα. Για να αντιμετωπιστεί αυτό, τα τριπλά σφραγισμένα περιβλήματα IP66 αποτρέπουν την είσοδο σκόνης και νερού κατά τη διάρκεια έντονων καιρικών φαινομένων, όπως οι μουσώνες ή οι αμμόστροβιλοι. Για ακόμη πιο απαιτητικές καταστάσεις, οι κατασκευαστές χρησιμοποιούν ανοξείδωτο χάλυβα 316L ή νικελιούχα κράματα, τα οποία πιστοποιούνται σύμφωνα με το πρότυπο ISO 12944 C5-M για χώρους με επιθετικές χημικές ουσίες ή θαλάσσια έκθεση. Τα συστήματα διαχείρισης θερμότητας διαδραματίζουν επίσης κεντρικό ρόλο σε αυτό το πλαίσιο. Χρησιμοποιούν θερμαντικά στοιχεία PTC και ανεμιστήρες με ρυθμιζόμενη ταχύτητα περιστροφής για να διασφαλίζουν την αδιάλειπτη λειτουργία του εξοπλισμού σε ακραία εύρη θερμοκρασίας, από μείον 40 °C έως συν 55 °C. Αυτά τα συστήματα βοηθούν να αποφευχθούν επικίνδυνες ανάφλεξης λόγω συμπύκνωσης όταν οι θερμοκρασίες μεταβάλλονται απότομα κατά τη διάρκεια της νύχτας — γεγονός που έχει δοκιμαστεί και τεκμηριωθεί στο πρότυπο IEC TR 63397:2022.

Ψηφιακή Ετοιμότητα: Έξυπνος Ηλεκτρολογικός Εξοπλισμός Διακοπής για Παρακολούθηση, Αυτοματοποίηση και Συμμόρφωση με το Δίκτυο

Ενσωμάτωση IEC 61850, Πρωτόκολλα SCADA (Modbus/DNP3) και Διαγνωστικά Βασισμένα σε Edge

Οι διακόπτες παίζουν καίριο ρόλο στα σύγχρονα συστήματα ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, λειτουργώντας ως κάτι πολύ περισσότερο από ένα απλό σημείο αποσύνδεσης. Όταν ο εξοπλισμός υποστηρίζει ενσωματωμένα τα πρότυπα IEC 61850, επιτρέπει σε διαφορετικά μάρκες ρελέ προστασίας, αισθητήρων και ελεγκτών να λειτουργούν απρόσκοπτα μαζί. Αυτό διευκολύνει την εγκατάσταση και επιταχύνει τη διαδικασία επαλήθευσης των κανονισμών του δικτύου. Τα περισσότερα σύγχρονα συστήματα συνδέονται επίσης με πλατφόρμες SCADA μέσω πρωτοκόλλων όπως το Modbus TCP και το DNP3. Αυτές οι συνδέσεις επιτρέπουν στους φορείς λειτουργίας να παρακολουθούν και να ελέγχουν όλα από απόσταση, διατηρώντας ταυτόχρονα τα δεδομένα ασφαλή σε όλο το δίκτυο. Οι έξυπνοι επεξεργαστές που ενσωματώνονται απευθείας σε αυτές τις συσκευές μπορούν να ελέγχουν τα επίπεδα ρεύματος, τις μετρήσεις τάσης, τις μεταβολές της θερμοκρασίας και ακόμη και να εντοπίζουν τοπικά μερικές εκκενώσεις. Ανιχνεύουν προβλήματα σε χρόνο μικρότερο των 20 χιλιοστών του δευτερολέπτου, γεγονός που έχει μεγάλη σημασία κατά την ταχεία ανταπόκριση σε γεγονότα απομόνωσης (islanding). Προηγμένα εργαλεία προληπτικής συντήρησης αναλύουν την απόδοση των εξαρτημάτων σε χρονική διάρκεια για να προβλέψουν πότε ενδέχεται να παρουσιαστεί βλάβη. Σύμφωνα με την έκθεση «Energy Grid Insights» του 2023, αυτή η προσέγγιση μειώνει κατά περίπου το ήμισυ την απρόβλεπτη διακοπή λειτουργίας. Υπάρχει επίσης και περισσότερο: η προσαρμοστική λογική προστασίας διατηρεί τη σταθερότητα του συστήματος αλλάζοντας αυτόματα τις ρυθμίσεις της όταν οι πηγές ανανεώσιμης ενέργειας παρουσιάζουν διακυμάνσεις. Αυτό βοηθά στη διατήρηση της συμμόρφωσης με τις απαιτήσεις για επιβίωση σε χαμηλή τάση (low voltage ride through) και τα όρια παραμόρφωσης αρμονικών, χωρίς την ανάγκη χειροκίνητης παρέμβασης.

Συχνές ερωτήσεις

Ποια είναι τα τυπικά επίπεδα τάσης για τον εξοπλισμό διακοπής ανανεώσιμων πηγών ενέργειας;

Η μεσαία τάση (MV) κυμαίνεται συνήθως από 1 kV έως 52 kV και χρησιμοποιείται συχνά για μικρότερα συστήματα, ενώ η υψηλή τάση (HV) είναι μεγαλύτερη των 52 kV και απαιτείται συνήθως για εγκαταστάσεις μεγάλης κλίμακας.

Πώς υποστηρίζει ο εξοπλισμός διακοπής τα συστήματα αποθήκευσης ενέργειας με μπαταρίες;

Ο εξοπλισμός διακοπής συνεχούς ρεύματος (DC) που χρησιμοποιείται στα συστήματα αποθήκευσης ενέργειας με μπαταρίες αντιμετωπίζει ιδιαίτερες προκλήσεις, όπως τα αιφνίδια ρεύματα αποφόρτισης, ενσωματώνοντας λειτουργίες όπως μαγνητικά πηνία απόσβεσης της τόξου και διαδρόμους απόσβεσης της τόξου για την ταχεία αντιμετώπιση βλαβών.

Ποιες είναι οι εναλλακτικές λύσεις χωρίς SF6 για τον εξοπλισμό διακοπής;

Οι πρόσφατες τάσεις κατευθύνονται προς την τεχνολογία διακοπής σε κενό με στερεά διηλεκτρικά υλικά μόνωσης, εξαλείφοντας την ανάγκη χρήσης του αερίου SF6, που είναι αέριο του θερμοκηπίου, χωρίς να θυσιάζεται η αντίστοιχη απόδοση.

Πώς επηρεάζουν οι περιβαλλοντικές συνθήκες τον εξοπλισμό διακοπής σε εγκαταστάσεις ανανεώσιμων πηγών ενέργειας;

Οι διακόπτες σε εγκαταστάσεις ανανεώσιμων πηγών ενέργειας μπορούν να αντιμετωπίσουν προβλήματα λόγω διάβρωσης από αλμυρή ομίχλη, τριβής από άμμο και ακραίων θερμοκρασιών. Οι λύσεις περιλαμβάνουν τη χρήση ανθεκτικών περιβλημάτων και προσαρμοστικών συστημάτων θερμικής διαχείρισης για τη διασφάλιση της ανθεκτικότητας.