Mis on taastuvenergiaprojektide jaoks lülitusseadmete valiku alus?

Pinget, koormust ja katkemomenti arvestavad nõuded taastuvenergia lülitusseadmetele

Keskmise ja kõrgpinge klasside ühildamine võrguühenduspunktide ja projekti skaalaga

Valik keskpinge (MV: umbes 1 kV kuni 52 kV) ja kõrgpinge (HV: kõik üle 52 kV) vahel sõltub tegelikult sellest, mida võrgustik vajab, ja sellest, kui suur projekt on. Suured päikeseelektrijaamad ühenduvad tavaliselt umbes 34,5 kV juures, kuid väiksemad kogukondlikud tuuleenergiaprojektid toimivad hästi pingetega 12–15 kV vahemikus. Vale valik võib põhjustada probleeme, näiteks isoleerumise lagunemist või seadmetevõimsuse raiskamist. Näiteks peab suur 100 MW suurune päikeseelektrijaam, mis ühendub peamiste ülekannevõrkudega, kasutama kõrgpinge lülitusseadmeid, mille nimipingetase on vähemalt 36 kV. Teisalt toimivad väikesed katusepäikesepaneelid suurepäraselt keskpinge seadmetega, mille nimipingetase on kuni 15 kV. Enamus insenerid kasutavad nende ühilduvusküsimuste lahendamisel erinevates taastuvenergia paigaldustes IEEE standardit C37.20.2.

Praeguste väärtuste ja vigade vastupidavuse võimsuse määramine ajutise, ebavõrdse generaatoritöö korral

Taastuvenergia tootmine teeb koormusprofille muutlikuks ja lühisevoolud asümmeetrilisteks, nõudes rangeid vähendamisnõudeid ja tugevat vigade talumisvõimet. Lülitusseadmed peavad vastama järgmistele nõuetele:

• Pidev vool : 125 % päikesepaneelide pügavoolu maksimumväljundist; 130 % tuulegeneraatorite maksimumväljundist
• Lühisevoolu talumisvõime : vähemalt 40 kA 3 sekundi jooksul, et haldada võrguhäirete ajal tekkivaid ülekoormusi

Võrgukoodid tugevdavad neid nõudeid: IEEE 1547 nõuab päikesepaneelide süsteemidele 150% ajutist ülekoormusvõimet, samas kui tuuleenergia rakenduste puhul on vajalik 200% tsüklilise koormuse vastupidavus tuuliku inertsi ja tuulepuhangu tingitud pöördemomendi muutuste arvestamiseks.

Rakendusoptimeeritud lülitusseadmete tüübid päikesepaneelide, tuuleenergia ja energiamahtude integreerimiseks

Metallkorpusega, GIS- ja SF6-vaba keskpingelised lülitusseadmed päikesepargi ja tuuleelektrijaamade alajaamades

Suuremahuliste taastuvenergia projektide jaoks on vajalik keskmise pinge lülitusseade, mida on lihtne hooldada, mis võtab vähem ruumi ja mis säilitab turvalisuse erinevates keskkondades. Enamik päikeseparki kasutab metallist korpuses konstruktsioone, sest need on moodulaarsed. Eemaldatavad kaitsed võimaldavad tehnikatel remonti teha ilma kogu alajaama välja lülitamata, mis säästab aega ja raha. Mererandade tuulegeneraatorite paigalduste või piiratud ruumiga kohtade puhul muutub gaasisisene lülitusseade (GIS) eelistatud valikuks. Need süsteemid vähendavad füüsilisi ruumivajadusi umbes kahe kolmandiku võrra tavapäraste lahendustega võrreldes ning on loomulikult vastupidavad soolavee poolt põhjustatud korrosioonile. Kuna heitkoguste reguleerimine muutub üleüldiselt rangeimaks, näeme tänapäeval rohkem SF6-vaba alternatiivide kasutuselevõttu. Ettevõtted pöörduvad vaakumkatkestustehnoloogia ja tahkete dielektriliste isoleerimismaterjalide poole asemel vanade SF6-lahenduste kasutamisele. Uuemad seadmed toimivad sama hästi kui varasemad, kuid eemaldavad kõik need tülikad kasvuhoonegaasidega seotud murekohad, mis kunagi tööstust häirisid.

DC- ja hübridsed AC/DC lülitusseadmed akuhoidlale ja mikrovõrgu rakendusteks

Laadimisakumulatsioonisüsteemid ehk lühendatult BESS vajavad eriliselt disainitud alalisvoolu (DC) lülitusseadmeid, kuna neil tekib mitmeid üsna unikaalseid probleeme. Erinevalt vahelduvvoolusüsteemidest ei ole seal loomulikku hetke, mil vool langeb nulli, lisaks esinevad kiired laadimispiigid, mis võivad seadmeid kahjustada. Seetõttu sisaldab kaasaegne lülitusseade näiteks magnetilisi puhumisrõngasid ja tugevamaid kaarekambrid, mis suudavad peatada alalisvoolu rikkeid peaaegu kohe, tavaliselt mõne millisekundi jooksul. Hübriidsete vahelduvvoolu/alalisvoolu (AC/DC) lülitusseadmete lahenduste puhul on nende eristav tunnus kõigi komponentide kaitse võimalus ning erinevate võimsusallikate vahelise lülitumise sujuvus mikrovõrgu seadistuses. Mõelge süsteemile, mis ühendab päikesepaneelid, akud ja traditsioonilised varuenergia generaatorid – selline seade toimib kõigis olukordades sujuvalt. Otsene alalisvoolu ühendus (DC coupling) vähendab tegelikult energiakaotusi teisendusprotsessides ja võimaldab süsteemil töötada iseseisvalt ka siis, kui peavõrk välja lülitub. See võimekus ei ole lihtsalt hea tavapraktika, vaid see muutub aina olulisemaks vastavalt nõuetele, nagu UL 1741 SA ja IEEE 1547-2018 standardid, mis saavad üha tähtsamaks, kuna üha rohkem asutusi püüab saavutada energiasõltumatust.

Keskkonnatingimustele vastav vastupidavus ja kaugjuhtimisele ettevalmistatud disain taastuvenergiaobjektide jaoks

Korrosioonikindlus, IP65+ korpused ja kohanduv soojusjuhtimine rasketes kliimatingimustes

Lülitusseadmed taastuvenergiaobjektidel seisavad silmitsi tõsiste väljakutsetega harshsetes tingimustes. Rannikul asuvad tuuleparkide lülitusseadmed peavad vastu soolasisaldusega udu korrosioonile, samas kui põudades paigaldatud päikesepatareid võitlevad liivaga tekkiva kulumisega ja niiskusetasemega, mis võib ületada 90%. AMPP 2023. aasta uuringu kohaselt toimub umbes veerand kõigist elektrikahjustustest just nende rasketes keskkondades korrosiooni tõttu. Selle probleemi lahendamiseks kasutatakse kolmekordsest tihendatud IP66-korpuseid, mis takistavad tolmu ja vee sissepääsu äärmuslike ilmastikuolude ajal, näiteks musoonide või liivatormide ajal. Täiendavalt rasketes olukordades kasutavad tootjad roostevabast terasest 316L või nikli sulameid, millele on antud ISO 12944 C5-M standardi kohane sertifikaat kohtade jaoks, kus esineb agressiivseid kemikaale või merekeskkonna mõju. Soojusjuhtimissüsteemid täidavad selles kontekstis samuti olulist rolli. Need kasutavad PTC-soojendusseadmeid ja muutuva kiirusega ventilaatoreid, et tagada seadmete stabiilne töö äärmuslikel temperatuurivahemikel – miinus 40 kuni pluss 55 kraadi Celsiuse järgi. Sellised süsteemid aitavad vältida ohtlikke kaareläikeid, mida võib põhjustada kondensatsioon temperatuurikõikumiste tõttu öösel, nagu on testitud ja dokumenteeritud IEC TR 63397:2022 standardis.

Digitaalne valmisolek: nutikad lülitusseadmed jälgimiseks, automaatikaks ja võrgu nõuetele vastavuse tagamiseks

IEC 61850 integreerimine, SCADA protokollid (Modbus/DNP3) ja äärepoolsete seadmete põhjal tehtav diagnoos

Lülitusseadmed täidavad olulist rolli kaasaegsetes taastuvenergia süsteemides, tegeldes palju rohkem kui lihtsalt ühenduse katkestamisega. Kui seadmed toetavad omanäoliselt IEC 61850 standardeid, võimaldab see eri tootjate kaitserelaid, andureid ja juhtseadmeid sujuvalt koos töötada. See lihtsustab paigaldust ning kiirendab võrgukoodide kontrollimise protsessi. Tänapäevased süsteemid ühenduvad enamasti ka SCADA-platvormidega protokollide nagu Modbus TCP ja DNP3 kaudu. Sellised ühendused võimaldavad operaatortel kõike kaugjuhtida ja jälgida, samal ajal säilitades andmete turvalisuse kogu võrgus. Neisse seadmetesse sisseehitatud nutikad protsessorid võivad kohapealselt jälgida voolutugevust, pinge näitu, temperatuuri muutusi ja isegi osalisi läbilööke. Nad tuvastavad probleeme alla 20 millisekundi jooksul – see on väga oluline kiireks reageerimiseks saarestumissündmustele. Täiustatud ennustava hoolduse tööriistad analüüsivad komponentide ajalugu, et prognoosida, millal teatud osad võivad välja minna. Saska Energy Grid Insights 2023. aasta andmetega vähendab see lähenemisviis ootamatut seiskumist peaaegu poole võrra. Lisaks sellele säilitab kohanduv kaitse loogika stabiilsuse, muutes automaatselt seadeid taastuvenergiaallikate kõikumiste korral. See aitab säilitada vastavuse madala pinge talumise ja harmooniliste moonutuste piirnormidega ilma käsilise sekkumiseta.

KKK

Millised pinge tasemed on tüüpilised taastuvenergia lülitusseadmete jaoks?

Keskpinge (MV) ulatub tavaliselt 1 kV-st kuni 52 kV-ni ja seda kasutatakse sageli väiksemates süsteemides, samas kui kõrgpinge (HV) on üle 52 kV ja seda nõutakse tavaliselt suurte masstootmiste paigalduste jaoks.

Kuidas toetavad lülitusseadmed akupõhiseid energiamahtude salvestussüsteeme?

Akupõhiste energiamahtude salvestussüsteemides kasutatavad vahelduvvoolu lülitusseadmed (DC switchgear) lahendavad erilisi väljakutseid, näiteks kiireid laadimispiike, kasutades omadusi nagu magnetilised puhumispoolid ja kaarekanalid, et vigu kõrvaldada kiiresti.

Millised on SF6-vabad alternatiivid lülitusseadmetes?

Viimased trendid on suunatud vaakumkatkestustehnoloogiale koos tahkete dielektriliste isoleerimismaterjalidega, mis võimaldab loobuda kasvuhoonegaasist SF6, säilitades samas sarnase jõudluse.

Kuidas mõjutavad keskkonnatingimused lülitusseadmeid taastuvenergia objektidel?

Taastuvenergiaobjektidel asuvad lülitusseadmed võivad kokku puutuda soolasisaldusega aerosooli korrosiooniga, liivaga põhjustatud kulumisega ning temperatuuri äärmustega. Lahendused hõlmavad tugevate korpuste ja kohanduvate soojusjuhtimissüsteemide kasutamist, et tagada vastupidavus.