Mi a kapcsolóberendezések kiválasztásának alapja a megújuló energiaprojektekhez?

Feszültség-, terhelés- és rövidzárlati teljesítménykövetelmények megújuló energiához használt kapcsolóberendezésekhez

Közepes/magas feszültségű feszültségosztályok igazítása a hálózati csatlakozási pontokhoz és a projekt méretéhez

A közepes feszültség (MV: kb. 1 kV–52 kV) és a magas feszültség (HV: 52 kV feletti érték) közötti választás lényegében a hálózat igényeitől és a projekt méretétől függ. A nagy méretű napelemes berendezések általában körülbelül 34,5 kV-os feszültségen kapcsolódnak be, míg a kisebb közösségi szélenergia-projektek általában jól működnek 12–15 kV közötti feszültségeken. A rossz választás szigetelési meghibásodásokhoz vagy a berendezések kapacitásának pazarlásához vezethet. Például egy hatalmas, 100 MW-os napelemfarm, amely a fő távvezetékekhez csatlakozik, legalább 36 kV névleges feszültségű magasfeszültségű kapcsolóberendezést igényel. Ezzel szemben az apró tetőre szerelt napelempanelek kiválóan működnek közepes feszültségű berendezésekkel, legfeljebb 15 kV-ig. A legtöbb mérnök az IEEE C37.20.2 szabványt alkalmazza ezeknek a kompatibilitási kérdéseknek a megoldására különböző megújuló energiaforrás-alapú rendszerek esetében.

Áramértékek és rövidzárási ellenállási képesség méretezése időszakosan és egyenetlenül termelő rendszerekhez

A megújuló energiatermelés változó terhelési profilokat és aszimmetrikus rövidzárlati áramokat eredményez, amelyek szigorú lefokozást és megbízható hibatűrést igényelnek. A kapcsolóberendezéseknek képesnek kell lenniük a következőkre:

• Folyamatos áram : 125 % a napelem-inverter maximális kimenetének (napenergia esetén); 130 % a szélgenerátor maximális kimenetének (szélerőművek esetén)
• Zárlati áramviselés : Minimum 40 kA 3 másodpercig a hálózati zavarok során fellépő túlfeszültségi események kezeléséhez

A hálózati szabványok megerősítik ezeket az elvárásokat: az IEEE 1547 szabvány 150%-os átmeneti túlterhelési kapacitást követel meg a napelemes rendszerek számára, míg a szélerőművek esetében 200%-os ciklikus terhelésállóság szükséges a szélkerekek tehetetlenségének és a széllökések által okozott nyomaték-ingadozásoknak való megfeleléshez.

Alkalmazás-optimált kapcsolóberendezés-típusok napelemes, szélenergiás és tárolórendszer-integrációhoz

Fémházas, GIS és SF6-mentes középfeszültségű kapcsolóberendezések napelemfarmokhoz és szélenergia-alállomásokhoz

A nagy léptékű megújuló energiaprojektek közepes feszültségű kapcsolóberendezéseket igényelnek, amelyeket könnyen lehet karbantartani, kevesebb helyet foglalnak el, és biztonságosan működnek különböző környezeti feltételek mellett. A legtöbb naperőmű fémházas kialakítást választ, mert azok modulárisak. A kivehető megszakítók lehetővé teszik a szakemberek számára, hogy javításokat végezzenek anélkül, hogy az egész alállomást le kellene állítaniuk – ez időt és pénzt takarít meg. Tengeri szélerőművek vagy olyan helyszínek esetében, ahol egyszerűen nincs elegendő hely, a gázzal szigetelt kapcsolóberendezés (GIS) válik a preferált megoldássá. Ezek a rendszerek körülbelül kétharmadával csökkentik a fizikai helyigényt a hagyományos megoldásokhoz képest, emellett természetes ellenállást mutatnak a tengervíz okozta korrózióval szemben. Ahogy az üzemanyag-kibocsátási szabályozások egyre szigorúbbá válnak minden területen, napjainkban egyre gyakoribbá válnak az SF6-mentes alternatívák. A cégek egyre inkább vákuumos megszakítástechnológiát és szilárd dielektromos szigetelőanyagokat alkalmaznak az elavult SF6-alapú megoldások helyett. Az új berendezések ugyanolyan jól működnek, mint az elődjük, de teljesen kiküszöbölik az iparágat korábban gyötrelmesen érintő üvegházhatású gázokkal kapcsolatos aggodalmakat.

Egyenáramú és hibrid váltakozó/egyenáramú kapcsolóberendezések akkumulátoros tároló- és mikrohálózati alkalmazásokhoz

Az akkumulátoros energiatároló rendszerek, rövidítve BESS (Battery Energy Storage Systems), különlegesen tervezett egyenáramú (DC) kapcsolóberendezéseket igényelnek, mivel egyes igen egyedi problémákkal is szembe kell nézniük. Ellentétben az váltóáramú (AC) rendszerekkel, itt nincs természetes olyan pillanat, amikor az áram nullára csökken, emellett gyors lemerülési csúcsok is fellépnek, amelyek károsíthatják a berendezéseket. Ezért a modern kapcsolóberendezések például mágneses fúvótekercseket és erősebb ívkioltó rekeszeket tartalmaznak, amelyek képesek majdnem azonnal, általában néhány milliszekundum alatt megszüntetni a DC hibákat. A hibrid AC/DC kapcsolóberendezés-megoldások esetében az különösen kiemelkedő, hogy minden komponens védelmét biztosítják, miközben zavartalanul váltanak különböző energiaforrások között mikrohálózati környezetben. Gondoljunk egy olyan rendszerre, amely nappanelokat, akkumulátorokat és hagyományos tartalék generátorokat kombinál – ez a típusú berendezés minden feladatot zavartalanul kezel. A tisztán egyenáramú (DC) csatolás bevezetése valójában csökkenti az átalakítási veszteségeket, és lehetővé teszi, hogy a rendszer függetlenül működjön, ha a fő hálózat kiesik. Ez a képesség nem csupán jó gyakorlat, hanem egyre inkább elengedhetetlenül szükséges a szabályozási előírások, például az UL 1741 SA és az IEEE 1547-2018 szabványok betartásához, amelyek egyre fontosabbá válnak, ahogy egyre több létesítmény törekszik az energiafüggetlenségre.

Környezeti tartósság és távolról vezérelhető tervezés megújuló energiaforrásokhoz

Korrózióállóság, IP65+ burkolatok és adaptív hőkezelés kemény klímában

A megújuló energiatermelő létesítmények kapcsolóberendezései komoly kihívásokkal néznek szembe a nehéz környezeti feltételek miatt. A tengerpart menti szélerőművek sópermet-korrózióval küzdenek, míg a sivatagokban elhelyezett napelemes berendezések homokkoptatással és akár 90%-nál is magasabb páratartalommal szembesülnek. Az AMPP 2023-as kutatása szerint az összes elektromos hiba körülbelül negyede a korrózió miatt következik be ezekben a kihívásos környezetekben. Ennek leküzdésére a háromszorosan tömített IP66-os burkolatok megakadályozzák a por és a víz behatolását erős időjárási események – például monszunok vagy homokviharok – idején. Még nehezebb körülmények esetén a gyártók rozsdamentes acél 316L-t vagy nikkelötvözeteket alkalmaznak, amelyek az ISO 12944 C5-M szabvány szerint tanúsítottak agresszív vegyi anyagokkal vagy tengeri környezettel szembeni alkalmazásra. A hőkezelő rendszerek is kulcsszerepet játszanak ebben a kontextusban. Ezek PTC-fűtőelemeket és változó fordulatszámú ventilátorokat használnak, hogy a berendezések zavartalanul működjenek extrém hőmérséklet-tartományokban, mínusz 40 °C-tól egészen plusz 55 °C-ig. Ezek a rendszerek segítenek megelőzni a veszélyes ívképződések kialakulását a kondenzáció miatt, amely akkor fordulhat elő, ha az éjszakai hőmérséklet-ingadozások különösen erősek – ezt az IEC TR 63397:2022 szabványban tesztelték és dokumentálták.

Digitális készenlét: intelligens kapcsolóberendezés figyeléshez, automatizáláshoz és hálózati szabályozási előírások betartásához

IEC 61850 integráció, SCADA protokollok (Modbus/DNP3) és peremalapú diagnosztika

A kapcsolóberendezés kulcsszerepet játszik a modern megújuló energiarendszerekben, és sokkal több, mint egy egyszerű leválasztási pont. Amikor a berendezések támogatják a natív IEC 61850 szabványokat, különböző márkájú védőrelék, érzékelők és vezérlők zavartalanul működhetnek együtt. Ez egyszerűbbé teszi a telepítést, és gyorsítja a hálózati kódok ellenőrzésének folyamatát. A mai rendszerek többsége továbbá SCADA-platformokhoz csatlakozik Modbus TCP és DNP3 protokollok segítségével. Ezek a kapcsolatok lehetővé teszik az üzemeltetők számára a távoli felügyeletet és irányítást, miközben az adatbiztonság az egész hálózaton keresztül biztosított marad. A berendezésekbe beépített intelligens processzorok helyileg ellenőrizhetik az áramerősséget, feszültségértékeket, hőmérsékletváltozásokat, sőt akár részleges kisüléseket is észlelhetnek. A problémákat kevesebb mint 20 milliszekundum alatt észlelik, ami különösen fontos az önálló üzemmód (islanding) eseményekre való gyors reagálás szempontjából. A fejlett előrejelző karbantartási eszközök a komponensek időbeli teljesítményét elemezve jósolják meg, mikor állhatnak le alkatrészek. Az Energy Grid Insights 2023-as jelentése szerint ez a megközelítés majdnem felére csökkenti a váratlan leállásokat. További előnyök is vannak: az adaptív védelem logikája automatikusan módosítja a beállításokat a megújuló energiaforrások ingadozása esetén, így biztosítva a rendszer stabilitását. Ez segít fenntartani a kisfeszültségű átmeneti képességre (low voltage ride through) és a harmonikus torzítási határértékekre vonatkozó előírások betartását manuális beavatkozás nélkül.

GYIK

Milyen feszültségszintek jellemzőek a megújuló energiához kapcsolódó kapcsolóberendezéseknél?

A közepes feszültség (MV) általában 1 kV és 52 kV között mozog, és gyakran használatos kisebb méretű rendszerekben, míg a nagyfeszültség (HV) 52 kV feletti érték, amelyet általában nagy léptékű telepítésekhez igényelnek.

Hogyan támogatja a kapcsolóberendezés az akkumulátoros energiatároló rendszereket?

Az akkumulátoros energiatároló rendszerekben alkalmazott egyenáramú (DC) kapcsolóberendezések különleges kihívásokkal – például gyors lemerülési csúcsokkal – is megbirkóznak, olyan funkciók beépítésével, mint a mágneses fúvótekercsek és az ívkamrák, amelyek gyorsan kezelik a hibákat.

Mik az SF6-mentes alternatívák a kapcsolóberendezésekben?

A legújabb irányzatok a vákuumos megszakítási technológiára és a szilárd dielektromos szigetelőanyagokra helyezik a hangsúlyt, így elkerülhető az üvegházhatású gáz, az SF6 felhasználása anélkül, hogy a teljesítmény jelentősen csökkenne.

Hogyan befolyásolják a környezeti feltételek a megújuló energiaforrásoknál alkalmazott kapcsolóberendezéseket?

A megújuló energiaforrások helyszínein elhelyezett kapcsolóberendezések problémákat tapasztalhatnak a sópermet-korrózió, a homokkoptatás és a hőmérsékleti szélsőségek miatt. A megoldások közé tartozik a robusztus burkolatok és az adaptív hőkezelési rendszerek alkalmazása a tartósság biztosítása érdekében.