Aký je základ výberu rozvádzačov pre projekty obnoviteľných zdrojov energie?

Požiadavky na napätie, zaťaženie a výkon pri poruchách pre rozvádzače pre obnoviteľné zdroje energie

Zoradenie tried napätia stredného (MV) a vysokého (HV) napätia s miestami pripojenia k sieti a rozsahom projektu

Výber medzi stredným napätím (MV: približne 1 kV až 52 kV) a vysokým napätím (HV: viac ako 52 kV) závisí predovšetkým od požiadaviek siete a veľkosti projektu. Veľké solárne elektrárne sa zvyčajne pripájajú na úrovni približne 34,5 kV, ale menšie komunitné veterné projekty sa bežne vystačia s napätiami v rozsahu 12 až 15 kV. Nesprávna voľba môže viesť k problémom, ako je prebitie izolácie alebo nevyužitie kapacity zariadení. Napríklad obrovská solárna elektráreň s výkonom 100 MW, ktorá sa pripája k hlavným prenosovým vedeniam, bude potrebovať vypínačové zariadenia vysokého napätia s nominálnym napätím najmenej 36 kV. Naopak, malé solárne panely na strechách fungujú výborne s vybavením stredného napätia až do 15 kV. Pri riešení týchto kompatibilitných otázok v rôznych systémoch obnoviteľných zdrojov energie sa väčšina inžinierov riadi štandardom IEEE C37.20.2.

Určenie prúdových hodnôt a schopnosti odolávať poruchovým prúdom pri nespojitom a nesymetrickom výrobe energie

Výroba z obnoviteľných zdrojov spôsobuje premenné zaťažovacie profily a nesymetrické poruchové prúdy, čo vyžaduje dôkladné zníženie výkonu a robustnú odolnosť voči poruchám. Rozvádzače musia vydržať:

• Stály prúd : 125 % maximálneho výstupného výkonu invertora pre solárnu energiu; 130 % maximálneho výstupného výkonu turbíny pre veternú energiu
• Odolnosť voči skratu : minimálne 40 kA po dobu 3 sekúnd na zvládnutie nárazových udalostí počas porúch v sieti

Sieťové predpisy tieto požiadavky posilňujú: norma IEEE 1547 vyžaduje pre fotovoltaické systémy schopnosť preťaženia v režime prechodového stavu do 150 %, zatiaľ čo vety na veterné elektrárne vyžadujú cyklickú zaťažiteľnosť až do 200 %, aby sa zohľadnila zotrvačnosť turbín a kolísanie krútiaceho momentu spôsobené nárazmi vetra.

Typy rozvádzačov optimalizované pre konkrétne aplikácie – integrácia solárnej, vetrovej a úložnej energie

Kovové rozvádzače, GIS a stredné napätie (MV) rozvádzače bez SF₆ pre fotovoltaické farmy a vetrové podstanice

Projekty obnoviteľných zdrojov energie na veľkú škálu vyžadujú stredné napätie vypínačov, ktoré je možné ľahko servisovať, zaberie menej miesta a zostáva bezpečné v rôznych prostrediach. Väčšina slnečných elektrární používa kovové obalené konštrukcie, pretože sú modulárne. Oddeľovateľné ističe umožňujú technikom opravovať zariadenia bez vypínania celej rozvodnej stanice, čo šetrí čas aj náklady. Pre morské veterné elektrárne alebo miesta, kde jednoducho nie je dostatok miesta, sa stáva preferovanou voľbou plynovo izolované vypínačové zariadenie (GIS). Tieto systémy znížia požadovaný fyzický priestor približne o dve tretiny v porovnaní s konvenčnými riešeniami a navyše prirodzene odolávajú korózii spôsobenej vystavením morskej vode. Keďže pravidlá týkajúce sa emisií sa postupne stávajú prísnejšími vo všetkých oblastiach, v súčasnosti sa čoraz viac uplatňujú alternatívy bez SF6. Spoločnosti sa obracajú na technológiu vypínania vo vákuu v kombinácii s pevnými dielektrickými izolačnými materiálmi namiesto staršej technológie s použitím SF6. Novšie zariadenia fungujú rovnako dobre ako predchádzajúce, avšak úplne eliminujú tie nepríjemné obavy súvisiace s emisiami skleníkových plynov, ktoré doteraz trápili tento priemysel.

Jednosmerné a hybridné striedavé/jednosmerné rozvádzače pre úložiská batérií a mikro siete

Systémy na ukladanie energie v batériách, alebo skrátene BESS, vyžadujú špeciálne navrhnuté jednosmerné (DC) rozvádzače, pretože sa stretávajú s niekoľkými veľmi špecifickými problémami. Na rozdiel od striedavých (AC) systémov tu neexistuje prirodzený bod, v ktorom by prúd klesol na nulu, navyše sa vyskytujú rýchle vybíjacie špičky, ktoré môžu poškodiť zariadenie. Preto moderné rozvádzače obsahujú napríklad magnetické vyfukovacie cievky a výkonnejšie oblúkové komory, ktoré dokážu prerušiť DC poruchy takmer okamžite, zvyčajne do niekoľkých milisekúnd. Pri posudzovaní hybridných AC/DC rozvádzačov sa ich výraznou vlastnosťou je schopnosť chrániť všetky komponenty a zároveň bezproblémovo prepínať medzi rôznymi zdrojmi energie v mikro-sieti. Predstavte si systém, ktorý kombinuje slnečné panely, batérie a tradičné záložné generátory – tento typ zariadenia všetko spravuje hladko. Priame pripojenie (DC coupling) v skutočnosti zníži straty energie počas konverzií a umožní systému fungovať nezávisle v prípade výpadku hlavnej siete. Táto funkčnosť nie je len odporúčanou praktikou, ale stáva sa nevyhnutnou na splnenie predpisov, ako sú normy UL 1741 SA a IEEE 1547-2018, ktoré nadobúdajú čoraz väčší význam, keď sa viac a viac zariadení usiluje o energetickú nezávislosť.

Environmentálna trvanlivosť a dizajn pripravený na diaľkové ovládanie pre obnoviteľné lokality

Odolnosť voči korózii, krytia s ochranou IP65+ a adaptívne tepelné riadenie v prísnych klímach

Rozvádzače na lokalitách obnoviteľných zdrojov energie čelia vážnym výzvam spôsobeným extrémnymi podmienkami. Vetrné elektrárne pozdĺž pobrežia trpia koróziou spôsobenou morskou soľou, zatiaľ čo slnečné elektrárne v púštnych oblastiach bojujú proti opotrebovaniu pieskom a vlhkosti, ktorá môže dosiahnuť viac ako 90 %. Podľa výskumu AMPP z roku 2023 sa približne jedna štvrtina všetkých elektrických porúch vyskytuje práve kvôli korózii v týchto náročných prostrediach. Na boj proti tomu trojité tesnenie pri ochranných stupňoch IP66 zabraňuje vniknutiu prachu a vody dovnútra počas intenzívnych počasiových javov, ako sú monzúny alebo piesočné búrky. Pre ešte náročnejšie podmienky výrobcovia používajú nehrdzavejúcu oceľ triedy 316L alebo niklové zliatiny, ktoré sú certifikované podľa normy ISO 12944 C5-M pre miesta s agresívnymi chemikáliami alebo námorným prostredím. Systémy tepelnej regulácie tu tiež zohrávajú kľúčovú úlohu. Používajú PTC ohrievače a ventilátory s premennou rýchlosťou otáčania, aby zabezpečili bezproblémový chod zariadení v extrémnom rozsahu teplôt od mínus 40 °C až po plus 55 °C. Tieto systémy pomáhajú predchádzať nebezpečným oblúkovým výbojom spôsobeným kondenzáciou pri veľkých nočných výkyvoch teplôt – tento jav bol testovaný a zdokumentovaný v norme IEC TR 63397:2022.

Digitálna pripravenosť: inteligentné rozvádzače na monitorovanie, automatizáciu a dodržiavanie požiadaviek siete

Integrácia podľa normy IEC 61850, protokoly SCADA (Modbus/DNP3) a diagnostika na hrane siete

Rozvádzače zohrávajú kľúčovú úlohu v moderných obnoviteľných energetických systémoch a slúžia oveľa viac než len ako jednoduchý odpojovací bod. Ak vybavenie podporuje natívne štandardy IEC 61850, umožňuje to bezproblémové spolupôsobenie ochranných relé, senzorov a riadiacich zariadení rôznych značiek. Tým sa zjednodušuje inštalácia a zrýchľuje sa overovanie dodržiavania pravidiel pre pripojenie do siete. Väčšina súčasných systémov sa tiež pripája k platformám SCADA prostredníctvom protokolov, ako sú Modbus TCP a DNP3. Tieto pripojenia umožňujú prevádzkovateľom diaľkové monitorovanie a riadenie všetkých komponentov pri zachovaní bezpečnosti dát po celej sieti. Inteligentné procesory zabudované priamo do týchto zariadení dokážu lokálne kontrolovať hodnoty prúdu, napätia, teplotné zmeny a dokonca aj čiastočné výboje. Problémy detegujú za menej než 20 milisekúnd – čo je veľmi dôležité pri rýchlej reakcii na udalosti ostrovného prevádzkovania (islanding). Pokročilé nástroje prediktívnej údržby analyzujú výkonnosť komponentov v čase, aby predpovedali možné poruchy jednotlivých častí. Podľa správy Energy Grid Insights z roku 2023 tento prístup takmer napoly zníži neočakávané výpadky. Okrem toho adaptívna ochranná logika udržiava stabilitu systému automatickou úpravou nastavení pri kolísaní výkonu obnoviteľných zdrojov. To pomáha udržiavať súlad s požiadavkami týkajúcimi sa prechodu cez nízke napätie (low voltage ride through) a obmedzení harmonických skreslení bez nutnosti manuálneho zásahu.

Často kladené otázky

Aké úrovne napätia sú typické pre rozvádzače obnoviteľných zdrojov energie?

Stredné napätie (MV) sa zvyčajne pohybuje v rozsahu od 1 kV do 52 kV a bežne sa používa pre menšie systémy, zatiaľ čo vysoké napätie (HV) je vyššie ako 52 kV a zvyčajne sa vyžaduje pre veľké inštalácie.

Ako podporujú rozvádzače systémy akumulácie energie v batériách?

DC rozvádzače používané v systémoch akumulácie energie v batériách riešia špecifické výzvy, ako sú rýchle výkyvy pri vybíjaní, prostredníctvom funkcií, ako sú magnetické vyfukovacie cievky a oblúkové komory, ktoré umožňujú rýchle odstránenie porúch.

Aké sú alternatívy k rozvádzačom bez SF6?

Nedávne trendy smerujú k technológii vypínania vo vákuu s pevnými izolačnými materiálmi, čím sa eliminuje potreba sklenice SF6, ktorá je skleníkovým plynou, pri zachovaní podobnej výkonnosti.

Ako ovplyvňujú vonkajšie podmienky rozvádzače na lokalitách obnoviteľných zdrojov energie?

Vypínačové zariadenia na obnoviteľných miestach môžu čeliť problémom spôsobeným koróziou od solného spreja, opotrebovaním pieskom a extrémnymi teplotami. Riešeniami sú použitie pevných ochranných krytov a adaptívnych systémov tepelnej správy, ktoré zabezpečujú trvanlivosť.