Kakšna je osnova za izbiro odklopnih naprav za projekte obnovljivih virov energije?

Zahteve glede napetosti, obremenitve in zmogljivosti pri motnjah za stikalno opremo za obnovljive vire energije

Usklajevanje razredov srednjenapetostne/visokonapetostne stikalne opreme z točkami povezave na omrežje in velikostjo projekta

Izbira med srednjo napetostjo (MV: približno 1 kV do 52 kV) in visoko napetostjo (HV: vse nad 52 kV) je predvsem odvisna od potreb omrežja in velikosti projekta. Velike sončne elektrarne se običajno priključijo na napetost približno 34,5 kV, manjši lokalni vetrni projekti pa delujejo prav dobro z napetostmi med 12 in 15 kV. Napačna izbira lahko povzroči težave, kot so preboji izolacije ali neizkoriščena zmogljivost opreme. Na primer, ogromna sončna elektrarna z močjo 100 MW, ki se priključuje na glavne prenosne linije, potrebuje stikalno opremo za visoko napetost z nazivno napetostjo najmanj 36 kV. Nasprotno pa majhne sončne module na strehah odlično delujejo z opremo za srednjo napetost do 15 kV. Večina inženirjev pri reševanju teh združljivostnih vprašanj v različnih nastavitvah obnovljivih virov energije uporablja standard IEEE C37.20.2.

Določanje nazivnih tokov in zmogljivosti opreme za vzdrževanje kratkih stikov pri prekinjeni in nesimetrični proizvodnji

Uvod obnovljivih virov energije povzroča spremenljive obremenitvene profile in nesimetrične napetostne tokove, kar zahteva natančno znižanje nazivnih vrednosti in robustno odpornost proti napakam. Odklopniki morajo vzdržati:

• Neprekinjen tok : 125 % najvišjega izhodnega toka pretvornika za sončno energijo; 130 % najvišjega izhodnega toka turbine za vetrno energijo
• Zdržljivost pri krajkem stiku : najmanj 40 kA za 3 sekunde za upravljanje sunkov med motnjami v omrežju

Mrežni standardi te zahteve okrepijo: standard IEEE 1547 za fotovoltaične sisteme zahteva prehodno preobremenitveno zmogljivost 150 %, medtem ko morajo vetrne aplikacije zdržati ciklično obremenitev do 200 %, da se prilagodijo vztrajnosti turbine in nihanjem navora zaradi sunkov vetra.

Vrste stikalnih naprav, optimizirane za posamezne aplikacije – integracija sončne energije, vetrne energije in shranjevanja

Kovinsko ohišjene, GIS in brez SF6 srednjenapetostne stikalne naprave za fotovoltaične farme in vetrne podpostaje

Projekti obnovljive energije na veliko potrebujejo srednjenapetostno stikalno opremo, ki jo je mogoče enostavno vzdrževati, zasede manj prostora in ostane varna v različnih okoljih. Večina sončnih elektrarn izbere kovinske ohišja, saj so modularne. Odstranljivi stikalniki omogočajo tehnikom popravke brez izklopa celotne podpostaje, kar prihrani čas in denar. Za morske vetrne elektrarne ali za mesta, kjer je prostora preveč malo, se pogosto izbere plinsko izolirana stikalna oprema (GIS). Te sisteme zmanjšajo fizične zahteve po prostoru za približno dve tretjini v primerjavi s konvencionalnimi rešitvami, poleg tega pa naravno zdržijo korozijo zaradi izpostavljenosti morski vodi. Ko se pravila glede emisij postajajo vedno strožja, se danes vse bolj uveljavljajo alternativne rešitve brez SF6. Podjetja namesto starega SF6 uporabljajo tehnologijo prekinitve v vakuumu v kombinaciji z trdnimi dielektričnimi izolacijskimi materiali. Nova oprema deluje enako dobro kot prejšnja, hkrati pa odpravi vse težave s toplogrednimi plini, ki so prej ogrožale to panogo.

DC in hibridna AC/DC stikala za shranjevanje energije v baterijah in mikromrežne aplikacije

Sistemi za shranjevanje energije v baterijah (BESS) potrebujejo posebej zasnovano enosmerno stikalo, saj se soočajo z nekaj zelo posebnimi izzivi. V nasprotju z izmeničnimi sistemi tu ni naravnega trenutka, ko tok pade na nič, poleg tega pa se pojavijo hitri razbremensitveni vrhovi, ki lahko poškodujejo opremo. Zato sodobna stikala vključujejo elemente, kot so magnetni izpušni tuljavi in močnejši lokovni kanali, ki omogočajo skoraj takojšnje prekinjanje enosmernih napak, običajno znotraj nekaj milisekund. Pri hibridnih rešitvah stikalne opreme za izmenični in enosmerni tok se ti izdelki izstopajo s sposobnostjo zaščite vseh komponent ter preklopa med različnimi viri energije v mikromrežni nastavitvi. Predstavljajte si sistem, ki združuje sončne panеле, baterije in tradicionalne rezervne generatorje – ta vrsta opreme vse obravnava gladko. Neposredno povezovanje z enosmernim tokom (DC coupling) dejansko zmanjša izgube energije med pretvorbo in omogoča, da sistem deluje neodvisno, ko izpade glavna omrežna napetost. Ta sposobnost ni le dobra praksa, temveč postaja nujna za izpolnjevanje predpisov, kot so standardi UL 1741 SA in IEEE 1547-2018, ki postajajo vedno pomembnejši, saj vse več objektov cilja energetsko neodvisnost.

Okoljska trajnost in oblikovanje za oddaljeni dostop za obnovljive lokacije

Odpornost proti koroziji, ohišja IP65+ in prilagodljivo toplotno upravljanje v težkih podnebnih razmerah

Oprema za stik in preklop na objektih za obnovljive vire energije se sooča z resnimi izzivi zaradi trdnih pogojev. Vetrne elektrarne ob obalah so izpostavljene koroziji zaradi soli iz morske penice, medtem ko sončne elektrarne v puščavah borijo proti obrabi s peskom in vlažnosti, ki lahko doseže več kot 90 %. Glede na raziskavo AMPP iz leta 2023 približno četrtina vseh električnih okvar nastane zaradi korozije v teh zahtevnih okoljih. Za boj proti temu trojno zaprte ohišja z zaščitnim razredom IP66 preprečujejo vdir prašine in vode v notranjost med intenzivnimi vremenskimi dogodki, kot so monsunski dežji ali pesčne nevihte. Za še zahtevnejše razmere proizvajalci uporabljajo nerjavnega jekla 316L ali nikljeve zlitine, ki so certificirane v skladu s standardom ISO 12944 C5-M za mesta z agresivnimi kemikalijami ali izpostavljenostjo morski sredici. Tudi sistemi za termično upravljanje tu igrajo ključno vlogo. Uporabljajo PTC grelce in ventilatorje s spremenljivo hitrostjo vrtenja, da opremo vzdržujejo v stabilnem delovanju v ekstremnih temperaturnih razponih od minus 40 stopinj Celzija do plus 55 stopinj Celzija. Ti sistemi pomagajo preprečiti nevarne preskoke zaradi kondenzacije, ki nastanejo ob nenadnih nočnih temperaturnih nihanjih – to je bilo preizkušeno in dokumentirano v tehničnem poročilu IEC TR 63397:2022.

Digitalna pripravljenost: pametna stikala za nadzor, avtomatizacijo in skladnost z omrežjem

Integracija IEC 61850, protokoli SCADA (Modbus/DNP3) in diagnostika na robu omrežja

Odklopniki igrajo ključno vlogo v sodobnih sistemih za obnovljive vire energije, saj opravljajo veliko več kot le preprosto funkcijo izklopa. Ko oprema podpira izvirne standarde IEC 61850, omogoča brezhibno sodelovanje zaščitnih relejev, senzorjev in krmilnikov različnih znamk. To poenostavi namestitev in pospeši preverjanje skladnosti z mrežnimi predpisi. Večina današnjih sistemov se prav tako poveže z platformami SCADA prek protokolov, kot so Modbus TCP in DNP3. Te povezave omogočajo operaterjem oddaljen nadzor in krmiljenje vseh naprav ter hkrati zagotavljajo varnost podatkov v celotni omrežni infrastrukturi. Pametni procesorji, ki so neposredno vgrajeni v te naprave, lahko lokalno spremljajo tokovne vrednosti, napetostne meritve, temperaturne spremembe in celo zaznajo delne razbije. Težave zaznajo v manj kot 20 milisekundah – kar je zelo pomembno pri hitri odzivnosti na dogodke izolacije (islanding). Napredna orodja za prediktivno vzdrževanje analizirajo časovno obratovalno zgodovino komponent, da napovedujejo morebitne odpovedi posameznih delov. Glede na poročilo Energy Grid Insights iz leta 2023 ta pristop zmanjša nenapovedano izključitev skoraj za polovico. Obstaja tudi še več: adaptivna zaščitna logika ohranja stabilnost sistema z avtomatsko prilagajanjem nastavitev ob nihanju proizvodnje iz obnovljivih virov. S tem se zagotavlja skladnost z zahtevami glede prehoda skozi nizko napetost (low voltage ride through) in omejitev harmonskih izkrivljenj brez potrebe po ročnem poseganju.

Pogosta vprašanja

Kakšni napetostni nivoji so tipični za stikalne opreme za obnovljive vire energije?

Srednja napetost (MV) običajno sega od 1 kV do 52 kV in se pogosto uporablja za manjše sisteme, medtem ko je visoka napetost (HV) nad 52 kV in se običajno zahteva za velike namestitve.

Kako stikalna oprema podpira sisteme za shranjevanje energije v baterijah?

DC stikalna oprema, uporabljena v sistemih za shranjevanje energije v baterijah, obravnava posebne izzive, kot so hitri izbočki pri razbremeni, z vključitvijo funkcij, kot so magnetne dušilke za izgorevanje in luknje za ugasnitev lokov, s čimer se napake hitro odpravijo.

Kakšne so alternative za stikalno opremo brez SF6?

Novejši trendi kažejo proti tehnologiji prekinitve v vakuumu z trdnimi dielektričnimi izolacijskimi materiali, kar odpravi potrebo po toplogrednem plinu SF6, hkrati pa ohrani podobno zmogljivost.

Kako vplivajo okoljski pogoji na stikalno opremo na objektih z obnovljivimi viri energije?

Oprema za stik in preklop na obnovljivih lokacijah lahko trpi zaradi korozije zaradi solne meglice, obrabe zaradi peska in ekstremnih temperatur. Rešitve vključujejo uporabo trdnih ohišij in prilagodljivih sistemov toplotnega upravljanja za zagotavljanje trajnosti.