Які критерії вибору комутаційного обладнання для проектів у сфері відновлюваних джерел енергії?

Вимоги до напруги, навантаження та роботи при аварійних режимах для комутаційного обладнання відновлюваних джерел енергії

Узгодження класів середньої та високої напруги з точками підключення до мережі та масштабом проекту

Вибір між середнім напругою (MV: приблизно 1 кВ–52 кВ) та високою напругою (HV: понад 52 кВ) залежить від потреб електромережі та масштабу проекту. Великі сонячні електростанції, як правило, підключаються до мережі за напруги близько 34,5 кВ, тоді як менші вітрові електростанції у спільнотах зазвичай працюють добре при напругах у діапазоні від 12 до 15 кВ. Помилка у цьому виборі може призвести до проблем, таких як пробій ізоляції або нераціональне використання потужності обладнання. Наприклад, величезна сонячна електростанція потужністю 100 МВт, що підключається до головних ліній передачі, потребуватиме високовольтного комутаційного обладнання з номінальною напругою щонайменше 36 кВ. З іншого боку, невеликі сонячні панелі на дахах чудово функціонують із обладнанням середньої напруги до 15 кВ. Більшість інженерів керуються стандартом IEEE C37.20.2 при вирішенні питань сумісності в різних системах відновлюваної енергетики.

Визначення номінальних струмів та стійкості до аварійних струмів для переривчастого й несиметричного генерування

Використання відновлюваних джерел енергії призводить до змінних профілів навантаження та асиметричних струмів короткого замикання, що вимагає суворого зниження номінальних параметрів і високої стійкості до аварійних ситуацій. Комутаційне обладнання має забезпечувати:

• Неперервний струм : 125 % від пікової потужності інвертора для сонячної енергетики; 130 % від максимальної потужності турбіни для вітрової енергетики
• Стійкість до короткого замикання : мінімум 40 кА протягом 3 секунд для подолання стрибків струму під час порушень у роботі електромережі

Кодекси електромереж посилюють ці вимоги: стандарт IEEE 1547 вимагає 150-відсоткової здатності до тимчасового перевантаження для фотоелектричних систем, тоді як для вітроенергетичних застосувань потрібна 200-відсоткова циклічна стійкість до навантаження, щоб врахувати інерцію турбіни та зміни крутного моменту, спричинені поривами вітру.

Типи комутаційного обладнання, оптимізовані для конкретних застосувань: інтеграція сонячної, вітрової енергетики та систем зберігання енергії

Металеве комплектне, газоізольоване (GIS) та не містящі SF₆ середньонапругове комутаційне обладнання для фотоелектричних електростанцій і вітрових підстанцій

Проекти відновлюваних джерел енергії в масштабах промисловості потребують комутаційного обладнання середньої напруги, яке легко обслуговувати, займає менше місця й залишається безпечним у різних умовах. Більшість сонячних електростанцій вибирають металеві корпусні конструкції, оскільки вони модульні. Знімні автоматичні вимикачі дозволяють технікам виконувати ремонт без відключення всього підстанційного обладнання, що економить час і кошти. Для офшорних вітроелектростанцій або місць, де просто не вистачає місця, перевагу надають газоізольованому комутаційному обладнанню (GIS). Такі системи скорочують фізичні вимоги до площі приблизно на дві третини порівняно з традиційними рішеннями, а також природним чином стійкі до корозії, спричиненої впливом солоної води. Оскільки норми щодо викидів стають суворішими по всьому світу, усе частіше використовують альтернативи без SF₆. Компанії переходять до технології вакуумного гашення дуги в поєднанні з твердими діелектричними ізоляційними матеріалами замість традиційного газу SF₆. Нове обладнання працює так само ефективно, як і попереднє, але повністю усуває ті неприємні проблеми, пов’язані з парниковими газами, які раніше ставили під загрозу галузь.

Постійний струм і гібридне змінного/постійного струму комутаційне обладнання для систем зберігання енергії в акумуляторах та мікромереж

Системи накопичення енергії в акумуляторах (Battery Energy Storage Systems, або скорочено BESS) потребують спеціально розробленого постійного струму (DC) комутаційного обладнання, оскільки стикаються з деякими досить унікальними проблемами. На відміну від змінного струму (AC), у колі постійного струму немає природної точки, де струм спадає до нуля, крім того, виникають швидкі імпульси розряду, які можуть пошкодити обладнання. Саме тому сучасне комутаційне обладнання включає такі елементи, як магнітні дугогасні котушки та потужніші дугогасні камери, здатні локалізувати аварійні стани постійного струму практично миттєво — зазвичай протягом кількох мілісекунд. При розгляді гібридних рішень комутаційного обладнання для змінного й постійного струму їхньою відмінною рисою є здатність захищати всі компоненти й одночасно забезпечувати безперебійне перемикання між різними джерелами живлення в мікромережі. Уявіть собі систему, що поєднує сонячні панелі, акумулятори та традиційні резервні генератори: саме таке обладнання забезпечує її стабільну й безперебійну роботу. Використання «нативного» постійного струму (DC-зв’язку) насправді зменшує втрати енергії під час перетворень і дозволяє системі працювати автономно, коли основна мережа виходить із ладу. Ця функція — це не просто рекомендована практика, а стає обов’язковою вимогою для відповідності нормативним стандартам, таким як UL 1741 SA та IEEE 1547-2018, що набувають все більшого значення, оскільки все більше об’єктів прагнуть до енергетичної незалежності.

Екологічна стійкість та дизайн, готовий до віддаленого керування, для об'єктів відновлюваних джерел енергії

Стійкість до корозії, корпуси зі ступенем захисту IP65+, адаптивне теплове управління в умовах суворого клімату

Комутаційне обладнання на об’єктах відновлюваних джерел енергії стикається з серйозними викликами через складні умови експлуатації. Вітрові електростанції на узбережжі страждають від корозії, спричиненої солоним туманом, тоді як сонячні електростанції в пустелях борються з абразивною дією піску та високою вологістю, що може перевищувати 90 %. Згідно з дослідженням AMPP за 2023 рік, приблизно чверть усіх електричних відмов виникає через корозію в таких складних умовах. Щоб протистояти цьому, корпуси з потрійним ущільненням за ступенем IP66 запобігають проникненню пилу й води всередину під час інтенсивних погодних явищ, таких як мусони або піщані бурі. У ще більш складних умовах виробники використовують нержавіючу сталь марки 316L або нікелеві сплави, які сертифіковані за стандартом ISO 12944 C5-M для місць із агресивним хімічним впливом або морським впливом. Системи теплового управління також відіграють ключову роль у цьому контексті. Вони використовують ПТС-нагрівачі (позитивний температурний коефіцієнт) та вентилятори з регульованою швидкістю обертання, щоб забезпечити безперебійну роботу обладнання в екстремальному діапазоні температур — від мінус 40 °C до плюс 55 °C. Ці системи допомагають запобігти небезпечним пробоям через конденсацію під час різких нічних коливань температури — явище, яке було перевірене та задокументоване в технічному звіті IEC TR 63397:2022.

Цифрова готовність: інтелектуальне комутаційне обладнання для моніторингу, автоматизації та відповідності вимогам електромережі

Інтеграція за стандартом IEC 61850, протоколи SCADA (Modbus/DNP3) та діагностика на основі граничних пристроїв

Комутаційне обладнання відіграє ключову роль у сучасних системах відновлювальної енергетики, виступаючи чимось набагато більшим, ніж просто точка відключення. Коли обладнання підтримує вбудовані стандарти IEC 61850, це дозволяє різним брендам релейних захистів, датчиків та контролерів безперебійно взаємодіяти між собою. Це спрощує налаштування системи та прискорює процес перевірки відповідності вимогам мережі. Більшість сучасних систем також підключаються до платформ SCADA за допомогою протоколів, таких як Modbus TCP та DNP3. Такі з’єднання дають операторам змогу віддалено контролювати й спостерігати за всіма процесами, одночасно забезпечуючи безпеку даних у мережі. Розумні процесори, вбудовані безпосередньо в ці пристрої, можуть локально контролювати рівні струму, показники напруги, зміни температури, а також виявляти часткові розряди. Вони виявляють несправності за менше ніж 20 мілісекунд — це має велике значення під час швидкої реакції на події островного режиму. Сучасні інструменти прогнозного технічного обслуговування аналізують історію роботи компонентів, щоб передбачити момент можливого виходу з ладу окремих деталей. Згідно з даними Energy Grid Insights за 2023 рік, такий підхід скорочує тривалість непланових простоїв майже наполовину. Крім того, адаптивна логіка захисту забезпечує стабільність системи, автоматично змінюючи параметри при коливаннях виробництва енергії від відновлюваних джерел. Це сприяє дотриманню вимог щодо здатності роботи при низькій напрузі (LVRT) та обмежень щодо гармонічних спотворень без необхідності ручного втручання.

ЧаП

Які рівні напруги є типовими для комутаційного обладнання, що використовується в системах відновлюваних джерел енергії?

Середня напруга (MV) зазвичай знаходиться в діапазоні від 1 кВ до 52 кВ і зазвичай використовується в менших системах, тоді як висока напруга (HV) перевищує 52 кВ і зазвичай потрібна для великомасштабних установок.

Яким чином комутаційне обладнання підтримує системи акумуляторного зберігання енергії?

Постійного струму (DC) комутаційне обладнання, що використовується в системах акумуляторного зберігання енергії, вирішує унікальні завдання, такі як різкі сплески розряду, за рахунок використання таких особливостей, як магнітні котушки вимикання дуги та дугогасні камери, що забезпечують швидке усунення несправностей.

Які існують альтернативи комутаційному обладнанню без використання SF6?

Останні тенденції спрямовані на використання технології вимикання у вакуумі разом із твердими діелектричними ізоляційними матеріалами, що дозволяє повністю відмовитися від парникового газу SF6, зберігаючи при цьому аналогічні експлуатаційні характеристики.

Як впливають умови навколишнього середовища на комутаційне обладнання на об’єктах, що використовують відновлювані джерела енергії?

Комутаційне обладнання на об’єктах відновлюваних джерел енергії може страждати від корозії, спричиненої солоним туманом, абразивного впливу піску та екстремальних температур. Рішення включають використання міцних корпусів і адаптивних систем термокерування для забезпечення довговічності.