שנאי זרם של התקן הגנת ממסר

שדה הגנת ממסר

שנאי זרם (CTs) מזין אותות לממסרי הגנה במפעלים. כאשר מתרחשים זרמים לא נורמליים, ממסרים מפסקים, מונעים שריפת מנוע ונזק יקר לציוד.

התקני הגנת ממסר (ממסרי הגנה) ממלאים תפקיד קריטי בהבטחת יציבות, בטיחות ותאימות לתקנות של מערכות ייצור והפצה של חשמל. עם פריסת אנרגיה מתחדשת, ייצור מבוזר וקודי רשת מחמירים, ממסרים הם מרכזיים לאיתור תקלות, ניתוק רשת, אכיפת תדר ומתח ואמינות המערכת הכוללת.

הקשר רגולטורי / תקנים

התקנות של גרמניה לחיבור רשת של מערכות ייצור קובעות דרישות חוקיות לממסרי הגנה. שני כללי חיבור טכניים מרכזיים הם:

VDE-AR-N 4105: שולט בחיבורי מתח נמוך (≤100 קילוואט, <1,000 וולט AC).

VDE-AR-N 4110: לחיבורי מתח בינוני (מעל 100 קילוואט או ≥1,000 וולט AC).

בשני המקרים, נדרשים ממסרי הגנת רשת או רשתות לניטור מתח, תדר, הפסקות ותופעות נלוות; לנתק גנרטורים בתנאים חריגים או לא בטוחים; וכדי למנוע אי-אי (כלומר, הפרדה לא מכוונת של חלק מהרשת).

יישומים מרכזיים / תיאורי מקרה

1. מפעלים הידרואלקטרים ​​ודור מבוזר
מקרה בטון הוא Lukas Anlagenbau GmbH, חברה בבוואריה, המפעילה תחנות כוח הידרואלקטריות רבות (הספקים מכ-5 קילוואט עד 10 מגוואט). עקב תקנת VDE-AR-N 4105 (ותיקוניה), המפעלים שלה חייבים לעמוד בדרישות ניטור הזנת רשת: זיהוי יתר/תת-מתח, תדירות יתר/תת ותגובה כאשר פרמטרים חריגים.

כדי לספק את הדרישות הללו, לוקאס אנלגנבאו פרס את ממסר ניטור האכלה CM-UFD.M31 של ABB של ABB בלמעלה מ-60 מפעלים הידרואלקטרים. ממסר זה עוקב באופן רציף אחר פרמטרים רלוונטיים ומפעיל את מתג הממשק (מנתק את המפעל מהרשת הציבורית) כאשר חריגה מהמגבלות. המכשיר גם מציג הודעות שגיאה, תומך בספים מדויקים (תדירות ומתח), ומציע שימושיות טובה (התקנת מסילת DIN, תצוגה קריא).

מקרה זה ממחיש כיצד הגנת ממסר מבטיחה הן בטיחות תפעולית והן תאימות לתקנות, תוך שהיא מאפשרת לייצור מבוזר להשתתף ברשת.

2. מערכות פוטו-וולטאיות סולאריות ו'הגנת NA'
דוגמה מרכזית נוספת היא פריסת PV סולארי, במיוחד במגזר המתח הנמוך. לפי VDE-AR-N 4105, כל מפעל ייצור בין כ-30 קילוואט ל-135 קילוואט חייב להיות מותקן ברשת והגנה על מערכת (הגנה על NA).

הגנת ה-NA משלבת ממסר ניטור ומתגי נעילה מיותרים. הממסר מנטר את המתח והתדר של הרשת, וכאשר הסטיות חורגות מהסובלנות, הוא מנתק את מערכת ה-PV מהרשת תוך זמן מוגדר (לעיתים קרובות תוך 0.2 שניות). המתגים המשתלבים מסודרים כך ששני רכיבי מיתוג בסדרה מבטיחים בטיחות בתקלות - אם אחד נכשל, השני עדיין מבטיח ניתוק. התקני המיתוג גם מחזירים את המצב לממסר הניטור, מה שמבטיח פעולה נכונה.

3. מכשירים / ממסרים בשימוש
יצרנים גרמניים כגון Ziehl מייצרים ממסרי הגנה המותאמים לתקנים אלו. לדוגמה, התקני UFR1001E ו-UFR1002IP מנטרים מתח, תדר, שינוי וקטור וקצב שינוי תדר (ROCOF), בין היתר, ועומדים בדרישות של VDE-AR-N 4105:2018-11 ו-VDE-AR-N 4110:2018-11.

ממסרים אלו משמשים במפעלי ייצור (שמש, הידרו, רוח) ומספקים פונקציות חיוניות: זיהוי תנאי רשת חריגים, ניתוק בטוח, שלט רחוק/המתנה, תצוגה ורישום תקלות. ממסרי Ziehl מתוכננים להיות בטוחים לתקלה אחת (כלומר, אם רכיב אחד נכשל, תכונת הבטיחות עדיין פועלת), וזו דרישה על פי כללי הרשת הגרמנית.

בעיות נפתרות על ידי הגנת ממסר

מיישומים אלה, אנו יכולים לראות מספר קטגוריות של בעיות שבהן התקני הגנת ממסר עוזרים

יציבות ובטיחות רשת
מקורות אנרגיה מתחדשים משתנים; שינויים פתאומיים בדור (למשל עקב עננים מעל PV או ירידות במהירות הרוח) עלולים לגרום לתנודות בתדר ובמתח. אם לא מנוהלים, תנודות אלה עלולות להפיץ ולערער את הרשת הרחבה יותר. ממסרים מבטיחים שמפעלי הייצור מתנתקים כאשר הפרמטרים חורגים מהסובלנות הבטוחה, ומגנים גם על המפעל וגם על הרשת.

מניעת Islanding
Islanding (יחידת ייצור הממשיכה לפעול כאשר הרשת מנותקת) מסוכנת לצוותי התחזוקה ועלולה להוביל לנזק לציוד. ממסרי הגנה עם זיהוי נכון (אובדן מתח, סחיפה בתדר, הסטת וקטור וכו') מבטיחים שכאשר חיבור הרשת אובד או מתעוררות תקלות, הייצור מושבת בבטחה. מערכות סולאריות במשטר ההגנה של NA נדרשות לכלול הגנה נגד איים.

עמידה בקודי רשת ודרישות משפטיות
תקנים רגולטוריים כמו VDE-AR-N 4105 / 4110 בגרמניה מטילים דרישות הגנה, בטיחות וביצועים ספציפיים. מפעילים חייבים להשתמש בממסרים המוסמכים לתקנים אלה, עם הגדרות נכונות. תאימות מונעת עונשים משפטיים ומבטיחה שמפעלים יכולים להישאר מחוברים ומתוגמלים. המקרה עם חברת הידרו שאימצה את CM-UFD.M31 של ABB כדי לעמוד בקוד VDE הוא דוגמה.

איתור תקלות וניתוק מהיר
יש לאתר במהירות תקלות בקווים, מתח יתר, תת מתח, תדירות יתר או תת תדר כדי למנוע נזק לרכיבים ולמנוע כשלים מדורגים. ממסרים מספקים זיהוי והפעלה מהירים אלה (כיבוי) כדי לבודד חלקים פגומים.

איכות החשמל ושילוב הרשת
ככל שהאנרגיה המתחדשת עולה, איכות ההספק (תנודות מתח, הבהוב, הרמוניות) והקוהרנטיות (פאזה, תדר) הופכות למאתגרות יותר. ממסרי הגנה עוזרים לנטר ולאכוף מגבלות השומרות על איכות חשמל מקובלת עבור כל המשתמשים. הם גם תומכים בפונקציות כמו הסטת וקטור (כדי לזהות יחסי פאזה חריגים) ו-ROCOF (קצב השינוי של התדר), שחשובות ליציבות כאשר כמויות גדולות של ייצור מבוזר הן מקוונות.

דיון / הפקת לקחים

שימושיות המכשיר חשובה: המקרה בעולם האמיתי בגרמניה מראה שממסרים שקל להגדיר, עם צגים ברורים ותהליכי הגדרה פשוטים, נוטים הרבה יותר להיות מותקנים ומתוחזקים כראוי. מפעיל המפעל ההידרואלקטרי הקציב עבור קלות תצורה ודיוק.

יתירות ובטיחות תקלות: שני רכיבי מיתוג עצמאיים בסדרה, ניטור של עמדות מתגים, ממסרים דו-ערוציים, עיצוב בטוח לכשל הם לא רק תכונות נחמדות אלא דרישות רגולטוריות בקודי רשת גרמניים רבים.

ספים ותזמון: הגדרות כמו מגבלות מתח/תדר, השהיה לפני ניתוק, יכולות מיתוג וכו' חייבות להיות מותאמות לדרישות מפעילי הרשת המקומית. הכללים הגרמניים מגדירים מגבלות זמן (כמה מהר גנרטור חייב להתנתק כשהמתח/תדר מחוץ לתחום). הרגישות, הדיוק והמהירות של ממסרים הם המכריעים.

אבולוציה סטנדרטית: תקני VDE-AR-N 4105 ו-4110 התפתחו. היצרנים והמפעילים חייבים להתעדכן בתיקונים. ממסרי הגנה מספקים לעתים קרובות ערכי סף מוגדרים מראש עבור גרסאות נוכחיות של תקנים אלה.

מַסְקָנָה

התקני הגנת ממסר הם אבן יסוד בשילוב בטוח, תואם ויציב של מקורות אנרגיה מתחדשים ומפוזרים. באמצעות אכיפה של תקנים רגולטוריים (VDE-AR-N 4105 / 4110), פריסת התקני ממסר מתקדמים (ABB, Ziehl וכו'), ועבודה אמיתית במערכות PV הידרואלקטריות וסולריות, ממסרים מטפלים בבעיות מפתח:

ניתוק בתנאי מתח/תדר לא בטוחים

מניעת אי

הגנה על ציוד ויציבות הרשת

הבטחת ציות והימנעות מעונשים

ככל שהמעבר האנרגטי של גרמניה ('Energiewende') נמשך, עם ייצור מבוזר יותר, אחסון אנרגיה, רשתות מיקרו ורשתות חכמות, ממסרי ההגנה יגדלו בחשיבותם - לא רק עבור בטיחות ורגולציה, אלא גם כמאפשרים של אמינות, חוסן ותפעול גמיש.