Relé védelmi eszköz áramváltó

Relé védelmi mező

Az áramtranszformátorok (CT-k) jeleket táplálnak a gyári védőrelékhez. Ha rendellenes áramok lépnek fel, a relék kioldják a megszakítókat, megelőzve a motor kiégését és a költséges berendezések károsodását.

A relé védelmi eszközök (védőrelék) kritikus szerepet játszanak az áramtermelő és -elosztó rendszerek stabilitásának, biztonságának és a szabályozásnak való megfelelés biztosításában. A megújuló energia bevezetése, az elosztott termelés és a szigorú hálózati kódok révén a relék központi szerepet töltenek be a hibaészlelésben, a hálózat leválasztásában, a frekvencia és feszültség érvényesítésében, valamint a rendszer általános megbízhatóságában.

Szabályozási/szabványi kontextus

A termelési rendszerek hálózati csatlakoztatására vonatkozó német szabályozás jogi követelményeket támaszt a védőrelékre vonatkozóan. Két kulcsfontosságú műszaki csatlakozási szabály:

VDE-AR-N 4105: az alacsony feszültségű csatlakozásokat szabályozza (≤100 kW, <1000 V AC).

VDE-AR-N 4110: középfeszültségű csatlakozásokhoz (>100 kW vagy ≥1000 V AC).

Mindkét esetben hálózati betáplálás vagy hálózat-hálózat védelmi relék szükségesek a feszültség, a frekvencia, a kimaradások és a kapcsolódó jelenségek figyeléséhez; a generátorok leválasztása határon túli vagy nem biztonságos körülmények között; és megakadályozzák a szigetelosztást (azaz a rács egy részének nem szándékos szétválását).

Kulcsfontosságú alkalmazások / Esettanulmányok

1. Vízierőművek és elosztott termelés
Konkrét eset a Lukas Anlagenbau GmbH, egy bajorországi cég, amely számos vízierőművet üzemeltet (kb. 5 kW-tól 10 MW-ig). A VDE-AR-N 4105 előírás (és átdolgozásai) miatt üzemeinek meg kell felelniük a hálózati betáplálás felügyeleti követelményeinek: túl-/alacsony feszültség, túl-/alulfrekvencia észlelése, valamint a paraméterek eltérése esetén reagálás.

Ezen igények kielégítésére Lukas Anlagenbau több mint 60 vízerőműben telepítette az ABB CM-UFD.M31 hálózati betáplálási ellenőrző relét. Ez a relé folyamatosan figyeli a releváns paramétereket, és a határértékek túllépése esetén leoldja az interfész kapcsolót (lekapcsolja az üzemet a nyilvános hálózatról). A készülék hibaüzeneteket is megjelenít, támogatja a precíz küszöbértékeket (frekvencia és feszültség), valamint jó használhatóságot kínál (DIN-sínes telepítés, olvasható kijelző).

Ez az eset azt szemlélteti, hogy a relévédelem hogyan biztosítja mind az üzembiztonságot, mind a szabályozási megfelelést, miközben lehetővé teszi az elosztott termelés számára a hálózatban való részvételt.

2. Napelemes fotovoltaikus rendszerek és 'NA védelem'
Egy másik kulcsfontosságú példa a napelemes PV kiépítése, különösen az alacsony feszültségű szektorban. A VDE-AR-N 4105 szerint minden körülbelül 30 kW és 135 kW közötti termelési üzemben hálózati és rendszervédelmet (NA védelem) kell telepíteni.

Az NA védelem felügyeleti relét és redundáns reteszelő kapcsolókat kombinál. A relé figyeli a hálózat feszültségét és frekvenciáját, és ha az eltérések meghaladják a tűréshatárokat, meghatározott időn belül (gyakran 0,2 másodpercen belül) leválasztja a PV rendszert a hálózatról. A reteszelő kapcsolók úgy vannak elrendezve, hogy két sorba kapcsolt kapcsolóelem gondoskodik a hibabiztonságról – ha az egyik meghibásodik, a másik továbbra is biztosítja a leválasztást. A kapcsolókészülékek az állapotot is visszajelzik a felügyeleti relének, biztosítva a megfelelő működést.

3. Használatban lévő eszközök / relék
A német gyártók, mint például a Ziehl, ezeknek a szabványoknak megfelelő védelmi reléket gyártanak. Például az UFR1001E és UFR1002IP eszközök figyelik a feszültséget, a frekvenciát, a vektoreltolódást és a frekvenciaváltozás sebességét (ROCOF), többek között megfelelve a VDE-AR-N 4105:2018-11 és a VDE-AR-N 4110:2018-11 követelményeinek.

Ezeket a reléket termelő erőművekben (nap-, víz-, szélenergia) használják, és kulcsfontosságú funkciókat biztosítanak: rendellenes hálózati állapotok észlelése, biztonságos leválasztás, távvezérlés/készenlét, hibák kijelzése és naplózása. A Ziehl reléket úgy tervezték, hogy egyszeri hibabiztosak legyenek (azaz, ha az egyik alkatrész meghibásodik, a biztonsági funkció továbbra is működik), ami a német hálózati szabályok előírása.

Relévédelem által megoldott problémák

Ezekből az alkalmazásokból több kategóriájú probléma is látható, amelyekben a relévédelmi eszközök segítenek

Hálózati stabilitás és biztonság
A megújuló energiaforrások változóak; a termelés hirtelen változásai (pl. a PV feletti felhők vagy a szélsebesség csökkenése miatt) frekvencia- és feszültségingadozásokat okozhatnak. Ha nem kezelik, ezek az ingadozások továbbterjedhetnek és destabilizálhatják a szélesebb rácsot. A relék biztosítják, hogy a termelőberendezések lekapcsoljanak, ha a paraméterek túllépik a biztonságos tűréshatárokat, védve az erőművet és a hálózatot is.

A szigetek elkerülése A
szigetek (egy generátor egység, amely akkor is működik, amikor a hálózat le van kapcsolva) veszélyes a karbantartók számára, és a berendezés károsodásához vezethet. A megfelelő érzékeléssel (feszültségveszteség, frekvencia-eltolódás, vektoreltolódás stb.) rendelkező védelmi relék biztosítják, hogy a hálózati kapcsolat megszakadása vagy hiba fellépésekor a termelés biztonságosan leálljon. Az NA védelmi rendszerébe tartozó napelemes rendszereknek tartalmazniuk kell a szigetek elleni védelmet.

Megfelelés a hálózati előírásoknak és a jogi követelményeknek
Az olyan szabályozási szabványok, mint a VDE-AR-N 4105 / 4110 Németországban, speciális védelmi, biztonsági és teljesítménykövetelményeket írnak elő. Az üzemeltetőknek ezeknek a szabványoknak megfelelő reléket kell használniuk, megfelelő beállításokkal. A megfelelés elkerüli a jogi szankciókat, és biztosítja, hogy az üzemek kapcsolatban maradhassanak, és díjazásban részesüljenek. Példa erre az eset, amikor a vízi társaság az ABB CM-UFD.M31 szabványát alkalmazza a VDE kódnak megfelelően.

Hibaészlelés és gyors lekapcsolás
A vezetékekben fellépő hibákat, túlfeszültséget, feszültségcsökkenést, túlfrekvenciás vagy alulfrekvenciás állapotokat gyorsan észlelni kell, hogy elkerüljük az alkatrészek károsodását és a lépcsőzetes meghibásodásokat. A relék biztosítják ezt a gyors észlelést és működtetést (kikapcsolás) a hibás alkatrészek elkülönítésére.

Az áramellátás és a hálózati integráció minősége
A megújuló energiaforrások növekedésével az energiaminőség (feszültségingadozás, vibrálás, harmonikusok) és a koherencia (fázis, frekvencia) egyre nagyobb kihívást jelent. A védelmi relék segítenek felügyelni és betartani azokat a határértékeket, amelyek minden felhasználó számára elfogadható energiaminőséget biztosítanak. Támogatják az olyan funkciókat is, mint a vektoreltolás (az aberráns fázisviszonyok észlelése) és a ROCOF (frekvencia-változási sebesség), amelyek fontosak a stabilitás szempontjából, amikor nagy mennyiségű elosztott generálás van online.

Megbeszélés / Tanulságok

Az eszköz használhatósága számít: A valós németországi eset azt mutatja, hogy a könnyen konfigurálható, világos kijelzőkkel és egyszerű beállítási folyamatokkal rendelkező relék sokkal nagyobb valószínűséggel lesznek megfelelően telepítve és karbantartva. A vízerőmű üzemeltetője a könnyű konfigurációt és a pontosságot tervezte.

Redundancia és hibabiztonság: Két független kapcsolóelem sorba kapcsolva, kapcsolóállások figyelése, kétcsatornás relék, hibamentes kialakítás nemcsak szép tulajdonságok, hanem szabályozási követelmények számos német hálózati kódban.

Küszöbértékek és időzítés: Az olyan beállításokat, mint a feszültség/frekvencia határértékek, a leválasztás előtti késleltetés, a kapcsolási kapacitások stb., a helyi hálózatüzemeltetők követelményeihez kell igazítani. A német szabályok időkorlátokat határoznak meg (milyen gyorsan kell lekapcsolnia a generátort, ha a feszültség/frekvencia a tartományon kívül esik). A relék érzékenysége, pontossága és sebessége meghatározó.

Szabványos fejlődés: A VDE-AR-N 4105 és 4110 szabványok fejlődtek. A gyártóknak és az üzemeltetőknek lépést kell tartaniuk a felülvizsgálatokkal. A védelmi relék gyakran biztosítanak előre beállított küszöbértékeket ezen szabványok jelenlegi verzióihoz.

Következtetés

A relé védelmi eszközök a megújuló és elosztott energiaforrások biztonságos, megfelelő és stabil integrációjának sarokkövét jelentik. A szabályozási szabványok (VDE-AR-N 4105 / 4110), a fejlett reléeszközök (ABB, Ziehl stb.) bevezetése, valamint a vízi- és napelemes PV-rendszerek valós eseti munkája révén a relék a kulcskérdéseket kezelik:

lekapcsolás nem biztonságos feszültség/frekvencia körülmények között

megakadályozza a szigetek kialakulását

a berendezések és a rács stabilitásának védelme

megfelelés biztosítása és a szankciók elkerülése

Ahogy Németország energetikai átalakulása ('Energiewende') folytatódik, a decentralizáltabb termelés, energiatárolás, mikrohálózatok és intelligens hálózatok révén a védelmi jelfogók jelentősége nőni fog – nemcsak a biztonság és a szabályozás szempontjából, hanem a megbízhatóság, az ellenálló képesség és a rugalmas működés elősegítőjeként is.