Dispozitiv de protecție releu Transformator de curent

Câmp de protecție releu

Transformatoarele de curent (TC) furnizează semnale către releele de protecție din fabrici. Când apar curenți anormali, releele declanșează întrerupătoarele, prevenind arderea motorului și deteriorarea costisitoare a echipamentului.

Dispozitivele de protecție cu relee (relee de protecție) joacă un rol esențial în asigurarea stabilității, siguranței și conformității cu reglementările sistemelor de generare și distribuție a energiei electrice. Cu implementarea energiei regenerabile, generarea distribuită și codurile de rețea stricte, releele sunt esențiale pentru detectarea defecțiunilor, deconectarea rețelei, aplicarea frecvenței și tensiunii și a fiabilității generale a sistemului.

Contextul de reglementare/standarde

Reglementările Germaniei pentru conectarea la rețea a sistemelor de generare stabilesc cerințe legale pentru releele de protecție. Două reguli tehnice cheie de conectare sunt:

VDE-AR-N 4105: guvernează conexiunile de joasă tensiune (≤100 kW, <1.000 V AC).

VDE-AR-N 4110: pentru conexiuni de medie tensiune (>100 kW sau ≥1.000 V AC).

În ambele cazuri, sunt necesare relee de alimentare sau de protecție a rețelei pentru a monitoriza tensiunea, frecvența, întreruperile și fenomenele conexe; deconectarea generatoarelor în condiții nelimitate sau nesigure; și pentru a preveni insularea (adică, separarea neintenționată a unei părți a rețelei).

Aplicații cheie / Studii de caz

1. Centrale hidroelectrice și generare distribuită
Un caz concret este Lukas Anlagenbau GmbH, o companie din Bavaria, care operează multe centrale hidroelectrice (capacitate de la aproximativ 5 kW până la 10 MW). Datorită regulamentului VDE-AR-N 4105 (și revizuirilor sale), instalațiile sale trebuie să respecte cerințele de monitorizare a alimentării în rețea: detectarea supra/subtensiunii, supra/sub-frecvență și reacția atunci când parametrii deviază.

Pentru a satisface aceste cerințe, Lukas Anlagenbau a instalat releul de monitorizare a alimentării în rețea CM-UFD.M31 de la ABB în peste 60 de hidrocentrale. Acest releu monitorizează continuu parametrii relevanți și declanșează comutatorul de interfață (deconectează instalația de la rețeaua publică) atunci când limitele sunt depășite. De asemenea, dispozitivul afișează mesaje de eroare, acceptă praguri precise (frecvență și tensiune) și oferă o bună utilizare (instalare pe șină DIN, afișaj lizibil).

Acest caz ilustrează modul în care protecția releului asigură atât siguranța operațională, cât și conformitatea cu reglementările, permițând în același timp generației distribuite să participe la rețea.

2. Sisteme solare fotovoltaice și „protecție NA”
Un alt exemplu cheie este implementarea solară PV, în special în sectorul de joasă tensiune. Conform VDE-AR-N 4105, orice centrală de generare între aproximativ 30 kW și 135 kW trebuie să aibă instalată Protecția rețelei și a sistemului (protecție NA).

Protecția NA combină un releu de monitorizare și întrerupătoare de interblocare redundante. Releul monitorizează tensiunea și frecvența rețelei, iar atunci când abaterile depășesc toleranțele, deconectează sistemul fotovoltaic de la rețea într-un timp specificat (adesea în 0,2 secunde). Întrerupătoarele de interblocare sunt dispuse astfel încât două elemente de comutare în serie să asigure siguranța defecțiunii - dacă unul eșuează, celălalt asigură totuși deconectarea. Dispozitivele de comutare transmit, de asemenea, starea releului de monitorizare, asigurând funcționarea corectă.

3. Dispozitive/Relee utilizate
Producătorii germani, cum ar fi Ziehl, produc relee de protecție adaptate acestor standarde. De exemplu, dispozitivele UFR1001E și UFR1002IP monitorizează tensiunea, frecvența, deplasarea vectorului și rata de schimbare a frecvenței (ROCOF), printre altele, îndeplinind cerințele VDE-AR-N 4105:2018-11 și VDE-AR-N 4110:2018-11.

Aceste relee sunt utilizate în centralele de generare (solare, hidro, eoliene) și oferă funcționalități cruciale: detectarea condițiilor anormale ale rețelei, deconectarea în siguranță, controlul de la distanță/standby, afișarea și înregistrarea defecțiunilor. Releele Ziehl sunt proiectate pentru a fi sigure pentru o singură eroare (adică, dacă o componentă se defectează, caracteristica de siguranță încă funcționează), ceea ce este o cerință conform regulilor germane de rețea.

Probleme rezolvate de protecția releului

Din aceste aplicații, putem vedea mai multe categorii de probleme cu care ajută dispozitivele de protecție cu relee

Stabilitatea și siguranța rețelei
Sursele de energie regenerabilă sunt variabile; schimbările bruște în generare (de exemplu, din cauza norilor peste PV sau a scăderii vitezei vântului) pot cauza fluctuații de frecvență și tensiune. Dacă nu sunt gestionate, aceste fluctuații se pot propaga și destabiliza rețeaua mai largă. Releele asigură că centralele de generare se deconectează atunci când parametrii depășesc toleranțele de siguranță, protejând atât instalația, cât și rețeaua.

Prevenirea Islanding
Islanding (o unitate de generație care continuă să funcționeze atunci când rețeaua este deconectată) este periculoasă pentru echipajele de întreținere și poate duce la deteriorarea echipamentului. Releele de protecție cu detectarea corectă (pierderea de tensiune, deviația de frecvență, deplasarea vectorului etc.) asigură că atunci când conexiunea la rețea este pierdută sau apar defecțiuni, generarea este oprită în siguranță. Sistemele solare în regim de protecție NA trebuie să includă protecție anti-insulare.

Conformitatea cu codurile rețelei și cerințele legale
Standardele de reglementare precum VDE-AR-N 4105 / 4110 din Germania impun cerințe specifice de protecție, siguranță și performanță. Operatorii trebuie să utilizeze relee certificate pentru aceste standarde, cu setări corecte. Conformitatea evită sancțiunile legale și asigură că centralele pot rămâne conectate și remunerate. Cazul cu compania hidro care adoptă CM-UFD.M31 de la ABB pentru a îndeplini codul VDE este un exemplu.

Detectarea defecțiunilor și deconectarea rapidă
Defecțiunile în linii, condițiile de supratensiune, subtensiune, suprafrecvență sau subfrecvență trebuie detectate rapid pentru a preveni deteriorarea componentelor și a preveni defecțiunile în cascadă. Releele asigură această detectare și acționare rapidă (oprire) pentru a izola piesele defecte.

Calitatea energiei electrice și a integrării în rețea
Pe măsură ce energia regenerabilă crește, calitatea energiei (fluctuația tensiunii, pâlpâirea, armonici) și coerența (fază, frecvență) devin mai dificile. Releele de protecție ajută la monitorizarea și aplicarea limitelor care mențin o calitate acceptabilă a energiei pentru toți utilizatorii. Ele suportă, de asemenea, funcții precum deplasarea vectorială (pentru a detecta relațiile aberante de fază) și ROCOF (rata de schimbare a frecvenței), care sunt importante pentru stabilitate atunci când cantități mari de generație distribuită sunt online.

Discuție / Lecții învățate

Utilizabilitatea dispozitivului contează: cazul real din Germania arată că releele care sunt ușor de configurat, cu afișaje clare și procese de configurare simple, sunt mult mai probabil să fie instalate și întreținute corect. Operatorul centralei hidroelectrice a bugetat pentru ușurință de configurare și precizie.

Redundanță și siguranță la defecțiuni: două elemente de comutare independente în serie, monitorizarea pozițiilor comutatorului, releele cu două canale, designul de siguranță nu sunt doar caracteristici frumoase, ci cerințele de reglementare în multe coduri de rețea germane.

Praguri și sincronizare: setările cum ar fi limitele de tensiune/frecvență, întârzierea înainte de deconectare, capacitățile de comutare etc. trebuie să fie adaptate cerințelor operatorului local de rețea. Regulile germane definesc limite de timp (cât de repede trebuie să se deconecteze un generator atunci când tensiunea/frecvența este în afara intervalului). Sensibilitatea, precizia și viteza releelor ​​sunt decisive.

Evoluție standard: Standardele VDE-AR-N 4105 și 4110 au evoluat. Producătorii și operatorii trebuie să țină pasul cu revizuirile. Releele de protecție oferă adesea valori de prag prestabilite pentru versiunile curente ale acestor standarde.

Concluzie

Dispozitivele de protecție cu relee reprezintă o piatră de temelie a integrării sigure, conforme și stabile a surselor de energie regenerabilă și distribuită. Prin aplicarea standardelor de reglementare (VDE-AR-N 4105 / 4110), implementarea dispozitivelor de relee avansate (ABB, Ziehl etc.) și lucrări de caz real în sistemele hidroelectrice și solare fotovoltaice, releele abordează probleme cheie:

deconectarea în condiții nesigure de tensiune/frecvență

prevenirea insulării

protejarea echipamentelor și a stabilității rețelei

asigurarea conformarii si evitarea sanctiunilor

Pe măsură ce tranziția energetică a Germaniei („Energiewende”) continuă, cu o generare mai descentralizată, stocare a energiei, microrețele și rețele inteligente, releele de protecție vor crește în importanță – nu numai pentru siguranță și reglementare, ci și ca factori care contribuie la fiabilitate, reziliență și funcționare flexibilă.