Поље заштите релеја
Трансформатор струје (ЦТ) доводи сигнале до заштитних релеја у фабрикама. Када се појаве абнормалне струје, релеји окидају, спречавајући прегоревање мотора и скупо оштећење опреме.
Уређаји за заштиту релеја (заштитни релеји) играју кључну улогу у обезбеђивању стабилности, безбедности и усклађености са прописима система за производњу и дистрибуцију енергије. Са применом обновљиве енергије, дистрибуираном производњом и строгим мрежним кодовима, релеји су централни за откривање кварова, искључење мреже, спровођење фреквенције и напона и укупну поузданост система.
Контекст прописа/стандарда
Немачки прописи за мрежно повезивање производних система постављају законске захтеве за заштитне релеје. Два кључна техничка правила повезивања су:
ВДЕ-АР-Н 4105: управља нисконапонским прикључцима (≤100 кВ, <1000 В АЦ).
ВДЕ-АР-Н 4110: за средњенапонске прикључке (>100 кВ или ≥1.000 В АЦ).
У оба случаја, релеји за напајање мреже или мрежни заштитни релеји су потребни за надгледање напона, фреквенције, испадања и сродних појава; да искључи генераторе у ванграничним или несигурним условима; и да би се спречило острво (тј. ненамерно одвајање дела мреже).
Кључне апликације / Студије случаја
1. Хидроелектране и дистрибуирана производња
Конкретан случај је Лукас Анлагенбау ГмбХ, компанија у Баварској, која управља многим хидроелектранама (капацитета од око 5 кВ до 10 МВ). Због уредбе ВДЕ-АР-Н 4105 (и њених ревизија), њена постројења морају да буду у складу са захтевима за праћење напајања мреже: откривање превисоког/поднапона, превелике/подфреквенције и реаговање када параметри одступају.
Да би задовољио ове захтеве, Лукас Анлагенбау је поставио АББ-ов ЦМ-УФД.М31 релеј за праћење напајања мреже у преко 60 хидроелектрана. Овај релеј континуирано прати релевантне параметре и активира прекидач интерфејса (искључује постројење из јавне мреже) када се прекораче ограничења. Уређај такође приказује поруке о грешци, подржава прецизне прагове (фреквенција и напон) и нуди добру употребљивост (инсталација на ДИН шину, читљив екран).
Овај случај илуструје како релејна заштита осигурава и оперативну сигурност и усклађеност са прописима, док дозвољава дистрибуираној производњи да учествује у мрежи.
2. Соларни фотонапонски системи и 'НА заштита'
Још један кључни пример је у примени соларне фотонапонске енергије, посебно у сектору ниског напона. Према ВДЕ-АР-Н 4105, било које производно постројење између око 30 кВ и 135 кВ мора имати инсталирану заштиту мреже и система (НА заштита).
НА заштита комбинује релеј за надзор и редундантне склопке за закључавање. Релеј прати напон и фреквенцију мреже, а када одступања премаше толеранције, искључује ПВ систем из мреже у одређеном времену (често у року од 0,2 секунде). Прекидачи за међусобно закључавање су распоређени тако да два склопна елемента у серији обезбеђују безбедност од квара - ако један поквари, други и даље обезбеђује искључење. Уређаји за пребацивање такође враћају статус релеју за надзор, обезбеђујући исправан рад.
3. Уређаји / Релеји у употреби
Немачки произвођачи као што је Зиехл производе заштитне релеје прилагођене овим стандардима. На пример, уређаји УФР1001Е и УФР1002ИП надгледају напон, фреквенцију, померање вектора и брзину промене фреквенције (РОЦОФ), између осталог, испуњавајући захтеве ВДЕ-АР-Н 4105:2018-11 и ВДЕ-АР-Н 4110:2018-11.
Ови релеји се користе у производним постројењима (соларна, хидро, ветар) и пружају кључне функције: откривање ненормалних стања мреже, безбедно искључење, даљинско управљање/приправност, приказ и евидентирање кварова. Зиехл релеји су дизајнирани да буду безбедни од једне грешке (тј., ако једна компонента поквари, безбедносна функција и даље ради), што је захтев према немачким правилима мреже.
Проблеми решени релејном заштитом
Из ових апликација можемо видети неколико категорија проблема са којима помажу уређаји за релејну заштиту
Стабилност и безбедност мреже
Обновљиви извори енергије су променљиви; нагле промене у производњи (нпр. због облака изнад ПВ или пада брзине ветра) могу изазвати флуктуације фреквенције и напона. Ако се њима не управља, ове флуктуације се могу ширити и дестабилизовати ширу мрежу. Релеји обезбеђују да се производна постројења искључују када параметри премаше безбедне толеранције, штитећи и постројење и мрежу.
Спречавање Исландинг
Исландинга (генерацијска јединица која наставља да ради када је мрежа искључена) је опасно за екипе за одржавање и може довести до оштећења опреме. Заштитни релеји са исправном детекцијом (губитак напона, померање фреквенције, померање вектора, итд.) обезбеђују да када се мрежна веза изгуби или дође до кварова, производња се безбедно искључи. Соларни системи у режиму заштите НА морају укључити заштиту против острва.
Усклађеност са мрежним кодовима и законским захтевима
Регулаторни стандарди као што је ВДЕ-АР-Н 4105 / 4110 у Немачкој намећу посебне захтеве за заштиту, безбедност и перформансе. Оператери морају да користе релеје сертификоване за ове стандарде, са исправним подешавањима. Усклађеност избјегава законске казне и осигурава да постројења могу остати повезана и плаћена. Пример је случај са хидрокомпанијом која је усвојила АББ-ов ЦМ-УФД.М31 како би испунила ВДЕ код.
Детекција кварова и брзо искључење
Кварови на линијама, услови пренапона, поднапона, превисоке фреквенције или подфреквентности морају се брзо открити да би се спречило оштећење компоненти и спречили каскадни кварови. Релеји обезбеђују ову брзу детекцију и активирање (искључивање) да изолују неисправне делове.
Квалитет интеграције електричне енергије и мреже
Како се обновљива енергија повећава, квалитет електричне енергије (флуктуација напона, треперење, хармоници) и кохерентност (фаза, фреквенција) постају све изазовнији. Заштитни релеји помажу у надгледању и примени ограничења која одржавају прихватљив квалитет напајања за све кориснике. Они такође подржавају функције као што су померање вектора (за откривање аберантних фазних односа) и РОЦОФ (стопа промене фреквенције), које су важне за стабилност када су велике количине дистрибуиране генерације онлајн.
Дискусија / научене лекције
Употребљивост уређаја је важна: стварни случај у Немачкој показује да је већа вероватноћа да ће релеји који се лако конфигуришу, са јасним екранима и једноставним процесима подешавања, бити правилно инсталирани и одржавани. Оператер хидроелектране је буџетирао за лакоћу конфигурације и прецизност.
Редундантност и сигурност од грешке: Два независна склопна елемента у серији, праћење положаја прекидача, двоканални релеји, дизајн без грешке нису само лепе карактеристике већ и регулаторни захтеви у многим немачким мрежним кодовима.
Прагови и тајминг: Подешавања као што су ограничења напона/фреквенције, кашњење пре искључења, уклопни капацитети итд. морају бити прилагођена захтевима локалног оператера мреже. Немачка правила дефинишу временска ограничења (колико брзо генератор мора да се искључи када је напон/фреквенција ван опсега). Осетљивост, прецизност и брзина релеја су одлучујући.
Еволуција стандарда: ВДЕ-АР-Н 4105 и 4110 стандарди су еволуирали. Произвођачи и оператери морају држати корак са ревизијама. Заштитни релеји често обезбеђују унапред подешене граничне вредности за тренутне верзије ових стандарда.
Закључак
Релејни заштитни уређаји су камен темељац безбедне, усклађене и стабилне интеграције обновљивих и дистрибуираних извора енергије. Кроз спровођење регулаторних стандарда (ВДЕ-АР-Н 4105 / 4110), примену напредних релејних уређаја (АББ, Зиехл итд.) и рад у стварном случају у хидроелектричним и соларним фотонапонским системима, релеји решавају кључна питања:
искључивање у небезбедним условима напона/фреквенције
спречавање острвљавања
заштита опреме и стабилност мреже
обезбеђивање усклађености и избегавање казни
Како се немачка енергетска транзиција ('Енергиевенде') наставља, са децентрализованијом производњом, складиштењем енергије, микромрежама и паметним мрежама, заштитни релеји ће расти на важности - не само за безбедност и регулацију, већ и као фактори поузданости, отпорности и флексибилног рада.
