פתרון להגנה על מפזרים עם רליסים מבוססי מיקרו-מעבד לרשתות הפצה חכמות מודרניות

1. הקדמה והallenges העיקריים​
   האינטגרציה הגוברת של מקורות אנרגיה מבוזרים (DERs) כגון אנרגיית סולר ואנרגיית רוח לרשתות התפוצה, יחד עם הדרישה הגוברת של המשתמשים לבטיחות ואמינות אספקת החשמל, מציבה אתגרים חמורים לתוכניות ההגנה המסורתיות על קווי האספקה. הפתרון הזה נועד להתמודד עם שלושת האתגרים העיקריים הבאים:

• ​סכנות מכת חשמל:​​ קצר בציוד כמו ציוד מתגים יכול להפעיל מכת חשמל הרסנית מאוד, שמאיימת על הבטיחות של הציוד ועל אנשי הצוות, מה שדורש תגובה מהירה מאוד מהמערכת ההגנה.
• ​תקלות קרקע בעומס גבוה:​​ במיוחד תקלות חד-פאזיות באזורים כפריים או באזורים בעלי עמידות קרקע גבוהה, מאופיינות בזרם התקלה נמוך, קשה לגילויliable על ידי הגנה מסורתית של זרם בלתי מאוזן, מה שמוביל לסיכון של אי פעילות הגנה.
• ​השפעת אינטגרציה של מקורות אנרגיה מבוזרים (DERs):​​ האינטגרציה של DERs משנה את כיווני הזרם והמאפיינים של זרם הקצר ברשתות התפוצה, מה שיכול לגרום להפעלה לא נכונה של הגנות (הפעלה שגויה) או אי פעילות, ולהכניס סיכון של יצירת איי אנרגיה לא מתוכננים.

הפתרון הזה, המבוסס על מנגנונים מגינים מיקרו מעבדים ומשלב אלגוריתמים חדשניים מרובים, מספק הגנה מקיפה, מהירה ואמינה לקווי אספקה של רשתות תפוצה מודרניות.

​2. פרטים על הפתרון​
מנגנון ההגנה שלנו על קווי האספקה מתבסס על תכנון מודולרי, המשלב את פונקציות ההגנה העיקריות הבאות כדי להתמודד עם האתגרים הנזכרים לעיל.

​2.1 מודול הגנה מול מכת חשמל רב-פסים (AFP)​

• ​עקרון טכני:​​ משתמש בטכנולוגיית גילוי רב-פסים ייחודית, שמתבצעת בו זמנית על עוצמת האור (באמצעות חיישני אור מיוחדים) ועל קצב שינוי הזרם (di/dt). תקלה מוגדרת כמכת חשמל רק כאשר שני התנאים – "אות אור חזק" ו-"מאפיין זרם יתר מהיר (>10 kA/ms)" – מתקיימים (פעולת AND לוגית). קריטריון כפול זה מונע באופן יעיל פעולה לא נכונה עקב מקורות אור חיצוניים או זרמים של מעבר.
• ​יתרון בביצועים:​​ כולל מהירויות פעולה מהירות מאוד, שמתוכנן להפחית את אנרגיית מכת החשמל.
• ​מקרה שימוש:​​ לאחר התקנת המודול במערכת התפוצה במתח בינוני של מרכז נתונים גדול, השיג זמן סיום מלא של תקלה של פחות מ-4 מילישניות, המייצג עלייה של יותר משלוש פעמים בהשוואה לתוכניות הגנה מסורתיות מבוססות זרם בלבד, מה שהפחית משמעותית את הסיכון לנזק הציוד.

​2.2 מודול הגנה מפני תקלות קרקע בעומס נמוך בעדינות גבוהה​

• ​עקרון טכני:​​ משתמש בשיטת האימפדנס האפס-סדר. שיטה זו כוללת מדידה בזמן אמת ומדויקת של מתח האפס-סדר (3U₀) וזרם האפס-סדר (3I₀) של המערכת, חישוב הערך המתאים של האימפדנס. אלגוריתם זה אינו רגיש מאוד לשינויים בזרם התקלה דרך קיבול הקרקע של המערכת, ומבחין בצורה יעילה בין זרם קיבול נורמלי לזרם 저ומן הנובע מתקלה, ובכך מזהה באופן מדויק תקלות קרקע בעומס גבוה עד 1 kΩ ויותר.
• ​יתרון בביצועים:​​ פותר את הבעיה של רגישות לא מספקת בתוכניות הגנה מסורתיות במהלך תקלות בעומס מעבר גבוה, מה שמפחית באופן משמעותי את הסיכונים של חשמל ושריפות.
• ​מקרה שימוש:​​ בפרויקט פיילוט בתשתית כפרית (מאופיינת בזרם תקלה קיבולי גבוה ולא אחידות ברמת ההבודדות של הקו), השימוש בטכנולוגיה זו גבה את שיעור גילוי התקלות קרקע מ-65% עם תוכניות מסורתיות ל-92%, מה שמשפר משמעותית את הבטיחות של אספקת החשמל.

​2.3 מודול הגנה אנטי-איי אדפטיבי​

• ​עקרון טכני:​​ כדי להתמודד עם הסיכון של יצירת איי שנגרמת מהאינטגרציה של DERs, המודול הזה משלב שיטות גילוי פסיביות ואקטיביות.
• ​מעקב פסיבי:​​ ממשיך למדוד פרמטרים חריגים בנקודת החיבור המשותפת (PCC), כגון סטייה בתדר המתח (Δf > 0.5 Hz) וקפיצה בזווית הפרזה (Δφ > 10°).
• ​קביעה אקטיבית:​​ כאשר מציינים פסיביים עוברים מעל סף מוגדר, הוא משלב שיטות אקטיביות כמו נדידה תדרית אקטיבית כדי לאשר במהירות מצב של איי.
• ​יתרון בביצועים:​​ מבטיח ניתוק מהיר של DERs תוך זמן קצר מאוד (< 200 ms, בהתאם לדרישות קוד הרשת) לאחר יצירת האיי, למנוע סיכונים לציוד הרשת ולצוותיメンתחזק מפעילות איי לא מתוכננת.
• ​מקרה שימוש:​​ הוכח בפרויקט של רשת מיקרו המכילה מספר מערכים של אנרגיית סולר, מודול האנטי-איי הזה השיג דרגת דיוק של 99.7%. הוא מונע בצורה יעילה את יצירת האיי ומפחית למינימום הפעלות לא הכרחיות כתוצאה מהפרעות רגילות ברשת, מה שמגביר את שיעור השימוש במקורות אנרגיה מבוזרים.

​3. סיכום ערך מרכזי​
הפתרון ההגנה המבוסס על מיקרו מעבדים, על ידי אינטגרציה של אלגוריתמים חכמים מרובים, מצליח להשיג:

• ​בטיחות מוגברת:​​ מקסם את הגנה על אנשי הצוות והציוד באמצעות הגנה ממכת חשמל ברמה של מילישניות וגנה על תקלות קרקע בעדינות גבוהה מאוד.
• ​אמינות גבוהה:​​ מתמודד בצורה יעילה עם מורכבות הנוצרת מהאינטגרציה של DERs, מזהה באופן מדויק מצבים של איי ותקלות בעומס גבוה, ומבטל "נקודות עיוורות" של הגנה.
• ​חידוש מהיר:​​ מאפשר סיום מהיר של תקלות, תומך בהצמדה עצמית מהירה של הרשת, מפחית את משך הפסקות האספקה ומגביר את אמינות אספקת החשמל.