Rješenje za zaštitu ishodišta s mikroprocesorskim relejima za moderne pametne distribucijske mreže

1. Uvod i ključni izazovi​
   Rastuća integracija distribuiranih izvora energije (DER) (poput fotovoltaika i vjetroelektrane) u distribucijske mreže, zajedno s rastućim zahtjevima korisnika za pouzdanost i sigurnost snabdijevanja strujom, stavlja teške izazove tradicionalnim shemama zaštite prelivnih vodova. Ova rješenja dizajnirana su kako bi se suočila s sljedećim tri ključna izazova:

• ​Opasnosti od luk zasićenja:​​ Unutarnji kratični spojevi u opremi poput prekidača mogu pokrenuti vrlo destruktivne luke zasićenja, prijetnjući sigurnosti opreme i osoba, što zahtijeva izuzetno brz odgovor sustava zaštite.
• ​Visok impedansni zemljani kvarovi:​​ Posebno jednofazni zemljani kvarovi koji se javljaju u ruralnim područjima ili područjima s visokim otporom tla, karakterizirani niskim strujnim pritiscima, teško su pouzdano otkrivljivi tradicionalnom zaštitom nultog reda prekomjerne struje, stvarajući rizik od neispunjene zaštite.
• ​Utjecaj integracije DER-a:​​ Integracija DER-a mijenja smjer protoka snage i karakteristike prekomjerne struje u distribucijskim mrežama, potencijalno uzrokujući pogrešnu radnju zaštite (pogrešno ispadanje) ili neuspjeh u radnji, te uvodeći rizik neplaniranog ostrva.

Ovo rješenje, temeljeno na naprednim mikroprocesorskim relima za zaštitu i integraciji više inovativnih algoritama, pruža kompleksnu, brzu i pouzdanu zaštitu prelivnih vodova za moderne distribucijske mreže.

​2. Detalji rješenja​
Naš rel za zaštitu prelivnih vodova usvaja modularni dizajn, integrirajući sljedeće ključne funkcije zaštite kako bi se suočio s prethodno navedenim izazovima.

​2.1 Modul za zaštitu od luka zasićenja s više frekvencijskih traka (AFP)​

• ​Tehnički princip:​​ Koristi vlasni sustav detekcije s više frekvencijskih traka, istodobno nadgledajući intenzitet svjetlosti (putem specifičnih senzora za luku zasićenja) i stopu promjene struje (di/dt). Greška se potvrđuje kao luka zasićenja samo kada su ispunjeni oba uvjeta – "intenzivni signal luke zasićenja" I "visok brzinski prekomjerni karakteristik (>10 kA/ms)" (logička operacija I). Ovaj dvostruki kriterij efektivno sprečava pogrešnu radnju uzrokovanu vanjskim izvorima svjetlosti ili prekomjernim strujama pri prekidu.
• ​Prednosti u performansama:​​ Osobitost su izuzetno brze radne brzine, dizajnirane kako bi se minimizirala energija luke zasićenja.
• ​Primjer primjene:​​ Nakon implementacije u srednjeg napona distribucijskom sustavu velikog centra podataka, ovaj modul postigao je ukupno vrijeme otklanjanja greške manje od 4 milisekundi, predstavljajući povećanje brzine preko tri puta u usporedbi s tradicionalnim shemama zaštite samo strujom, značajno smanjujući rizik od oštećenja opreme.

​2.2 Modul za zaštitu od zemljanih kvarova s visokom osetljivošću na niske struje​

• ​Tehnički princip:​​ Koristi metodu nultog reda provodnosti. Ova metoda uključuje stvarno-vrijeme točno mjerenje nultog reda napona sustava (3U₀) i nultog reda struje (3I₀), izračunavanjem odgovarajuće vrijednosti provodnosti. Ovaj algoritam je relativno neosjetljiv na varijacije kapacitivne struje zemljanih kvarova u sustavu, učinkovito razlikujući normalnu kapacitivnu struju i struju uzrokovanu kvarom, stoga točno identificira visok impedansne zemljane kvarove s otpornim vrijednostima do 1 kΩ ili više.
• ​Prednosti u performansama:​​ Rješava problem nedostatka osetljivosti tradicionalnih shema zaštite tijekom kvarova s visokim prelaznim otporom, značajno smanjujući rizike od električnih udara i požara.
• ​Primjer primjene:​​ U pilot projektu unutar ruralne mreže (karakterizirane visokom kapacitivnom strujom zemljanih kvarova i nejednakim razinama izolacije linija), primjena ove tehnologije povećala je ukupnu stopu otkrivanja zemljanih kvarova sa 65% s tradicionalnim shemama na 92%, značajno poboljšavajući sigurnost snabdijevanja strujom.

​2.3 Adaptivni modul za zaštitu od ostrvanja​

• ​Tehnički princip:​​ Kako bi se suočio s rizikom ostrvanja uzrokovanim integracijom DER, ovaj modul kombinira pasivne i aktivne metode detekcije.
• ​Pasivno praćenje:​​ Stalno nadgleda anormalne parametre na točki zajedničkog spajanja (PCC), poput devijacije frekvencije napona (Δf > 0.5 Hz) i skoka faznog kuta (Δφ > 10°).
• ​Aktivno utvrđivanje:​​ Kada pokazatelji pasivnog praćenja premašuju postavljene pragove, uključuju se aktivne metode poput aktivne drife frekvencije kako bi se brzo potvrdilo stanje ostrvanja.
• ​Prednosti u performansama:​​ Osigurava brzo isključivanje DER-a u vrlo kratkom vremenskom okviru (< 200 ms, u skladu s zahtjevima mrežnog kodeksa) nakon nastanka ostrvanja, sprečavajući opasnosti za opremu mreže i osobe održavanja od neplaniranog rada ostrva.
• ​Primjer primjene:​​ Validirano u projektu mikromreže s više fotovoltačnih polja, ovaj modul za zaštitu od ostrvanja postigao je preciznost od 99.7%. Efektivno sprečava ostrvanje, minimalizirajući nepotrebnim ispadanjima uzrokovanim normalnim poremećajima mreže, time poboljšavajući iskorištavanje distribuiranih izvora energije.

​3. Sažetak ključne vrijednosti​
Ovo mikroprocesorsko rješenje za zaštitu, integrirajući više pametnih algoritama, postiže:

• ​Povećanu sigurnost:​​ Maksimalizira zaštitu osoba i opreme putem zaštite od luke zasićenja na razini milisekundi i ultra-visoko osetljive zaštite od zemljanih kvarova.
• ​Visoku pouzdanost:​​ Efektivno rješava složenosti koje dovodi integracija DER, točno identificirajući stanja ostrvanja i visok impedansne kvarove, eliminirajući "slijepa mjesta" zaštite.
• ​Brzo obnavljanje:​​ Omogućuje brzo otklanjanje kvarova, omogućujući brzo samolečenje mreže, smanjujući trajanje ispadanja i poboljšavajući pouzdanost snabdijevanja strujom.