Modern smart elosztóhálózatok számára készült, mikroprocesszor-alapú relékkel ellátott tápellátóvédelmi megoldás

1. Bevezetés és alapvető kihívások​
   A terjesztett energiaforrások (DER) (mint például a napelemparkok és a szélerőművek) egyre nagyobb mértékű integrálása a hálózatba, valamint a felhasználók növekvő igényei a villamosenergiaellátás megbízhatóságára és biztonságára súlyos kihívásokat jelentenek a hagyományos védőrendszer esetén. Ez a megoldás a következő három alapvető kihívás kezelésére van kialakítva:

• ​Villámzóna veszélyek:​​ A váltó- és hasonló berendezések belső rövidzárlatai nagyon pusztító villámzónákat okozhatnak, amelyek fenyegetik a berendezések és az emberi élet biztonságát, ami extrém gyors reakciót igényel a védőrendszertől.
• ​Magfeszültségű felszíni hibák:​​ Különösen a mezőgazdasági területeken vagy magas talajellenállású régiókban fellépő egyfázisú felszíni hibák, melyek jellemzően alacsony hibaárammal rendelkeznek, nehézségeket jelentenek a hagyományos nullsoros túlmenetvédők megbízható detektálása szempontjából, ami a védőrendszer működésének sikertelenségét eredményezheti.
• ​A terjesztett energiaforrások (DER) integrációja hatása:​​ A DER integrációja megváltoztatja a hálózat áramirányát és a rövidzárlati áram jellemzőit, ami potenciálisan védőrendszer működési hibákat (hamis lekapcsolódás) vagy működési sikertelenséget okozhat, és a véletlen szigetelódás kockázatát is bevezeti.

Ez a megoldás, amely modern mikroprocesszor-alapú védőrelékre épül, és több innovatív algoritmust integrál, teljes körű, gyors és megbízható védőt nyújt a modern elosztóhálózatokhoz.

​2. Megoldás részletei​
Az áramelosztó védőrelénkünk moduláris szerkezetet alkalmaz, és a következő alapvető védő funkciókat integrálja a fenti kihívások kezelésére.

​2.1 Több-sávú villámzónavédelem (AFP) modul​

• ​Műszaki elv:​​ Egy saját fejlesztésű több-sávú detektáló technológiát alkalmaz, amely egyszerre figyeli a fényintenzitást (kijelölt villámzónaérzékelőkkal) és az áram változási sebességét (di/dt). Csak akkor minősül villámzónának a hiba, ha mindkét feltétel - "intenzív villámzóna jel" ÉS "magas sebességű túlmeneti áram jellemző (>10 kA/ms)" - teljesül (logikai ÉS operáció). Ez a két kritérium hatékonyan megelőzi a külső fényforrások vagy kapcsoló áramok általi téves detektálást.
• ​Teljesítménybeli előnyök:​​ Rendkívül gyors működést jeleníti meg, amely minimalizálja a villámzóna energiát.
• ​Alkalmazási példa:​​ Egy nagy adatközpont közepes feszültségű elosztó rendszerében történő telepítés után ez a modul 4 milliszekundumnál rövidebb teljes hibaeltüntetési időt ért el, ami hármat lassabb, mint a hagyományos áramalapú védőrendszerekhez képest, jelentősen csökkentve a berendezések károsodásának kockázatát.

​2.2 Magfokon érzékeny alacsony-áramú felszíni hibavédő modul​

• ​Műszaki elv:​​ A nullsoros admittancia módszerét használja. Ez a módszer valós idejű, pontos mérést tesz lehetővé a rendszer nullsoros feszültségének (3U₀) és nullsoros áramának (3I₀) esetében, majd kiszámítja a hozzátartozó admittanciát. Ez az algoritmus relatíve nem érzékeny a rendszer kapacitív felszíni hibaáramának változásaira, hatékonyan megkülönbözteti a normális kapacitív áramot a hiba által okozott ellenállásos ármtól, így pontatlanul azonosítja a legfeljebb 1 kΩ ellenállású magfeszültségű felszíni hibákat.
• ​Teljesítménybeli előnyök:​​ Megoldja a hagyományos védőrendszerek elégtelen érzékenységét magas átmeneti ellenállás mellett fellépő hibák esetén, jelentősen csökkentve a szoknyázás és tűz kockázatát.
• ​Alkalmazási példa:​​ Egy pilotprojektben, egy mezőgazdasági hálózatban (ahol magas a kapacitív felszíni hibaáram és egyenletesen osztott a vonal izolációja), a technológia alkalmazása a teljes felszíni hibadetektálási arányt 65%-ról 92%-ra emelte, jelentősen javítva a villamosenergiaellátás biztonságát.

​2.3 Adaptív szigetelő védő modul​

• ​Műszaki elv:​​ A DER-integráció által bevezetett szigetelő kockázat kezelésére ezen a modulon passzív és aktív detektáló módszereket kombinálunk.
• ​Passzív monitorozás:​​ Folyamatosan figyeli a közös csatlakozási pont (PCC) anomál paramétereit, mint például a feszültségfrekvencia eltéréseket (Δf > 0.5 Hz) és a fázisugrásokat (Δφ > 10°).
• ​Aktív meghatározás:​​ Ha a passzív monitorozási mutatók meghaladják a beállított küszöbértékeket, aktív módszereket, mint például a Frekvencia Drift, integrálja a gyors szigetelő állapot megerősítésére.
• ​Teljesítménybeli előnyök:​​ Gyorsan leválasztja a DER-eket a szigetelő állapot bekövetkezése után nagyon rövid időn belül (< 200 ms, amely megfelel a hálózati szabványoknak), megelőzve a hálózati berendezések és karbantartási személyzet számára káros körülményeket a véletlen szigetelő működés miatt.
• ​Alkalmazási példa:​​ Egy több napelemparkot tartalmazó mikrohálózati projektben ez a szigetelő modul 99,7% pontos volt. Hatékonyan megelőzi a szigetelőt, miközben minimalizálja a normális hálózati zavarok által okozott felesleges lekapcsolódásokat, így javítva a terjesztett energiaforrások kihasználtságát.

​3. Alapvető érték összefoglaló​
Ez a mikroprocesszor-alapú védő megoldás, amely több intelligens algoritmust integrál, a következőket éri el:

• ​Növekedett biztonság:​​ Milliszekundum-szintű villámzónavédelem és nagyon magas érzékenységű felszíni hibavédő révén maximalizálja a személyzet és a berendezések védelmét.
• ​Magas megbízhatóság:​​ Hatékonyan kezeli a DER-integráció által bevezetett összetettségeket, pontosan azonosítja a szigetelő állapotokat és a magfeszültségű hibákat, kiküszöböltve a védő "vakterületeit".
• ​Gyors helyreállítás:​​ Gyors hibaeltüntetést tesz lehetővé, amely segít a hálózat gyors önregenerálódásának, csökkentve a kilépés időtartamát, és javítva a villamosenergiaellátás megbízhatóságát.