Kaip aukštosios voltinės jungiklių skapai naudojami atsinaujinančiųjų energijos sistemose

Aukštos įtampos jungiamųjų spintų pagrindinės funkcijos atsinaujinančios energijos sistemose

Pagrindinės aukštos įtampos komutacinės įrangos vaidmuo atsinaujinančios energijos sistemose

Aukštos įtampos jungiklių skydai veikia kaip centriniai valdymo punktai atsinaujinančios energijos sistemose, nukreipdami elektros energiją iš šaltinių, tokių kaip vėjo jėgainės ir saulės baterijos, į pagrindinę elektros tinklo liniją. Šios sistemos paprastai veikia aukščiau nei 52 kilovoltų ir gali perdirbti nuo trijų iki keturių kartų daugiau elektros srovės nei standartinė skirstomoji įranga, viską palaikydamos stabiliai. Naujausias tyrimas apie tinklų modernizavimą parodė, kad kai saulės elektrinės naudoja atnaujintą jungiamąją įrangą, problemos dėl sinchronizacijos su tinklu sumažėja maždaug du trečdalius, lyginant su senesniais metodais. Tai daro juos būtinu komponentu didelio masto atsinaujinančios energijos projektų patikimam veikimui.

Pagrindinės elektros funkcijos: izoliacija, apsauga ir apkrovos jungimas

Šiuolaikiniai jungiklių skydai atlieka tris esminius veiksmus:

• Izoliacija : Saugiai atjungia neturinčias įtampos grandines techninės priežiūros metu per 0,5–1,5 sekundės
• Apsauga : Aptinka ir nutraukia trumpojo jungimo sroves iki 63 kA per 30–100 milisekundžių
• Apkrovos jungimas : Perkelti 300–500 MW galios blokus tarp grandinių, nekeliant įtampos kritimo

Šios funkcijos užtikrina veikimo tęstinumą ir įrangos saugą dinaminėmis tinklo sąlygomis.

Užtikrinamas stabilus galios srautas kintamojoje atsinaujinančių energijos šaltinių generacijoje

Vėjo ir saulės energijos gamyba per kelias minutes gali svyruoti ±80 %. Aukštos įtampos jungiamosios spintos padeda išlaikyti tinklo stabilumą dėka:

1. Dinaminė įtampos reguliacija (±5 % tolerancija)
2. Dažnio valdymas, išlaikant 49,5–50,5 Hz ribose
3. Reaktyviosios galios kompensavimas iki 300 MVAR talpos

Greitai reaguodamos į generacijos pokyčius, jungiamoji įranga sumažina sutrikimus ir užtikrina nuolatinę energijos tiekimą.

Integracija su valdymo sistemomis realaus laiko stebėsenai ir reagavimui

Pažangios spintos integruoja IoT jutiklius ir IEC 61850 standartui atitinkančius ryšio protokolus, leidžiančius:

• 50 ms atsakas į tinklo nestabilumą sukeliančius įvykius
• Prognozuojamas techninės priežiūros vykdymas našant ištisinį dališkai išlydžio stebėjimą
• Nuotolinio valdymo galimybės jūros vėjo elektrinėms, esančioms už 30–150 km nuo kranto

Ši integracija pagal 2024 m. „smart grid“ duomenis sumažina priverstines sustojimo situacijas atsinaujinančios energijos gamyklose 73 %, pabrėžiant jų svarbą patikimam žaliajai energetikai užtikrinti.

Aukštos įtampos jungiamosios spintos vėjo elektrinėse

Jungiamosios įrangos vaidmuo sausumos ir jūros vėjo elektrinių infrastruktūroje

Aukštos įtampos jungiamosios spintos yra pagrindinė dalis vėjo elektrinių rinkimo sistemose tiek sausumoje, tiek jūroje. Jūros aplinkose modulinė dujų izoliuota jungiamoji įranga (GIS) suteikia kompaktiškus, korozijai atsparius sprendimus, gebančius tvarkyti įtampas iki 40,5 kV, todėl yra idealus pasirinkimas jūros transformatorinėms („Wind Energy Integration Report 2023“).

Kintamo rezultato valdymas per gedimų apsaugą ir grandinių nutraukimą

Norint kontroliuoti 15–25 % kasdienį galios svyravimą, būdingą vėjo jėgainėms, jungiklių skyduose naudojamos greitosios gedimų aptikimo sistemos, kurios nutraukia grandinę per 30 milisekundžių. Pažangūs vakuumo jungtuvai apsaugo nuo pažeidimų staigiai didėjant arba mažėjant įtampai, užtikrindami prijungtos įrangos ilgalaikį patikimumą.

Atvejo analizė: Aukštos įtampos jungiamosios skryniai Hornsea jūros vėjo fermai (JK)

Hornsea projektas, Europos didžiausia jūros vėjo elektrinė, naudoja specializuotą komutacinę įrangą, siekiant suvienyti 1,2 GW galios, perduodamos per 66 kV požeminius kabelius. Sistema panaudoja 1500 V jungtuvo technologiją, kad sumažintų perdavimo nuostolius per 120 km po jūra esančių maršrutų, taip padidindama bendrą efektyvumą ir mastelio plėtojimo galimybes.

Ilgų atstumų perdavimo iš tolimų vėjo jėgainių iššūkių įveikimas

Įtampų kritimas ir reaktyvioji galia yra pagrindinės problemos ilgose jūros elektros perdavimo linijose. Inžinieriai naudoja adaptacinius įtampos reguliatorius ir jungiklių skydų strateginį išdėstymą palei perdavimo koridorius, kad būtų suteikta vietinė reaktyviosios galios parama, dėl ko linijų nuostoliai sumažėja 18–22 % lyginant su centriniais sprendimais (Ponemon, 2023).

Aukštos įtampos jungiamosios įrangos integracija stambiosios apimties saulės elektrinėse

Aukštos įtampos jungiamųjų skydų integracija fotovoltinių fermų projektavime

Didelės apimties saulės elektrinėse šie dideli aukštos įtampos jungiklių skydai veikia kaip elektros srovės eismo reguliatoriai, kai ji juda iš saulės baterijų link pagrindinės elektros tinklo prijungimo vietos. Šie skydai yra tiesiai tarp keitiklių ir transformatorių, kurie padidina įtampos lygį. Jie padeda nustatyti optimaliausius elektros srovės maršrutus, kad perduodant energiją būtų prarandama mažiau energijos. Remiantis kai kuriomis inžinerinių įmonių, dirbančių prie saulės elektrinių Kalifornijoje, ataskaitomis, teisingai sumontavus šiuos skydus galima sumažinti kabelių sąnaudas apie 18 procentų, taip pat greičiau reaguoti, kai sistemoje kyla problema. Šiuolaikinėse daugelyje saulės energetikos projektų naudojami centralizuoti jungimo mazgai, kurie vienu metu tvarko energiją iš kelių skirtingų saulės baterijų sekcijų – tai finansiškai naudinga, taip pat užtikrina atsarginę apsaugą, jei viena dalis netikėtai sugestų.

Įtampos reguliavimas ir tinklo sinchronizacija naudojant aukštos įtampos jungiamąją įrangą

Saulės elektrinėms reikia keisti nuolatinės srovės elektros energiją iš jų plokščių, kuri svyruoja tarp apie 600 voltų ir 1500 voltų nuolatinės srovės, į kintamąją srovę daug didesniu įtampomis, tokiomis kaip 33 kilovoltai iki 230 kilovoltų kintamosios srovės, kad ji galėtų būti tiekiama į elektros tinklą. Šiuolaikinė komutacinė įranga, aprūpinta mikroprocesoriais, turi relės, kurios faktiškai pašalina šiuos mažus įtampos kritimus arba šuolius tik per dvi elektros bangos ciklus, kas atitinka IEEE 1547-2018 standarto nustatytus reikalavimus. Šios sistemos ypač svarbios, kai debesys staiga pridengia saulės masyvus, sukeliant staigius energijos gamybos kritimus. Įsivaizduokite, kas įvyksta tokiais atvejais tipinei 100 megavatų instaliacijai – jos galia gali sumažėti net 80 procentų mažiau nei per devyniasdešimt sekundžių.

Atvejo analizė: Desert Sunlight saulės elektrinė (JAV) ir jos komutacinės įrangos konfigūracija

Kalifornijoje esančioje Desert Sunlight saulės elektrinėje yra 145 aukštos įtampos jungiklių skydai, išdėstyti beveik 4 000 akruose žemės. Šią sistemą daro ypatingą jos zoninė apsaugos sistema, kuri gali aptikti problemas kiekviename 40 MW masyvo sektoriuje, neprivalant sustabdyti visos veiklos. Kai 2023 metų vasarą smogė stiprūs lietūs, šie specialūs jungikliai užtikrino elektros tiekimą kur kas geriau nei būtų sugebėjusios tradicinės sistemos. Rezultatas? Pertraukos truko tik apie ketvirtį trumpiau nei įprastai panašiomis oro sąlygomis. Toks protingas inžinerijos požiūris tikrai parodo, kodėl pritaikyta elektros infrastruktūra yra tokia svarbi didelės apimties atsinaujinančios energijos projektams.

Šilumos valdymas ir aplinkos atsparumas dykumų statiniuose

Įrangai tenka dirbti gana sunkiomis sąlygomis, patikimai veikiant temperatūrose nuo minus dešimties laipsnių Celsijaus iki penkiasdešimties laipsnių. Desert Sunlight įrengtuose jungiamuosiuose skyduose yra IP54 apsaugos klasė, neleidžianti patekti smulkui ir drėgmei, taip pat naudojami specialūs skysčiu aušinami magistraliniai laidai. Kai viduje tampa per karšta, apie 65 laipsnius Celsijaus, internetu sujungti šiluminiai jutikliai automatiškai įjungia aušinimo sistemą. Remonto duomenys rodo, kad tokia sistema praėjusiais metais užkirsto kelią dvylikai galimų gedimų. Gana įspūdinga, atsižvelgiant į tai, kaip dažnai dabar pasitaiko ilgalaikių karščių bangų, apie kurias metų metus įspėjo klimato mokslininkai.

Tinklo integracija ir energijos skirstymas per aukštos įtampos jungiamuosius skydus

Leidžia be trūkčiojimų integruoti atsinaujinančią energiją į nacionalinius ir regioninius tinklus

Aukštos įtampos jungiamosios spintos sujungia decentralizuotus atsinaujinančios energijos šaltinius su centralizuotomis perdavimo tinklų sistemomis, užtikrindamos dvi kryptis turinčią energijos srautą ir tuo pačiu laikantis tinkle esančių reikalavimų. Turėdamos ±10 % įtampos toleranciją, jos kompensuoja greitus svyravimus – pavyzdžiui, dėl debesų, einančių per saulės elektrines, kurie gali sukelti 20–30 % galios pokyčius mažiau nei per penkias sekundes.

P tiekimo svyravimų išlyginimas protingu jungimu ir apkrovos valdymu

Protingi jungimosi protokolai leidžia spintoms dinamiškai perkelti energijos srautą priklausomai nuo poreikio ir galimybės. Pavyzdžiui, per dienos vidurį saulės energijos perteklius automatiškai nukreipiamas į kaupimo sistemas, o vakare – grąžinamas atgal. Toks lankstumas hibridinėse atsinaujinančios energijos sistemose sumažina priklausomybę nuo iškastinio kuro naudojančių viršūnių elektrinių 18–25 %, rodo 2023 metų tinklo optimizavimo tyrimai.

Praktiniai taikymai vėjo, saulės ir hibridinių atsinaujinančios energijos sistemose

Vėjo elektrinės naudoja jungiamąją įrangą harmonikų filtravimui, kad išlaikytų bendrąjį harmonikų iškraipymą (THD) žemiau 2 %. Saulės energijos įrenginiai dalinio apšviestumo metu pasitelkia srovės ribojimo funkcijas, kad būtų išvengta pavojingų įtampos gradientų. Hibridinės sistemos naudojasi modulinės jungiamosios įrangos konstrukcija, leidžiančia 35 % greičiau pertvarkyti sistemą perjungiant tarp energijos šaltinių, taip padidinant operacinį lankstumą.

Aukštos įtampos jungiamosios įrangos technologijos saugumas, inovacijos ir ateities tendencijos

Pažangūs saugos mechanizmai: perkrovos apsauga, lanko šokų sumažinimas ir apsauga nuo žaibo

Šių dienų jungiklių skydai yra aprūpinti keliais saugos sluoksniais, kurie sukurti atsižvelgiant į iš atsinaujinančių energijos šaltinių kylančius iššūkius. Kai atsiranda staigūs elektros srovės padidėjimai, perkrovos apsauga sustabdo invertorius ir keitiklius nuo perkaisti ir sugesti. Lanko blyksties atvejais pagal 2023 m. IEC 62271-1 standartus nustatytas modernių sistemų sprendimas leidžia sumažinti pavojingą energijos kiekį apie 85 %. Tai pasiekta naudojant specialius srovės ribojimo jungtuvus bei izoliacines medžiagas, veikiamas slėgiu. Kitas svarbus bruožas – perkrovos apsaugos įrenginiai, sujungti su orų prognozavimo technologija. Jie padeda apsaugoti nuo žaibo smūgių, kas ypač svarbu jūroje esantiems vėjo elektrinėms, kur audros vyksta dažnai.

Atitiktis AUKŠTO ĮTAMOS SISTEMŲ SAUGAI skirtiems IEC ir IEEE standartams

Dauguma tarptautinių elektros projektų bandymams laikosi arba IEC 62271, arba IEEE C37.100 standartų. Šie standartai nustato gana griežtus reikalavimus, kiek gerai jungiamoji įranga gali atlaikyti stiprius elektrinius laukus ir kaip ji elgiasi žemės drebėjimų metu. Pagal naujausius IEEE 2024 m. Power Report nurodymus, šiuolaikinė jungiamoji įranga turi išgyventi apie 24 kilovoltų vienam centimetrui elektrinius laukus, tuo pačiu metu kontroliuojant SF6 dujų nutekėjimą – mažiau nei pusę milijoninės dalies per metus. Šiuo metu sertifikavimo institucijos taip pat tampa griežtesnės, reikalaudamos atsarginių sistemų dujų lygio stebėjimui. Dėl to daugelis gamintojų linksta prie naujesnių variantų, tokių kaip oro ir SF6 dujų kombinavimas arba visiškai kitokių izoliacijos metodų tyrinėjimas.

Skaitmeninė jungiamoji įranga ir IoT technologijomis paremtas stebėjimas protingose atsinaujinančios energijos jėgainėse

IoT jutikliai gali stebėti net 38 skirtingus dabartinės būklės dalykus, įskaitant tokias detales kaip kontaktinių detalių nusidėvėjimo laipsnis, temperatūros pokyčiai laikui bėgant ir nuolat kylančios dalinio iškrovos vertės, dėl kurių visi nerimaujame. Kai kurie mokslininkai, tyrinėjantys protingas elektros tinklo sistemas, 2025 m. atliko tyrimą, parodžiusį, kad naudojant šiuos prognozavimo įrankius vėjo elektrinės patyrė 62 procentais mažesnį prastovų lygį, nes problemos buvo aptinkamos anksčiau – pavyzdžiui, ištirpusios dujos įrenginiuose, prijungtuose prie transformatorių, buvo nustatomos dar nepasireiškus rimtoms problemoms. O be to, nepamirškime ir debesijos skaičiavimų. Šios platformos leidžia iš tolo diegti programinės įrangos atnaujinimus, todėl saulės elektrinės gali dinamiškai koreguoti savo saugos parametrus bet kada, kai įvyksta staigus elektros dažnio pokytis. Labai patogu, kad viskas veiktų sklandžiai, nereikiant stabdyti veiklos dėl techninės priežiūros.

Aplinkai draugiškos inovacijos: SF6 alternatyvos ir moduliniai, iš anksto pagaminti jungiklių skydai

Gamintojai atsisuka nuo tradicinių SF6 dujų dėl griežtų F-dujų taisyklių. Vietoj to jie naudoja fluoroketonų alternatyvas, kurios, pagal praeitos savaitės CIGRE tyrimus, sukelia apie 98 % mažesnį poveikį šiltnamio efektui. Taip pat žymiai paspartina nauji moduliniai jungiklių įrenginiai. Šie iš anksto surinkti blokai sumažina montavimo laiką maždaug 40 procentų, todėl yra idealūs saulės energetikos projektams greitai paleisti, kai paklausa nuolat auga. Kietiems dykumos aplinkos sąlygoms yra specialūs variantai, aprūpinti pasyviais aušinimo sprendimais ir medžiagomis, atspariomis UV pažeidimams. Tai leidžia įrangai toliau veikti sklandžiai net tada, kai vasaros vidurdienį temperatūra pasiekia 55 laipsnius Celsijaus.

DUK

Kokia aukštos įtampos jungiamųjų spintų paskirtis atsinaujinančios energijos sistemose?

Aukštos įtampos jungiamosios spintos tarnauja kaip centriniai valdymo punktai, nukreipiantys elektros energiją iš atsinaujinančių šaltinių, tokių kaip vėjo jėgainės ir saulės baterijos, į pagrindinę elektros tinklo liniją.

Kaip aukštos įtampos jungiklių skydai užtikrina tinklo stabilumą atsinaujinančios energijos sistemose?

Jie užtikrina stabilumą dinamiškai reguliuodami įtampą, kontroliuodami dažnį ir kompensuodami reaktyviąją galia, užtikrindami pastovią energijos tiekimą net esant svyravimams.

Kokia yra aukštos įtampos jungiklių skydų funkcija vėjo elektrinėse?

Vėjo elektrinėse jie valdo išvesties kaitą naudodami greitus gedimų aptikimo sistemas, kurios nutraukia grandines, užtikrindamos įrangos ilgalaikį patikimumą.

Kaip aukštos įtampos jungiklių skydai integruojami su valdymo sistemomis?

Jie integruoja IoT jutiklius ir ryšio protokolus realaus laiko stebėsenai, sumažindami priverstinius sustojimus ir leisdami nuotolinį valdymą, ypač jūros vėjo elektranėse.

Kodėl aukštos įtampos jungiklių įrenginiuose naudojami SF6 pakaitalai?

SF6 pakaitalai naudojami dėl griežtesnių aplinkos apsaugos taisyklių, žymiai mažinant šiltnamio efektą lyginant su tradiciniais SF6 dujomis.