قاطع الدائرة الفراغية: يوسع الحماية لأنظمة توزيع الطاقة المتجددة

العاكس الكهروضوئي المتكامل ويتم اعتماد الأنظمة في المباني التجارية ومشاريع الطاقة الشمسية الموزعة ومحطات الطاقة الصناعية مع استمرار تحول مستخدمي الطاقة نحو هياكل الكهرباء المتجددة. وإلى جانب هذا التحول، قواطع دوائر فراغ أصبح عنصرًا مهمًا في أنظمة التوزيع حيث يلزم التبديل المستقر وعزل الأخطاء وتنسيق المعدات للشبكات المتصلة بالطاقة الشمسية.

لقد أدى الاختراق العالي لتوليد الطاقة الكهروضوئية إلى تغيير ظروف التشغيل داخل أنظمة التوزيع ذات الجهد المنخفض والجهد المتوسط. يتم تدريجياً استبدال نماذج تدفق الطاقة التقليدية القائمة على النقل في اتجاه واحد بتبادل الطاقة ثنائي الاتجاه، وإدارة المخرجات المتقطعة، وتشغيل العاكس المتصل بالشبكة. ونتيجة لذلك، تحظى أجهزة الحماية المستخدمة في المنشآت المتجددة باهتمام متزايد من مصممي المشاريع ومديري المرافق ومقاولي الكهرباء.

تغير ظروف التشغيل في توزيع الطاقة المتجددة

غالبًا ما تواجه أنظمة توليد الطاقة الشمسية المتصلة بالمنشآت الصناعية أو التجارية تقلبًا في الإنتاج لأن توليد الطاقة الكهروضوئية يعتمد على شدة ضوء الشمس والتغير الموسمي والظروف الجوية. عندما يتم دمج مصادر توليد متعددة في نفس الشبكة، يجب أن تستجيب أنظمة الحماية الكهربائية لكل من الأعطال التقليدية من جانب الحمل والاضطرابات من جانب التوليد.

تقدم الأنظمة الكهروضوئية المتكاملة أيضًا أحداث تحويل إضافية بسبب بدء تشغيل العاكس وإيقاف تشغيله ومزامنة الشبكة وعمليات الصيانة. في بعض التركيبات، قد يؤدي التبديل المتكرر إلى زيادة تآكل التلامس في أجهزة التبديل التقليدية. يتم اختيار تقنية القطع الفراغي بشكل شائع لأنها تحد من مدة القوس داخل غرف الفراغ المغلقة أثناء انقطاع الدائرة.

في أنظمة التوزيع المتجددة، عادة ما يأخذ المصممون الكهربائيون في الاعتبار عدة عوامل تشغيلية:

• سلوك مزامنة الشبكة أثناء اتصال العاكس
• القدرة على التعامل مع ماس كهربائى الحالي
• تبديل التردد في شبكات الطاقة الموزعة
• العزل أثناء إجراءات الصيانة
• التنسيق بين المحولات والعاكسات والمفاتيح الكهربائية
• قيود المساحة في المحطات الفرعية المدمجة أو أنظمة الأسطح

ونظرًا لأن مشاريع الطاقة الكهروضوئية يتم تركيبها غالبًا في المباني التجارية الحضرية ومصانع التصنيع والمراكز اللوجستية ومحطات الطاقة النائية، فإن معدات التوزيع تحتاج أيضًا إلى أن تتناسب مع الظروف البيئية وظروف التركيب المختلفة.

التعديلات الفنية الداعمة لشبكات الطاقة المتكاملة

يختلف هيكل نظام العاكس الكهروضوئي المتكامل عن توزيع الطاقة التقليدي لأن التوليد المعتمد على العاكس يقدم خصائص التحويل الإلكترونية بدلاً من سلوك الحمل الميكانيكي البحت. وقد أثر هذا على اختيار أجهزة الحماية في جميع أنحاء المنشآت المتجددة.

تم تصميم قاطع الدائرة الفراغية لمقاطعة التيار الكهربائي داخل غرفة قاطع الفراغ. أثناء انقطاع الخطأ، ينطفئ القوس المتولد بين جهات الاتصال بسرعة بسبب بيئة الضغط المنخفض. يقلل هذا التصميم من كمية المواد المتأينة المتبقية بعد انقطاع التيار ويدعم عمليات التبديل المتكررة في ظل ظروف خاضعة للرقابة.

يوضح الجدول التالي العديد من الخصائص المرتبطة عادة بمعدات التبديل المعتمدة على الفراغ المستخدمة في أنظمة التوزيع المتجددة:

في التطبيقات الكهروضوئية، يعد التنسيق بين منطق حماية العاكس وتشغيل قاطع الدائرة أمرًا مهمًا بشكل خاص. عند حدوث جهد غير طبيعي، أو تيار زائد، أو عدم استقرار الشبكة، يجب على نظام الحماية عزل الأجزاء المتأثرة دون فصل شبكة التوليد بالكامل دون داع.

قد تجمع المنشآت المتجددة الحديثة أيضًا بين:

• أنظمة تخزين طاقة البطارية
• أجهزة القياس الذكية
• منصات المراقبة عن بعد
• أنظمة النقل الآلي
• معدات إدارة الأحمال الموزعة

تتطلب هذه الأنظمة المتكاملة أجهزة تبديل قادرة على العمل جنبًا إلى جنب مع بيئات المراقبة الرقمية والتحكم الآلي.

مناطق التثبيت عبر المشاريع التجارية ومشاريع المرافق

تُستخدم الآن أنظمة الطاقة الكهروضوئية المتكاملة في مختلف فئات المباني والقطاعات الصناعية. تختلف متطلبات حماية التوزيع حسب سعة التوليد ومستوى الجهد وخصائص الحمل التشغيلي.

في منشآت التصنيع، غالبًا ما يتم توصيل الأنظمة الكهروضوئية بأحمال الإنتاج أثناء النهار لتقليل استهلاك الشبكة من الكهرباء خلال ساعات التشغيل القصوى. يتم تركيب معدات حماية الدائرة بين المحولات وخزائن العاكس ولوحات التوزيع لإدارة التبديل وتنسيق الحماية.

كما تعمل المباني التجارية مثل مراكز التسوق ومجمعات المكاتب ومرافق البيانات على زيادة اعتماد الطاقة الشمسية. في هذه المشاريع، قد تحتوي الغرف الكهربائية على مساحة تركيب محدودة، مما يجعل ترتيبات المفاتيح الكهربائية المدمجة أكثر عملية.

تتضمن العديد من بيئات التطبيقات الشائعة ما يلي:

في المشاريع ذات نطاق المرافق، يتم استخدام أجهزة التبديل الفراغي بشكل متكرر داخل الوحدات الرئيسية الحلقية، وخزائن التغذية، والمحطات الفرعية ذات الجهد المتوسط ​​المتصلة بأنظمة التجميع الكهروضوئية. وبما أن مزارع الطاقة الشمسية قد تعمل عبر مناطق خارجية كبيرة، فإن إمكانية الوصول إلى الصيانة واستمرارية التشغيل تعتبر اعتبارات عملية أثناء اختيار المعدات.

مثال تشغيلي من تركيب الطاقة الشمسية الموزعة

يمكن لمنشأة صناعية متوسطة الحجم تعمل بنظام كهروضوئي على السطح أن تجمع بين عدة مجموعات عاكسة متصلة بخزانة توزيع مركزية. خلال فترات الإشعاع الشمسي العالي، يزداد إنتاج العاكس بينما تستمر أحمال المصنع في العمل في وقت واحد.

في أحد السيناريوهات التشغيلية، يمكن أن يؤدي حدوث خطأ في وحدة التغذية أسفل خزانة العاكس إلى خلق ظروف تيار غير طبيعية. يتواصل مرحل الحماية مع قاطع الدائرة الكهربائية، الذي يقاطع قسم التغذية المتأثر بينما يسمح لشبكة التوزيع المتبقية بمواصلة التشغيل.

بدون العزل الانتقائي للأخطاء، قد يتم فصل المجموعة الكهروضوئية بأكملها عن شبكة المنشأة، مما يؤدي إلى مقاطعة مساهمة الطاقة من تركيب الطاقة الشمسية. يساعد التبديل المنسق على تقليل الانقطاعات غير الضرورية على مستوى النظام.

يُستخدم التسلسل التشغيلي التالي بشكل شائع في أنظمة توزيع الطاقة المتجددة:

• تكتشف معدات المراقبة الظروف الكهربائية غير الطبيعية
• تقوم مرحلات الحماية بتحليل خصائص الخطأ
• يقوم قاطع الدائرة بمقاطعة القسم المتأثر
• تستمر وحدات تغذية التوزيع المتبقية في العمل إذا سمحت الظروف بذلك
• يقوم أفراد الصيانة بعزل وفحص موقع الخلل

تعتبر هذه العملية ذات أهمية خاصة في التركيبات حيث تتم مراقبة استمرارية الإنتاج أو وقت تشغيل المنشأة عن كثب.