Transformador de corriente del dispositivo de protección de relé

Las señales de alimentación protección de retransmisión

del transformador de corriente de (CTS) a los relés protectores en las fábricas. Cuando se producen corrientes anormales, los relés tropiezan con los interruptores, evitando el agotamiento del motor y los costosos daños al equipo.

Los dispositivos de protección de retransmisión (relés de protección) juegan un papel fundamental para garantizar la estabilidad, la seguridad y el cumplimiento regulatorio de los sistemas de generación de energía y distribución. Con implementación de energía renovable, generación distribuida y códigos de cuadrícula estrictos, los relés son centrales para la detección de fallas, la desconexión de la cuadrícula, la aplicación de frecuencia y voltaje, y la confiabilidad general del sistema.

Contexto regulatorio / estándar

Las regulaciones de Alemania para la conexión de la red de sistemas de generación establecen requisitos legales para relés de protección. Dos reglas clave de conexión técnica son:

• VDE-AR-N 4105: gobierna las conexiones de bajo voltaje (≤100 kW, <1,000 V AC).

• VDE-AR-N 4110: para conexiones de voltaje medio (> 100 kW o ≥1,000 V AC).

En ambos casos, se requieren relés de protección de la red o protección de red de cuadrícula para monitorear el voltaje, la frecuencia, las interrupciones y los fenómenos relacionados; Desconectar generadores en condiciones fuera de límite o inseguras; y para evitar la isla (es decir, la separación involuntaria de una porción de la cuadrícula).

Aplicaciones clave / estudios de casos

1. Plantas hidroeléctricas y generación distribuida
Un caso de concreto es Lukas Anlagenbau GmbH, una compañía en Baviera, que opera muchas centrales hidroeléctricas (capacidades de aproximadamente 5 kW a 10 MW). Debido a la regulación VDE-AR-N 4105 (y sus revisiones), sus plantas deben cumplir con los requisitos de monitoreo de alimentación de cuadrícula: Detección de sobrevoltaje excesivo, sobre/bajo frecuencia y reaccionando cuando los parámetros se desvían.

Para satisfacer estas demandas, Lukas Anlagenbau ha desplegado el relé de monitoreo de alimentación de alimentación de cuadrícula CM-UFD.M31 de ABB en más de 60 plantas hidroeléctricas. Este relé monitorea continuamente los parámetros relevantes y los viajes del interruptor de interfaz (desconecta la planta de la cuadrícula pública) cuando se exceden los límites. El dispositivo también muestra mensajes de error, admite umbrales precisos (frecuencia y voltaje) y ofrece una buena usabilidad (instalación de riel de DIN, pantalla legible).

Este caso ilustra cómo la protección del retransmisión garantiza tanto la seguridad operativa como el cumplimiento regulatorio, al tiempo que permite que la generación distribuida participe en la red.

2. Sistemas solares fotovoltaicos y 'NA Protection '
Otro ejemplo clave es en el despliegue de Solar FV, especialmente en el sector de bajo voltaje. Bajo VDE-AR-N 4105, cualquier planta de generación entre aproximadamente 30 kW y 135 kW debe tener instalación de protección de red y sistema (protección de NA).

La protección de NA combina un relé de monitoreo y interruptores de enclavamiento redundantes. El relé monitorea el voltaje y la frecuencia de la cuadrícula, y cuando las desviaciones exceden las tolerancias, desconecta el sistema fotovoltaico de la cuadrícula dentro de un tiempo específico (a menudo dentro de 0.2 segundos). Los interruptores entrelazados se organizan para que dos elementos de conmutación en la serie aseguren la seguridad de las fallas; si uno falla, el otro aún asegura la desconexión. Los dispositivos de conmutación también alimentan el estado de retroceso al relé de monitoreo, asegurando el funcionamiento correcto.

3. Dispositivos / relés en uso
de fabricantes alemanes como Ziehl Product Protection Relays diseñados a estos estándares. Por ejemplo, los dispositivos UFR1001E y UFR1002IP monitorean el voltaje, la frecuencia, el cambio vectorial y la tasa de cambio de frecuencia (ROCOF), entre otros, que cumplen los requisitos de VDE-AR-N 4105: 2018-11 y VDE-AR-N 4110: 2018-11.

Estos relés se utilizan en plantas de generación (energía solar, hidroeléctrica, viento) y proporcionan funcionalidades cruciales: detección de condiciones de cuadrícula anormales, desconexión segura, control remoto/espera, visualización y registro de fallas. Los relés ZIEHL están diseñados para ser seguros de una sola falla (es decir, si un componente falla, la característica de seguridad todavía funciona), lo cual es un requisito bajo las reglas de la red alemana.

Problemas resueltos por protección de retransmisión

De estas aplicaciones, podemos ver varias categorías de problemas que ayudan los dispositivos de protección de retransmisión con:

1. La estabilidad de la red y
   las fuentes de energía renovables de seguridad son variables; Los cambios repentinos en la generación (por ejemplo, debido a nubes sobre PV o gotas de velocidad del viento) pueden causar fluctuaciones de frecuencia y voltaje. Si no se maneja, estas fluctuaciones pueden propagar y desestabilizar la cuadrícula más amplia. Los relés aseguran que las plantas de generación se desconecten cuando los parámetros excedan las tolerancias seguras, protegiendo tanto la planta como la red.

2. Evitar
   la isla de la isla (una unidad de generación que se mantiene en funcionamiento cuando la cuadrícula está desconectada) es peligroso para los equipos de mantenimiento y puede provocar daños en el equipo. Los relés de protección con la detección correcta (pérdida de voltaje, deriva de frecuencia, cambio de vector, etc.) Asegúrese de que cuando se pierda la conexión de la red o que surgen fallas, la generación se apaga de forma segura. Se requiere que los sistemas solares en el régimen de protección de NA incluyan la protección contra la isla.

3. El cumplimiento de los códigos de cuadrícula y los requisitos legales
   estándares regulatorios como VDE-AR-N 4105 /4110 en Alemania imponen requisitos específicos de protección, seguridad y rendimiento. Los operadores deben usar relés certificados para estos estándares, con la configuración correcta. El cumplimiento evita las sanciones legales y asegura que las plantas puedan permanecer conectadas y remuneradas. El caso con la compañía hidroeléctrica que adopta CM-UFD.M31 de ABB para cumplir con el código VDE es un ejemplo.

4. La detección de fallas y las fallas rápidas de desconexión
   en líneas, sobrevoltaje excesivo, bajo voltaje, sobrefrecuencia o condiciones de bajo frecuencia deben detectarse rápidamente para evitar daños a los componentes y evitar fallas en cascada. Los relés proporcionan esta detección y actuación rápida (apagado) para aislar piezas defectuosas.

5. Calidad de la potencia y la integración de la red
   A medida que aumenta la energía renovable, la calidad de la potencia (fluctuación de voltaje, parpadeo, armónicos) y coherencia (fase, frecuencia) se vuelven más desafiantes. Los relés de protección ayudan a monitorear y hacer cumplir los límites que mantienen una calidad de potencia aceptable para todos los usuarios. También admiten funciones como el cambio de vectores (para detectar relaciones de fase aberrantes) y ROCOF (tasa de cambio de frecuencia), que son importantes para la estabilidad cuando grandes cantidades de generación distribuida están en línea.

Discusión / lecciones aprendidas

• La usabilidad del dispositivo es importante : el caso del mundo real en Alemania muestra que los relés que son fáciles de configurar, con pantallas claras y procesos de configuración simples, tienen mucho más probabilidades de instalarse y mantener correctamente. El operador de la planta hidroeléctrica presupuestó para facilitar la configuración y la precisión.

• Redundancia y seguridad de fallas : dos elementos de conmutación independientes en la serie, monitoreo de posiciones de interruptor, relés de doble canal, diseño a prueba de fallas no son solo buenas características, sino los requisitos reglamentarios en muchos códigos de cuadrícula alemanes.

• Umbrales y tiempo : la configuración como los límites de voltaje/frecuencia, el retraso antes de la desconexión, las capacidades de conmutación, etc. deben adaptarse a los requisitos de operador de la red local. Las reglas alemanas definen los límites de tiempo (qué tan rápido debe desconectarse un generador cuando el voltaje/frecuencia está fuera de rango). La sensibilidad, la precisión y la velocidad de los relés son decisivos.

• Evolución estándar : los estándares VDE-AR-N 4105 y 4110 han evolucionado. Los fabricantes y operadores deben mantenerse al día con las revisiones. Los relés de protección a menudo proporcionan valores de umbral preestablecidos para las versiones actuales de estos estándares.

Conclusión

Los dispositivos de protección de retransmisión son una piedra angular de la integración segura, compatible y estable de fuentes de energía renovables y distribuidas. A través de la aplicación de los estándares regulatorios (VDE-AR-N 4105 /4110), el despliegue de dispositivos de retransmisión avanzados (ABB, Ziehl, etc.) y el trabajo de casos reales en sistemas fotovoltaicos hidroeléctricos y solares, los relés abordan cuestiones clave:

• Desconectación en condiciones de voltaje/frecuencia inseguros

• Prevención de islas

• Protección de equipos y estabilidad de la cuadrícula

• Garantizar el cumplimiento y evitar las sanciones

A medida que continúa la transición energética de Alemania ( 'Energiewende '), con una generación más descentralizada, almacenamiento de energía, microrredes y redes inteligentes, los relés de protección crecerán en importancia, no solo para la seguridad y la regulación, sino también como facilitadores de confiabilidad, resiliencia y operación flexible.