Disjuntores a vácuo externos para conexão à rede de energia renovável

Os projectos de energias renováveis, como as centrais fotovoltaicas e eólicas, eventualmente terão de ligar a electricidade gerada ao sistema energético mais amplo.

Nesse ponto, o projeto não se trata mais apenas de módulos solares, inversores ou turbinas eólicas. O sistema de conexão à rede também deve lidar com comutação, proteção, isolamento, medição, controle e interrupção de faltas.

Os disjuntores a vácuo externos podem desempenhar um papel importante nesta parte do sistema.

Em um alimentador de conexão à rede de média tensão, o VCB pode ser obrigado a transportar a corrente operacional normal, executar comandos de comutação e interromper a corrente de falta quando o sistema de proteção determinar que o circuito deve ser desconectado.

No entanto, não existe uma configuração única de “disjuntor solar” que possa ser copiada de um projeto de energia renovável para outro.

Mesmo dois projetos descritos como conexão de rede fotovoltaica de 35 kV podem exigir disjuntores diferentes porque sua corrente nominal, nível de falha, arranjo de proteção, ambiente de instalação e requisitos de controle são diferentes.

É por isso que a seleção do VCB deve começar com o design do sistema de potência e não com o rótulo do projeto.

Qual é o papel de um VCB externo em uma conexão de rede de energia renovável?

Uma central de energia renovável normalmente liga-se à rede através de uma sequência de circuitos de recolha, transformadores, equipamentos de comutação e subestações.

Dependendo da arquitetura do projeto, um CCV externo pode ser instalado em um alimentador, no bay de uma subestação ou em outro ponto de comutação entre o sistema de geração e a rede da concessionária.

Seu papel é principalmente elétrico.

Durante a operação normal, o disjuntor transporta a corrente do circuito e responde aos comandos de comutação planejados. Quando o sistema de proteção detecta uma condição que requer desconexão, o disjuntor recebe o comando de trip e interrompe a corrente.

Isto significa que o VCB não deve ser tratado como um produto isolado.

Seu desempenho real depende de como ele se coordena com o relé de proteção ou controlador inteligente, TCs e TPs ou outros dispositivos sensores, fonte de alimentação auxiliar, circuitos de controle e rede a montante e a jusante.

Num projeto de ligação à rede, esta coordenação completa é mais importante do que simplesmente adquirir um disjuntor com a tensão correta escrita na placa de identificação.

Por que um projeto de 35 kV não pode ser selecionado apenas pela tensão

Suponha que dois projetos fotovoltaicos estejam conectados a um sistema de 35 kV.

Seria fácil presumir que eles deveriam usar o mesmo disjuntor a vácuo externo.

Mas isso não é necessariamente correto.

Um projeto pode ter uma capacidade de planta maior e, portanto, exigir uma corrente nominal diferente. Outro pode estar localizado em uma subestação onde a corrente potencial de curto-circuito é maior. Um terceiro projeto pode exigir controle remoto e comunicação com um sistema de despacho ou automação de subestação.

As condições ambientais também podem alterar a configuração final.

Um projeto de 35 kV numa área convencional de baixa altitude é diferente de uma instalação de 35 kV localizada num planalto, num ambiente industrial altamente poluído ou numa região com temperaturas invernais muito baixas.

Portanto, “35 kV” apenas nos informa a classe de tensão do sistema.

Não nos diz tudo o que é necessário para selecionar o disjuntor.

Uma seleção completa ainda precisa considerar:

tensão do sistema → corrente nominal → serviço de curto-circuito → nível de isolamento → esquema de proteção → controle e comunicação → ambiente de instalação

Essa sequência fornece uma base muito mais confiável para a seleção do equipamento.

A corrente nominal deve seguir o fluxo de energia real

Os projectos de energias renováveis ​​podem variar muito em termos de capacidade instalada e disposição dos alimentadores.

Por esta razão, a corrente nominal do disjuntor deve ser selecionada de acordo com a corrente real que o alimentador ou bay deverá transportar, juntamente com a margem de projeto do projeto e os requisitos técnicos aplicáveis.

Não é apropriado escolher a maior corrente nominal disponível simplesmente porque um número maior parece mais seguro.

Um disjuntor significativamente superdimensionado pode aumentar o custo e alterar a configuração do equipamento sem agregar valor significativo ao projeto.

A melhor abordagem é começar com o projeto elétrico do projeto e confirmar a corrente operacional esperada antes de selecionar a corrente nominal.

Para projetos EPC e de utilidades, o diagrama unifilar é geralmente um dos documentos mais úteis para esta discussão.

A capacidade de interrupção de curto-circuito é um requisito separado

A corrente nominal e a corrente de interrupção de curto-circuito descrevem duas condições operacionais muito diferentes.

A corrente nominal refere-se à corrente contínua que o disjuntor transporta durante a operação normal.

A corrente de interrupção de curto-circuito está relacionada à corrente de falta que o disjuntor pode ser obrigado a interromper.

Um alimentador de energia renovável pode operar com uma corrente normal relativamente moderada enquanto ainda está conectado a uma rede com uma corrente de falta disponível muito mais alta.

Portanto, o disjuntor deve ser selecionado de acordo com o nível de curto-circuito calculado para o ponto real de instalação.

Isto é especialmente importante quando um projeto de energia renovável está conectado a uma subestação de serviço público existente.

O lado da rede pode influenciar significativamente o nível de falta disponível, portanto o disjuntor não deve ser selecionado apenas de acordo com a capacidade de geração da usina solar ou eólica.

A coordenação de proteção determina quando o VCB deve operar

O disjuntor não decide independentemente quando desarmar.

Essa decisão normalmente vem do sistema de proteção.

CTs, PTs ou outros dispositivos sensores fornecem sinais elétricos. O relé de proteção ou controlador inteligente avalia esses sinais de acordo com as configurações configuradas. Se os critérios de proteção forem atendidos, um comando de trip será enviado ao disjuntor.

O disjuntor então executa a interrupção física.

Isso cria uma cadeia operacional completa:

medição → julgamento de proteção → comando de trip → operação do VCB → feedback de status

Se qualquer parte dessa cadeia estiver configurada incorretamente, o sistema de conexão à rede poderá não funcionar como esperado, mesmo quando o próprio disjuntor estiver mecanicamente saudável.

É por isso que a selecção de VCB para projectos de energias renováveis ​​deve ser discutida juntamente com os requisitos de protecção, em vez de ser tratada como uma decisão de compra independente.

A configuração do CT e do PT deve corresponder ao projeto

Os requisitos de medição e proteção variam de um projeto de energia renovável para outro.

Alguns projetos obtêm sinais de corrente e tensão de transformadores de instrumentos separados instalados na subestação. Outros podem usar configurações de detecção integrada dependendo do projeto do equipamento.

A questão principal não é se o disjuntor tem “mais sensores”.

A questão importante é se o sistema de detecção fornece os sinais exigidos pelo esquema de proteção, medição e controle do projeto.

Por exemplo, o projeto pode precisar de informações de corrente para proteção contra sobrecorrente, informações de tensão para monitoramento ou lógica de proteção e sinais adicionais para supervisão remota.

Esses requisitos devem ser confirmados antes que a configuração do disjuntor e do controlador seja finalizada.

O controle remoto e a comunicação são cada vez mais importantes

Muitas usinas de energia renovável estão localizadas longe das grandes cidades ou são operadas com pessoal limitado no local.

Como resultado, o monitoramento e o controle remotos são frequentemente partes importantes da concepção geral do projeto.

Quando necessário, um VCB externo inteligente pode ser configurado para funcionar com o sistema de controle do projeto e fornecer informações de status, alarmes e comandos operacionais por meio da arquitetura de comunicação especificada.

Mas a comunicação nunca deve ser tratada como um recurso genérico.

O protocolo, os pontos de dados, a autoridade de controle remoto, a responsabilidade da interface e os requisitos de segurança cibernética devem ser esclarecidos durante a fase de concepção do projeto.

Um disjuntor descrito como “inteligente” não é automaticamente compatível com todos os SCADA ou sistemas de automação.

Para projetos EPC internacionais, os requisitos de comunicação devem, portanto, ser incluídos nas especificações técnicas antes da produção.

O religamento automático nem sempre é o padrão correto

O religamento automático é amplamente utilizado em redes de distribuição aéreas porque muitas faltas podem ser temporárias.

Contudo, os projectos de ligação à rede de energias renováveis ​​podem ter diferentes filosofias de funcionamento, dependendo do tipo de alimentador, do sistema de produção, da estratégia de protecção e dos requisitos dos serviços públicos.

Portanto, o religamento automático não deve ser habilitado simplesmente porque o controlador o suporta.

O projecto deve primeiro determinar se o religamento é permitido, em que condições pode operar e como se coordena com o sistema de geração e a protecção da rede pública.

Para alguns projetos, uma lógica de controle diferente pode ser necessária após o disparo do disjuntor.

Este é outro exemplo de por que o conjunto final de funções deve ser orientado pelo projeto e não pelo número máximo de recursos disponíveis do controlador.

O ambiente externo ainda é importante

Os projectos de energias renováveis ​​são muitas vezes construídos onde os recursos energéticos são mais fortes e não onde o ambiente é mais fácil para os equipamentos eléctricos.

As usinas solares podem estar localizadas em áreas secas, empoeiradas ou de grande altitude. Os projetos eólicos podem estar expostos a ventos fortes, baixas temperaturas ou ambientes costeiros.

O VCB externo, portanto, precisa ser avaliado de acordo com as condições reais do local.

O nível de isolamento, o requisito de fuga, a temperatura mínima e máxima, a altitude, a contaminação e o risco de condensação podem influenciar a configuração final do produto.

Isso também está diretamente relacionado à seleção de VCB para altas altitudes e climas frios.

Um projeto pode ser uma aplicação de energia renovável e uma aplicação de ambiente especial ao mesmo tempo.

A instalação e o comissionamento fazem parte do processo de conexão à rede

Mesmo um disjuntor selecionado corretamente ainda precisa ser instalado e comissionado corretamente.

Durante o trabalho no local, a condição do equipamento, as conexões primárias, os circuitos de controle, o feedback de status e as interfaces de proteção precisam ser verificados de acordo com os requisitos do projeto.

O objetivo do comissionamento não é simplesmente confirmar se o disjuntor pode abrir e fechar.

A questão mais importante é se o sistema completo se comporta corretamente:

Quando o sistema de proteção emite um comando de trip, o disjuntor responde?

O controlador recebe o status correto posteriormente?

As indicações locais e remotas estão de acordo?

As funções de proteção e controle são consistentes com o projeto aprovado?

Essas verificações transformam o equipamento de um produto individual em parte de um sistema funcional de conexão à rede.

Experiência em projeto de conexão à rede fotovoltaica de 35 kV da DGG Power

A DGG Power apoiou um alimentador fotovoltaico de conexão à rede de 35 kV associado a uma subestação de 110 kV , fornecendo um novo disjuntor externo de alta tensão de piso, juntamente com suporte para instalação e comissionamento.

Para este tipo de projeto, o equipamento não é avaliado apenas pelos parâmetros individuais do produto.

O disjuntor precisa se adequar ao sistema de subestação existente, coordenar-se com os requisitos de proteção e controle do projeto e ser corretamente instalado e verificado antes da operação.

Este tipo de experiência de campo é valiosa porque a ligação à rede de energia renovável é, em última análise, uma tarefa de integração de engenharia.

A fabricação do produto é apenas uma parte do processo de entrega.

A seleção do equipamento, a confirmação técnica, a instalação, o comissionamento e a coordenação do projeto contribuem para o resultado final.

Que informações devem ser fornecidas antes de solicitar um orçamento?

Se os parâmetros completos ainda não estiverem disponíveis, o diagrama unifilar, o esquema de proteção e as especificações técnicas do projeto podem fornecer um ponto de partida útil.

Apoio DGG Power para projetos de conexão à rede de energia renovável

A DGG Power fornece equipamentos de transmissão e distribuição de média e alta tensão para subestações, sistemas de distribuição, infraestrutura e projetos de energia renovável.

Para aplicações externas de VCB, a DGG Power pode apoiar os clientes desde o estágio técnico inicial até a entrega do equipamento.

Dependendo do escopo do projeto, isso pode incluir seleção de disjuntores, coordenação de TC/PT, configuração do controlador, revisão de documentos técnicos, testes de fábrica, suporte FAT, coordenação de instalação e comissionamento.

O objetivo não é simplesmente alimentar um disjuntor marcado com a tensão correta.

É estabelecer uma relação clara entre:

condições da rede → requisitos de proteção → configuração do disjuntor → verificação de fábrica → comissionamento no local

Para projetos de energia renovável, esse relacionamento completo é o que transforma um dispositivo de comutação em parte de uma solução confiável de conexão à rede.

Perguntas frequentes: VCBs externos para conexão à rede de energia renovável

Conclusão

A seleção de um disjuntor a vácuo externo para um projeto de conexão à rede de energia renovável exige mais do que escolher uma classe de tensão.

O disjuntor deve corresponder à corrente operacional real, ao nível de curto-circuito, aos requisitos de isolamento, ao esquema de proteção, à arquitetura de controle e ao ambiente do local.

Mais importante ainda, o VCB deve ser considerado como parte do sistema completo de ligação à rede.

A verdadeira cadeia operacional é:

medição → proteção → operação do disjuntor → feedback → controle da rede

Para concessionárias, empreiteiros EPC e desenvolvedores de projetos de energia renovável, acertar esse relacionamento durante a fase de projeto e aquisição pode simplificar significativamente os testes, comissionamento e operação posteriores na fábrica.

Se você estiver selecionando um disjuntor a vácuo externo para um projeto de conexão à rede fotovoltaica, de energia eólica ou de energia renovável, envie à DGG Power a tensão do seu sistema, corrente nominal, nível de curto-circuito, esquema de proteção, requisitos de CT/PT, necessidades de comunicação e especificações técnicas. Nossa equipe pode ajudar a avaliar a configuração apropriada do projeto.