Transformateur de courant du périphérique de protection de relais

Relay Protection Field

Current Transformer (CTS) Signaux d'alimentation aux relais de protection dans les usines. Lorsque des courants anormaux se produisent, relaie les disjoncteurs, empêchant l'épuisement professionnel et les dommages coûteux de l'équipement.

Les dispositifs de protection des relais (relais de protection) jouent un rôle essentiel dans la garantie de la stabilité, de la sécurité et de la conformité réglementaire des systèmes de production d'électricité et de distribution. Avec le déploiement d'énergie renouvelable, la génération distribuée et les codes de grille stricts, les relais sont au cœur de la détection des défauts, de la déconnexion du réseau, de la fréquence et de l'application de tension, et de la fiabilité globale du système.

Contexte réglementaire / normes

Les réglementations allemandes pour la connexion du réseau des systèmes de production définissent les exigences légales pour les relais de protection. Deux règles de connexion technique clés sont:

• VDE-AR-N 4105: régit les connexions basse tension (≤ 100 kW, <1 000 V AC).

• VDE-AR-N 4110: pour les connexions moyennes (> 100 kW ou ≥ 1 000 V AC).

Dans les deux cas, des relais de protection contre la grille ou de réseau de grille sont nécessaires pour surveiller la tension, la fréquence, les pannes et les phénomènes connexes; pour déconnecter les générateurs dans des conditions hors limite ou dangereuses; et pour empêcher l'île (c'est-à-dire la séparation involontaire d'une partie de la grille).

Applications clés / études de cas

1. Plantes hydroélectriques et génération distribuée
Un cas en béton est Lukas Anlagenbau GmbH, une entreprise en Bavière, qui exploite de nombreuses centrales hydroélectriques (capacités d'environ 5 kW à 10 MW). En raison de la réglementation VDE-AR-N 4105 (et de ses révisions), ses usines doivent se conformer aux exigences de surveillance de l'alimentation du réseau: détecter la sur- / sous-tension, sur- / sous-fréquence et réagir lorsque les paramètres s'écartent.

Pour satisfaire ces demandes, Lukas Anlagenbau a déployé le relais de surveillance de l'alimentation du réseau CM-UFD.M31 d'ABB dans plus de 60 plantes hydroélectriques. Ce relais surveille en continu les paramètres pertinents et déclenche l'interrupteur d'interface (déconnecte l'usine de la grille publique) lorsque les limites sont dépassées. L'appareil affiche également des messages d'erreur, prend en charge des seuils précis (fréquence et tension) et offre une bonne convivialité (installation de Din-Rail, affichage lisible).

Ce cas illustre comment la protection des relais assure à la fois la sécurité opérationnelle et la conformité réglementaire, tout en permettant à la génération distribuée de participer à la grille.

2. Systèmes solaires photovoltaïques et 'NA Protection '
Un autre exemple clé est dans le déploiement solaire PV, en particulier dans le secteur à basse tension. Sous VDE-AR-N 4105, toute usine de génération entre environ 30 kW et 135 kW doit avoir un réseau et une protection du système (protection NA).

La protection NA combine un relais de surveillance et des interrupteurs de verrouillage redondants. Le relais surveille la tension et la fréquence de la grille, et lorsque les écarts dépassent les tolérances, il déconnecte le système PV de la grille dans un délai spécifié (souvent en 0,2 seconde). Les interrupteurs de verrouillage sont organisés de sorte que deux éléments de commutation en série assurent la sécurité des défauts - si l'un échoue, l'autre assure toujours la déconnexion. Les dispositifs de commutation renforcent également l'état du relais de surveillance, garantissant un fonctionnement correct.

3. Dispositifs / relais utilisés
des fabricants allemands tels que Ziehl Produce Protection Relays adapté à ces normes. Par exemple, les dispositifs UFR1001E et UFR1002IP surveillent la tension, la fréquence, le changement de vecteur et le taux de changement de fréquence (ROCOF), entre autres, répondant aux exigences de VDE-AR-N 4105: 2018-11 et VDE-AR-N 4110: 2018-11.

Ces relais sont utilisés dans les usines de génération (solaire, hydro, vent) et fournissent des fonctionnalités cruciales: détection de conditions de grille anormales, déconnexion sûre, télécommande / veille, affichage et journalisation des défauts. Les relais Ziehl sont conçus pour être une seule faut-faut (c'est-à-dire que si un composant échoue, la fonctionnalité de sécurité fonctionne toujours), qui est une exigence selon les règles de grille allemandes.

Problèmes résolus par la protection des relais

À partir de ces applications, nous pouvons voir plusieurs catégories de problèmes que les dispositifs de protection de relais aident à:

1. La stabilité du réseau et la sécurité
   Les sources d'énergie renouvelable sont variables; Des changements soudains de génération (par exemple dus aux nuages ​​sur PV ou les baisses de vitesse du vent) peuvent provoquer des fluctuations de fréquence et de tension. S'ils ne sont pas gérés, ces fluctuations peuvent se propager et déstabiliser la grille plus large. Les relais s'assurent que les usines de génération se déconnectent lorsque les paramètres dépassent les tolérances sûres, protégeant à la fois l'usine et le réseau.

2. La prévention de
   l'îlot de l'île (une unité de génération qui continue de fonctionner lorsque la grille est déconnectée) est dangereuse pour les équipes d'entretien et peut entraîner des dommages à l'équipement. Les relais de protection avec la détection correcte (perte de tension, dérive de fréquence, décalage du vecteur, etc.) assurez-vous que lorsque la connexion de la grille est perdue ou que les défauts surviennent, la génération est fermée en toute sécurité. Les systèmes solaires du régime de protection de l'AN doivent inclure une protection anti-îlot.

3. La conformité aux codes de la grille et aux exigences légales
   des normes réglementaires comme VDE-AR-N 4105/4110 en Allemagne imposent des exigences spécifiques de protection, de sécurité et de performance. Les opérateurs doivent utiliser les relais certifiés pour ces normes, avec des paramètres corrects. La conformité évite les sanctions légales et garantit que les plantes peuvent rester connectées et rémunérées. Le cas avec la société Hydro adoptant CM-UFD.M31 d'ABB pour rencontrer le code VDE en est un exemple.

4. La détection des défauts et les défauts de déconnexion rapide
   en lignes, sur-tension, sous-tension, sur-fréquence ou sous-fréquences doivent être détectés rapidement pour éviter d'endommager les composants et prévenir les défaillances en cascade. Les relais fournissent cette détection et l'actionnement rapides (désactiver) pour isoler les pièces défectueuses.

5. La qualité de l'intégration de l'énergie et du réseau
   à mesure que les énergies renouvelables augmentent, la qualité de l'énergie (fluctuation de tension, le scintillement, les harmoniques) et la cohérence (phase, fréquence) deviennent plus difficiles. Les relais de protection aident à surveiller et à appliquer les limites qui maintiennent la qualité de puissance acceptable pour tous les utilisateurs. Ils soutiennent également des fonctions telles que le décalage de vecteur (pour détecter les relations de phase aberrante) et le rOCOF (taux de changement de fréquence), qui sont importants pour la stabilité lorsque de grandes quantités de génération distribuée sont en ligne.

Discussion / leçons apprises

• L'utilisabilité de l'appareil est importante : le cas du monde réel en Allemagne montre que les relais faciles à configurer, avec des écrans clairs et des processus de configuration simples, sont beaucoup plus susceptibles d'être correctement installés et entretenus. L'opérateur d'usine hydroélectrique prévoyait une facilité de configuration et de précision.

• Redondance et sécurité des défauts : deux éléments de commutation indépendants en série, la surveillance des positions de commutation, les relais à double canal, la conception en sécurité inégalée ne sont pas seulement des caractéristiques belles mais des exigences réglementaires dans de nombreux codes de grille allemands.

• Seuils et synchronisation : les paramètres tels que les limites de tension / fréquence, le retard avant la déconnexion, les capacités de commutation, etc. doivent être adaptées aux exigences locales de l'opérateur de grille. Les règles allemandes définissent les délais (à quelle vitesse un générateur doit se déconnecter lorsque la tension / fréquence est hors de portée). La sensibilité, la précision et la vitesse des relais sont décisives.

• Évolution standard : les normes VDE-AR-N 4105 et 4110 ont évolué. Les fabricants et les opérateurs doivent suivre les révisions. Les relais de protection fournissent souvent des valeurs de seuil prédéfinies pour les versions actuelles de ces normes.

Conclusion

Les dispositifs de protection des relais sont la pierre angulaire de l'intégration sûre, conforme et stable des sources d'énergie renouvelables et distribuées. Grâce à l'application des normes réglementaires (VDE-AR-N 4105/4110), au déploiement de dispositifs de relais avancés (ABB, ziehl etc.) et un travail réel de cas dans les systèmes photovoltaïques hydroélectriques et solaires, les relais abordent les problèmes clés:

• Débranchement dans des conditions de tension / fréquence dangereuses

• Empêcher l'île

• Protéger l'équipement et la stabilité de la grille

• Assurer la conformité et éviter les pénalités

Alors que la transition énergétique de l'Allemagne ( 'Energiewende ') continue, avec une génération plus décentralisée, un stockage d'énergie, des micro-réseaux et des réseaux intelligents, les relais de protection ne se développent en importance - non seulement pour la sécurité et la réglementation, mais aussi en tant que facilités de fiabilité, de résilience et de fonctionnement flexible.