Soutya DC-Leistungsschalter mit geformtem Gehäuse reduzieren Solar-Ausfallzeiten um 35 %

Eine 50-MW-Photovoltaikanlage im Südwesten der USA ersetzte 120 veraltete Leistungsschalter durch Soutya DC-Kompaktleistungsschalter. Das Ergebnis: eine Reduzierung der ungeplanten Ausfallzeiten um 35 %, ein Rückgang der Leistungsschalterausfallrate von 4,2 % auf 0,8 % und jährliche Wartungseinsparungen von mehr als 60.000 US-Dollar.

Wie war die Betriebssituation der Solaranlage?

Die Anlage betreibt 24 Solarblöcke, die jeweils eine 2-MW-Gleichstrom-Wechselstrom-Umwandlungsstation versorgen. Das ursprüngliche DC-Schutzsystem bestand aus nicht UL-gelisteten Miniaturschaltern, die während des Baus installiert wurden. Nach 14 Jahren in der Wüstenumgebung zeigten die Leistungsschalter sichtbare Anzeichen thermischer Belastung, und mehrere hatten während routinemäßiger Reinigungsarbeiten ausgelöst, als durch hohe Luftfeuchtigkeit Leckpfade entstanden.

Die Anlagenmanager standen unter dem Druck, die Energieverfügbarkeit im Rahmen eines Stromabnahmevertrags von 98,2 % auf über 99 % zu erhöhen. Jede ungeplante Auslösung bedeutete einen Stromausfall und jeder Ersatzbesuch erforderte eine vollständige Abschaltung des Strangs.

Welche Herausforderungen verursachte das alte DC-Schutzsystem?

In den letzten 12 Monaten verzeichnete das Werk 47 Ausfälle im Zusammenhang mit Leistungsschaltern. Das häufigste Problem waren Fehlauslösungen bei vorübergehendem Überstrom, ausgelöst durch benachbarte Stringfehler. Als sich ein einzelner vorgeschalteter Leistungsschalter öffnete, wurden sieben nachgeschaltete Stränge dunkel. Das Wartungsteam verbrachte durchschnittlich 3,5 Stunden pro Veranstaltung, einschließlich der Fahrt über das 200 Hektar große Gelände.

Auch bei den älteren Leistungsschaltern fehlte eine eindeutige Fehleranzeige. Techniker mussten Abdeckungen entfernen und mithilfe von Infrarotkameras feststellen, welches Gerät sich geöffnet hatte. Bei zwei Vorfällen wurde ein ausgelöster Leistungsschalter fälschlicherweise wieder eingeschaltet, während der nachgeschaltete Fehler noch bestand, wodurch der Generatorkasten und ein Wechselrichter beschädigt wurden.

Ersatzteile wurden knapp und der Originallieferant hatte das Modell abgekündigt. Das Werk verfügte über 40 Einheiten verschiedener Marken, aber keines entsprach der vorhandenen Grundfläche, sodass bei jedem Umbau Änderungen an den Schalttafeln erforderlich waren.

Warum hat sich das Werk für Soutya DC-Kompaktleistungsschalter entschieden?

Das Ingenieurteam bewertete drei Ersatzoptionen: AC-Leistungsschalter mit DC-Nennwerten von einem örtlichen Händler, überholte Einheiten vom Originalhersteller und die DC-MCCB-Reihe von Soutya. Die AC/DC-Hybridschalter hatten geringere Schaltkapazitäten und bestanden den anlageninternen Kurzschlusstest bei 10 kA nicht. Überholte Geräte hatten eine 90-Tage-Garantie und betrafen das störende Auslösemuster nicht.

Der DC-Leistungsschalter mit Kompaktgehäuse von Soutya wurde nach einem Parallelversuch an zwei Strängen ausgewählt. Das Produkt erfüllte die Anforderungen von UL 489 und bot eine Nennbetriebsspannung von 1000 V DC mit einem Ausschaltvermögen von 25 kA, was deutlich über dem vor Ort maximal verfügbaren Fehlerstrom von 12 kA liegt. Die Leistungsschalter verfügten außerdem über eine visuelle Auslöseanzeige und Hilfskontakte zur Fernüberwachung, die kein anderer Kandidat zu einem vergleichbaren Preis bot.

Die Entscheidung wurde auch durch die Bereitschaft von Soutya beeinflusst, anwendungstechnische Unterstützung und eine 5-jährige Garantie auf Teile zu bieten.

Wie wurde das Soutya DC MCCB eingesetzt?

Das Austauschprogramm erstreckte sich über acht Wochen in fünf Umspannwerken. Das Projekt gliederte sich in fünf Phasen:

• Phase 1: Felduntersuchung und Kennzeichnung aller 120 Leistungsschalterpositionen.
• Phase 2: Installation von zwei Panels auf Block 7 und ein 48-stündiger Belastungstest.
• Phase 3: Vollständiger Rollout auf Block 7 und 8, wobei zur Kontrolle noch ein Strang an den alten Leistungsschaltern verbleibt.
• Phase 4: Austausch der verbleibenden Blöcke, nachdem der Kontrollvergleich eine Fehlerreduzierung von 4:1 ergab.
• Phase 5: Schulung von zwei Anlagenelektrikern in Auslösediagnose und Austauschverfahren.

Die größte technische Herausforderung bestand in der Anpassung der vorhandenen Montageschienen des Generatoranschlusskastens. Die kompakten Abmessungen von Soutya entsprachen dem Standard-DIN-Schienen-Layout, die Stromschienenanschlüsse waren jedoch etwas größer. Die Anlage verwendete einen von Soutya gelieferten kundenspezifischen Kupferadapter, und die Installationszeit pro Leistungsschalter betrug durchschnittlich 27 Minuten, einschließlich des Anziehens der Laschen und des Auftragens einer Antioxidationspaste.

Welche Ergebnisse hat die Einrichtung erzielt?

Nach der Installation des letzten Leistungsschalters konnte die Leistung der Anlage neun Monate lang überwacht werden. Die ungeplanten Ausfallzeiten aufgrund von DC-Leistungsschalterausfällen sanken von 11,6 Stunden pro Monat auf 0,8 Stunden pro Monat, was einer Reduzierung der Gesamtausfallzeit der Anlage um 35 % entspricht, wenn man sie auf die Saisonalität normalisiert. Die Ausfallrate der Leistungsschalter sank von 4,2 % pro Jahr auf 0,8 %.

Die Wartungskosten sanken um 60.000 US-Dollar pro Jahr, was auf weniger Besuche vor Ort und die Beseitigung des Ersatzteillagers zurückzuführen ist. Das Werk gab die unbenutzten alten Hammer für 7.000 US-Dollar an einen Wiederverkäufer zurück. Die Energieverfügbarkeit verbesserte sich auf 99,4 %, was einen Leistungsbonus von 150.000 US-Dollar vom Stromeinkäufer auslöste.

Die Hilfskontakte ermöglichten es dem SCADA-System der Anlage, einen offenen Leistungsschalter in Echtzeit anzuzeigen. Die Dispatcher können jetzt einen Elektriker zum richtigen Strang schicken und so die durchschnittliche Diagnosezeit von 35 Minuten auf 6 Minuten reduzieren.

Was sagte der Wartungsmanager der Anlage?

„Wir hatten mit einer geringeren Auslöserate gerechnet, aber nicht damit gerechnet, dass die Diagnose so sauber sein würde. Mithilfe der Auslöseflagge und des Fernkontakts konnten unsere Schalttafelbediener die genaue Position sehen, ohne den Kontrollraum verlassen zu müssen. Dadurch verkürzte sich unsere Reaktionszeit auf einen Bruchteil dessen, was sie tatsächlich war“, sagte der Leiter der elektrischen Instandhaltung.

Welche Lehren können andere Betreiber ziehen?

Drei Punkte aus diesem Projekt gelten für jede Einrichtung mit veralteter DC-Schutzausrüstung:

• Überprüfen Sie die tatsächliche Unterbrechungskapazität bei Ihrer maximalen Systemspannung. Ein Leistungsschalter mit einer Nennleistung von 25 kA bei 1000 V DC ist nicht dasselbe wie ein Leistungsschalter mit einer Nennleistung von 25 kA bei 500 V DC.
• Führen Sie einen schrittweisen Austausch durch und behalten Sie zwei oder drei Stränge als Kontrollgruppe am alten Gerät. Vergleichbare Daten aus der Anlage zeigten das Ergebnis innerhalb von vier Wochen.
• Investieren Sie in Leistungsschalter mit Hilfskontakten. Das Fernstatussignal machte sich bezahlt, da die Kontrollzeit eingespart und eine versehentliche Wiedereinschaltung nach einer Auslösung verhindert wurde.

Bei einer Wiederholung des Projekts hätte der Manager zusätzliche Ersatzschalter bestellt, um einen zweiten Standort abzudecken, anstatt die alten Einheiten zu verkaufen. „Wir haben unterschätzt, wie sehr wir den Soutya-Hämmern vertrauen und die Schwesteranlage standardisieren wollen“, bemerkte er.

Referenzen

• UL 489 Ed. 14-2025 – Kompakt-Leistungsschalter, Kompakt-Schalter und Leistungsschaltergehäuse
• Simulationsstudie zum Lichtbogenbewegungsprozess von DC-Miniaturleistungsschaltern, DOI: 10.1063/5.0174184