Zadbaj o jakość energii w zakładzie

Czy jesteś pewien, że sieć zasilająca w twoim zakładzie działa optymalnie? Jeśli nie, zapoznaj się z podstawowymi zasadami monitoringu i prowadzenia analiz jakości energii elektrycznej. Weź przy tym pod uwagę cały system: począwszy od elektrowni, a skończywszy na bateriach używanych w niewielkich urządzeniach zasilanych prądem stałym.

Wielu inżynierów automatyków instalujących fabryczne urządzenia, niejednokrotnie ulega pokusie, by odpowiedzialnością za dostawy i jakość energii elektrycznej obarczyć przede wszystkim zakładowych menedżerów. A przecież, paradoksalnie, to właśnie systemy automatyki stanowią największe zagrożenie dla finezyjnie zrównoważonych pod względem obciążeń systemów zasilających. Maszyny radykalnie obniżają wskaźniki jakościowe energii dostarczanej do zakładów. Jednocześnie urządzenia te same w sobie są niezwykle wrażliwe na niewielkie nawet, niekorzystne zmiany tychże wskaźników. Dlatego tak ważna jest kwestia właściwego zrozumienia przez automatyków podstawowych zasad monitoringu i analizy jakości energii elektrycznej w sieciach zasilających. Dzięki temu można poprawić ich funkcjonowanie, zwłaszcza w zakładach przemysłowych. Analiza sieci zasilającej wymaga uwzględnienia praktycznie wszystkich elementów składowych systemu – poczynając od elektrowni, a skończywszy na bateriach używanych w niewielkich urządzeniach zasilanych prądem stałym. Konieczne jest porównanie i weryfikacja oczekiwań stawianych systemowi zasilania wobec rzeczywistego stanu sieci. Kolejnym krokiem powinno być ustalenie przyczyn ewentualnych rozbieżności.

Mit zakłóceń harmonicznych

W powszechnej opinii największe zagrożenie dla jakości dostarczanej energii stanowią zakłócenia harmoniczne. Tymczasem specjaliści wyróżniają aż cztery zasadnicze kwestie wpływające na stan sieci zasilania. Zakłócenia harmoniczne są tylko jednym z problemów. Do kolejnych należą: stany przejściowe, wahania wartości napięcia (zapady, chwilowe przerwy w zasilaniu, zwyżki napięcia) oraz budowa systemów uziemienia. Ilościowe i jakościowe oszacowanie poziomu niekorzystnych zjawisk umożliwia ustalenie przyczyn ich powstania oraz opracowanie strategii redukcji. Do tego celu konieczne są odpowiednie urządzenia i metody pomiarowe. Bez precyzyjnych, ilościowych pomiarów, wykonanych specjalistycznymi urządzeniami z rejestracją danych, nie jest możliwe przygotowanie rozwiązań eliminujących niekorzystne zjawiska. Zastosowane mierniki muszą mieć możliwość długookresowych rejestracji danych pomiarowych. Dzięki temu możliwe jest prześledzenie zmian parametrów zasilania w okresach pojawiania się niekorzystnych zjawisk oraz wykorzystanie danych w późniejszych analizach. 

Krok pierwszy: dokładny pomiar

Pomiar wybranych parametrów zasilania to możliwość wstępnego oszacowania jakości dostarczanej energii elektrycznej. Przed podjęciem jakichkolwiek działań korekcyjnych użytkownik potrzebuje wstępnego zbioru informacji o stanie sieci i zachodzących w niej szkodliwych zjawiskach. Jeżeli na przykład nominalne napięcie w linii zasilającej wynosi 400 V, mogą następować odchylenia od tej wartości. Dwa istotne w tym przypadku parametry to wielkość odchyłki (procentowa) oraz czas trwania zaburzenia. Odchylenia mogą w różnoraki i znaczący sposób wpływać na poprawność funkcjonowania wielu urządzeń elektrycznych. W przypadku dużych, nawet krótkotrwałych odchyleń wartości znamionowych napięcia, możliwe są nieoczekiwane wyłączenia urządzeń, resety układów sterujących itp. Z kolei długotrwałe obniżenia lub zwyżki wartości znamionowej napięcia linii zasilającej mogą prowadzić do przegrzewania się silników elektrycznych.

Moduły monitorujące stan sieci zasilania powinny być zlokalizowane możliwie blisko urządzeń wywołujących szkodliwe zjawiska. Mogą to być: układy o zmiennym obciążeniu, napędy o regulowanej prędkości obrotowej itp. Z tego względu sprawny monitoring stanu całej sieci dystrybucji energii powinien być poprzedzony analizą i ustaleniem potencjalnie najgroźniejszych dla niej urządzeń.

– Mamy już kilku klientów z branży przemysłowej wykorzystujących w swoich sieciach sporą liczbę modułów monitorujących – mówi Frank Hearly, kierownik produkcji w dziale elementów zabezpieczeń Fluke. – Często działają one według następującego schematu: włączają całą grupę modułów w różne miejsca sieci na trzy, cztery dni, zbierają dane i odłączają moduły. W ten sposób orientują się, które obszary sieci przyczyniają się do spadku jakości energii. Dopiero wówczas wpinają moduły ponownie, lokalizując je w pobliżu potencjalnie groźnych rejonów. 

Organizując monitoring sieci zasilającej w zakładzie przemysłowym powinno zacząć się od jej podziału na segmenty i odpowiedniego umieszczenia modułów monitorujących. Pierwszy z nich powinien znaleźć się tuż obok przyłącza zewnętrznego, następnie w miejscu rozdziału poszczególnych faz na obwody zasilające, a wreszcie bezpośrednio przy poszczególnych (zwłaszcza dużych i nieliniowych) odbiornikach. W niektórych lokalizacjach konieczne jest zastosowanie modułów tzw. ciągłego monitoringu, zbierających lub wysyłających dane
umożliwiające obserwację historii zmian wybranych parametrów sieciowych.
 

Moduły monitoringu zbierają dane z wejść napięciowych i prądowych. W sieciach trójfazowych konieczne jest zapewnienie pięciu styków wejść napięciowych: uziemienia (ochronny), neutralnego i trzech faz. W takich sieciach eksperci Fluke zalecają mierzenie przynajmniej czterech prądów. Za każdym razem konieczne jest mierzenie prądu przewodu neutralnego, gdzie widoczne jest oddziaływanie wyższych harmonicznych w sieci zasilającej.

Uwaga na częstotliwości zmian

W celu ograniczenia wpływu na parametry sieciowe samych modułów monitorujących na ich wejściach napięciowych umieszcza się analogowe wzmacniacze z wysoką impedancją wejściową. Pomiary prądów realizowane są przez specjalne czujniki, ustalające wartość prądu w liniach fazowych, neutralnej i uziemienia, na podstawie pola magnetycznego występującego wokół tych linii. Zazwyczaj w modułach monitorujących umieszcza się specjalnie dobrane przekładniki prądowe, które umożliwiają wyznaczenie na podstawie zmiennego pola magnetycznego przewodów, wartości prądów zmiennych w tych przewodach. Warto pamiętać jednak, że pole magnetyczne wokół przewodów zależy bezpośrednio od częstotliwości zmian prądu, co niestety zaburza proces odtwarzania ewentualnych przebiegów harmonicznych w tych prądach.

Oczywiście układy takie nie mają również możliwości ustalenia wartości prądów stałych. Pomiar takich prądów lub składowej stałej przebiegów zmiennych możliwy jest przy wykorzystaniu czujników Halla, reagujących na wszystkie rodzaje pól magnetycznych. Mogą zatem wiernie odtwarzać zarówno wartości prądów stałych, jak również przebiegi o częstotliwościach harmonicznych. Najprostszymi urządzeniami pomiarowymi parametrów jakościowych są niewielkie data loggery instalowane w standardowym złączu komputerowym i pozwalające na mierzenie zapadów napięcia oraz zmian jego wartości skutecznej RMS. Na drugim biegunie oferty rynkowej znajdują się zaawansowane funkcjonalnie trójfazowe analizatory siecizasilających.

Poza wspomnianymi już zjawiskami dotyczącymi napięcia mogą one mierzyć: wartości harmonicznych napięcia, przesunięcie fazowe, prądy fazowe oraz inne parametry charakteryzujące jakość energii elektrycznej. Jak twierdzą eksperci Fluke w pomiarach tego typu nie jest najważniejsza sama możliwość zmierzenia jakiejś wielkości, ale przede wszystkim zdolność modułów monitorujących do gromadzenia danych pomiarowych w dłuższych okresach (np. 24 godziny lub kilka dni), przy zachowaniu dużej częstotliwości chwil pomiarowych. Współczesne urządzenia pomiarowe zapewniają takie możliwości nawet do 7 i więcej dni. Na przykład analizując zmiany częstotliwości harmonicznych w sieci zasilającej, bierze się ich średnie wartości z wybranego okresu, odnosząc je do wartości maksymalnej i minimalnej w tym okresie (zazwyczaj analizuje się okresy 10-minutowe). Taka analiza daje obraz aktualnego poziomu zniekształcenia przebiegu napięcia sieciowego, a w odniesieniu do wyników poprzednich analiz możliwe jest oszacowanie zmian (korzystnych lub niekorzystnych) w sieci zasilania oraz ustalenie długotrwałych trendów zmian.

Dane pomiarowe: jak z nich korzystać?

Zazwyczaj dane z mierników parametrów jakościowych same w sobie nie niosą żadnej użytecznej informacji. Najpierw muszą być odpowiednio przetworzone.

Możliwe są trzy sposoby takiego przetwarzania:

1. Bezpośrednio w module pomiarowym – większość współczesnych modułów pomiarowych ma wbudowaną pamięć do gromadzenia danych, a ponadto specjalne oprogramowanie przeznaczone do ich natychmiastowej obróbki i analizy. W modułach zwykle znajduje się również choćby najprostszy interfejs HMI, pozwalający na szybkie przekazanie wyników analizy użytkownikowi
2. Przekazanie danych do lokalnego komputera – moduły monitorujące często wyposażone są w funkcje oraz interfejsy (szeregowe, USB, bezprzewodowe i in.), umożliwiające przesłanie wybranych zbiorów danych do lokalnego komputera, w którym prowadzi się ich dalszą obróbkę i analizy.
3. Łączność z siecią komputerową – coraz większa liczba modułów monitorujących ma możliwość podłączenia do lokalnej sieci komputerowej standardu Ethernet. Przyjęcie takiej strategii obsługi urządzeń umożliwia użytkownikom na przykład ciągły monitoring zmian wybranych danych pomiarowych z dowolnego komputera przyłączonego do sieci i wyposażonego w odpowiednie oprogramowanie. Możliwe jest także generowanie raportów i analiz w dowolnym momencie i opartych na dowolnym zbiorze danych przesyłanych na bieżąco przez moduł monitorujący.

Sprawna obsługa i analizowanie dużych zbiorów danych ma szczególne znaczenie w rozbudowanych sieciach zasilających. Takich, w których zainstalowano kilka lub kilkanaście modułów monitorujących i przesyłających dane do komputera lokalnego lub sieci. Dzięki takim rozwiązaniom systemowym, za pomocą specjalistycznego oprogramowania, można przeprowadzić złożone, wielowątkowe analizy zmian parametrów jakościowych energii w różnych punktach systemu zasilania.

Krok drugi: właściwa analiza danych

Nowoczesne moduły monitorujące są niezwykle pomocne w analizie symptomów zjawisk w sieci zasilającej, dzięki: możliwości rejestracji przebiegów napięć i prądów sieciowych, rejestracji trendów ich zmian itp.

Złożone metody ich wyzwalania pozwalają na rejestrację tylko wybranych fragmentów przebiegów (np. w momencie wystąpienia zapadu napięcia na skutek uruchomienia napędu), jak również innych przejściowych zjawisk związanych z zasilaniem różnych źródeł światła czy ciągłym monitoringiem widma częstotliwości harmonicznych. Jeżeli na przykład w sieci zasilania pojawiają się zniżki lub zapady napięcia, obserwowanymi przez użytkownika symptomami może być: migotanie światła, reset lub blokada komputerów itp. W takich wypadkach możliwe jest skorelowanie obserwowanych niekorzystnych symptomów dla niektórych urządzeń, z danymi zarejestrowanymi przez moduły monitorujące. 

Moduły monitorujące rozproszone w różnych miejscach systemu zasilającego przesyłają ciągle lub okresowo dane do komputera centralnego, gdzie za pomocą odpowiedniego oprogramowania są one przetwarzane i analizowane, pomagając inżynierom w organizacji sterowania urządzeniami elektrycznymi oraz utrzymaniu ruchu zakładu.
Źródło: Control Engineering, Eaton 

Wyobraźmy sobie sytuację, że w sieci zasilającej napięcie spada do poziomu 80% UN (napięcie znamionowe) i spadek ten trwa przez 10 cykli przebiegu sinusoidalnego (1/6 sekundy). Zjawisko to może spowodować migotanie oświetlenia, jednakże nie powinno wpłynąć na przykład na pracę napędów o regulowanej prędkości. Tak więc niektóre z odbiorników mogą odczuć skutki zapadu, inne zaś nie. Jeżeli zapad napięcia jest głębszy i sięga ok. 50% UN w czasie 10 cykli, może nastąpić całkowite wyłączenie większości napędów, sterowników oraz źródeł światła o dużej intensywności. Jeszcze większe zapady napięcia mogą spowodować awarię i wyłączenie zasilania w całym zakładzie przemysłowym.

Kolejnym ważnym aspektem związanym z zagadnieniami jakości energii zasilania jest profil obciążenia sieci i zapotrzebowania na energię elektryczną. W tym przypadku istotne jest ustalenie okresów szczytowego zapotrzebowania tak, by złagodzić i zminimalizować ich wpływ na podstawowe parametry zasilania (wartość napięcia), jak również uniknąć ewentualnych przeciążeń (obciążalność prądowa linii). Z punktu widzenia niezawodności systemu zasilającego, jeżeli wzrasta ogólny wskaźnik zawartości harmonicznych na skutek dołączania przez użytkownika, dajmy na to obciążeń nieliniowych, może prowadzić to do nadmiernego nagrzewania się transformatorów w stacjach rozdzielczych i ich zniszczenia. Dlatego też ważne jest prowadzenie stałego monitoringu takich linii zasilania i przewidywanie tego typu zjawisk. Ułatwiają to nowoczesne pakiety programowe do analizy danych pomiarowych, pracujące w inżynierskich stacjach roboczych i lokalnych komputerach.

Oczywiście podstawową czynnością jest obserwacja widma częstotliwości harmonicznych sieci zasilania. Użytkownicy urządzeń elektrycznych często pytają o inne metody analizy stanu jakości energii elektrycznej.

– W swojej praktyce zawodowej zawsze najpierw obserwuję sygnały napięciowe pojawiające się pomiędzy przewodem neutralnym i uziemieniem (ochronnym) – odpowiada jeden z branżowych ekspertów. – Dodatkowo lubię mieć dokładne informacje o odległości odbiornika od źródła zasilania (np. trafo). Ważne jest, czy wynosi ona około 150 metrów, czy też tylko 15 metrów, bo takie różnice mająjuż znaczenie.

W takim przypadku przydatna okazuje się znajomość podstawowych praw obwodów elektrycznych, na podstawie których można wnioskować o niektórych możliwych zjawiskach w linii zasilającej.

Krok trzeci: korekta

Aby poprawić poziom jakości energii elektrycznej w sieci zasilania większość inżynierów elektryków i automatyków doradza stosowanie odpowiednich układów filtrujących przy napędach elektrycznych oraz ich sterownikach. Jednak to rozwiązanie sprawdza się tylko w systemach, gdziewiększość odbiorników stanowią właśnie napędy, a użycie filtrów wiąże się zasadniczo tylko z eliminacją zaburzeń harmonicznych. Tymczasem, jak już wspomniano, to nie one są największym problemem związanym z jakością energii elektrycznej. Znacznie częściej problemy powstają na skutek obniżeń i zapadów napięcia, krótkich przepięć czy niewłaściwego uziemienia. Dlatego też pierwszą rzeczą, jaka powinna być rozwiązana przy tworzeniu sieci zasilającej w danym obiekcie, jest minimalizacja reaktancji pojemnościowych oraz indukcyjnych, pojawiających się w całym systemie. Redukcja pasożytniczych reaktancji możliwa jest m.in. poprzez odpowiedni dobór transformatorów i generatorów. Co prawda urządzenia takie mogą być droższe w momencie zakupu, jednakże w perspektywie ich późniejszego użytkowania przyczyniają się do zmniejszenia wydatków eksploatacyjnych sieci zasilającej. Zaleca się również takie konstruowanie sieci, aby do wytworzenia określonej mocy w odbiorniku używać jak największych napięć przy mniejszych prądach. Zmniejszenie prądów w liniach zasilania pozwala bowiem na zastosowanie przewodów o mniejszych przekrojach, które z kolei charakteryzują się mniejszą reaktancją na każdy metr długości.

Oczywiście redukcja pasożytniczych reaktancji przewodów zasilających możliwa jest przez zmniejszenie ich długości, co ma również swoje bezpośrednie znaczenie w aspekcie ekonomicznym (niższe ogólne koszty realizacji). Warto więc zastanowić się nad ich logicznym, optymalnym rozplanowaniem w trakcie projektowania instalacji. Niestety, przyjęcie ograniczenia długości przewodów jako priorytetu projektowego staje w sprzeczności z ogólną estetyką i technologiczną poprawnością jej wykonania. Szczególnego znaczenia nabiera tu fakt poprawnego formowania i kładzenia wiązek kabli w trasach kablowych, zapobiegającego ich wzajemnemu oddziaływaniu termicznemu i elektromagnetycznemu. Jak zwykle więc projektant zmuszony jest do wyboru kompromisowego rozwiązania, uwzględniającego wszystkie wspomniane wyżej czynniki.

Eksperci na co dzień zajmujący się systemami zasilania zwracają również uwagę na konieczność separacji przewodów neutralnych, związanych z oddzielnymi liniami zasilającymi. Użytkownicy w takich sytuacjach najczęściej narzekają na rosnące w ten sposób koszty początkowe budowy instalacji. Jednak fachowcy zawsze usiłują przekonać ich do tego typu działań, wspominając o znacznie mniejszych kosztach użytkowania instalacji, kiedy już zacznie ona funkcjonować.

Istotny profil zakładu

Podsumowując, należy podkreślić, że nie istnieje uniwersalne rozwiązanie organizacji sieci zasilającej dopasowane do każdej aplikacji. Wręcz przeciwnie, w większości zastosowań przemysłowych, aby opracować najlepsze rozwiązanie trzeba przeprowadzić liczne analizy zachowania się urządzeń w systemie zasilającym. Aby analizy były skuteczne i zakończyły się pełnym sukcesem, zawsze powinny bazować na pełnym rozumieniu fizycznych zjawisk zachodzących w takich układach elektrycznych. Chodzi o podstawowe zasady oddziaływań elektromagnetycznych, teorię tzw. linii długich, zasady ekranowania i uziemiania układów elektrycznych itp.

W sterowanych układach maszynowych warto przyjąć założenie, że duże maszyny rzadko „zawieszają się” w trakcie pracy, a zdarzenia takie najczęściej są efektem resetu sterownika. Może to nastąpić na skutek krótkiego spadku wartości znamionowej napięcia zasilania lub krótkiej przerwy w zasilaniu. Dość przystępnym cenowo środkiem zaradczym w tego typu sytuacjach jest włączenie do linii zasilającej niewielkiego bezprzerwowego zasilacza UPS, umieszczonego np. w szafie sterowniczej. Urządzenie zapewni podtrzymanie właściwej wartości napięcia zasilania sterowników w trakcie wspomnianych niekorzystnych zjawisk w sieci zasilającej.

Warto podkreślić, że kwestie ekonomicznego i praktycznego znaczenia możliwych awarii czy przerw w działaniu urządzeń przemysłowych, związanych z niską jakością energii w sieciach zasilających, związane są bezpośrednio z typem działalności zakładu. Jeżeli na przykład w jakiejś fabryce, w której pracuje wiele silników elektrycznych, często zdarzają się krótkotrwałe przepięcia, a ich likwidacja wymaga wstrzymania produkcji na przykład na 10 minut, nie ma to większego znaczenia dla funkcjonowania całego zakładu. Jeżeli jednak podobne zjawisko wystąpi w zakładzie produkującym tzw. wafle krzemowe (do wytwarzania np. układów scalonych), to wówczas niespodziewany duży impuls napięciowy w sieci zasilającej może spowodować wyłączenie wszystkich, precyzyjnych maszyn produkcyjnych, a dodatkowo uszkodzenia samego produktu i straty mogą osiągnąć poziom kilkuset tysięcy złotych. Właściwe rozumienie tych kwestii jest konieczne przy każdorazowym planowaniu systemów zasilania w energię elektryczną, zwłaszcza w aplikacjach przemysłowych.

ce

Artykuł pod redakcją
dra inż. Andrzeja Ożadowicza,
adiunkta w Katedrze Automatyki Napędu
i Urządzeń Przemysłowych
Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie


Kwestia polityki

Dla Control Engineering Polska mówi Przemysław Widziewicz, właściciel Poltrade:

Polscy inżynierowie w zakładach przemysłowych mają coraz większą świadomość znaczenia i przydatności analizy jakości energii elektrycznej. Ich świadomość techniczna w tym zakresie nie odbiega od świadomości technicznej ich kolegów w krajach, które są bardziej zaawansowane w tej dziedzinie, ale bogatsze. Największy wpływ na ich podejście ma ogólna polityka zarządzania majątkiem zakładowym oraz zapewnienia jakości, która jest zdeterminowana stopniem zaawansowania procesu prywatyzacyjnego. Dzięki uproszczeniu obsługi narzędzi do analizy jakości energii elektrycznej oraz dzięki dobremu przygotowaniu technicznemu i poziomowi wykształcenia polscy inżynierowie nie upatrują problemu w kategorii technicznej, ale głównie polityczno-ekonomicznej. Opór wdrożenia analizy i monitoringu jakości energii elektrycznej wynika z pokutującej wciąż i bardzo często nieuzasadnionej opinii o wysokich kosztach instalacji przy jednoczesnej świadomości nakazu ich wdrożenia poprzez obowiązujące już od wielu lat w Polsce uregulowania prawne (Prawo energetyczne) i normatywne (norma PN 50160). Polskie stare powiedzenie mówi: „biednyś, boś głupi, głupiś, boś biedny” i ono najlepiej pokazuje, dlaczego nie tylko to zagadnienie w Polsce kuleje. Koszt nowoczesnego, zaawansowanego analizatora klasy A (zgodność z normą PN 61000-4-30 oraz PN 50160) z funkcją rejestracji to około 20 tys. zł netto. Dla niektórych to „tylko”, dla niektórych „aż”. Warto podkreślić, że czasami usunięcie tylko jednego problemu związanego z jakością energii elektrycznej pozwala na zaoszczędzenie znacznie wyższych kwot.

Więcej na: www.controlengpolska.com. 


Aby poprawić poziom jakości energii elektrycznej w sieci zasilania większość inżynierów elektryków i automatyków doradza stosowanie odpowiednich układów filtrujących przy napędach elektrycznych oraz ich sterownikach. Jednak to rozwiązanie sprawdza się tylko w systemach, gdzie większość odbiorników stanowią właśnie napędy, a użycie filtrów wiąże się zasadniczo tylko z eliminacją zaburzeń harmonicznych. Tymczasem to nie one są największym problemem związanym z jakością energii elektrycznej. Znacznie częściej problemy powstają na skutek: obniżeń i zapadów napięcia, krótkich przepięć czy niewłaściwego uziemienia.

 


 Cena zdarzenia

Oblicza się, że problemy związane z jakością zasilania kosztują przemysł i handel w Unii Europejskiej około 10 miliardów EUR rocznie, gdy tymczasem nakłady na środki zapobiegające powstawaniu tych problemów są mniejsze niż 5% tych kosztów – wynika z danych Leonardo Power Quality Initiative.

Jedną z przyczyn problemów są zaburzenia harmoniczne. Nie można dokładnie zmierzyć tych prądów przy użyciu tanich przenośnych mierników powszechnie stosowanych przez techników instalatorów i personel eksploatacyjny, co prowadzi do dużych niedoszacowań sięgających nawet 40% poniżej ich rzeczywistych wielkości. Taki błąd pomiaru może doprowadzić do instalowania obwodów z przewodami o zbyt małych przekrojach. Nawet jeśli prąd w przewodzie jest niższy niż próg zadziałania ogranicznika przetężeniowego, przewody pracują w wyższych temperaturach i niepotrzebnie tracą energię. Straty wynoszą zwykle około 2-3%. Często nastawa zabezpieczenia przetężeniowego jest zbyt blisko rzeczywistej wartości obciążenia prądu (ze względu na niedoszacowanie) i obwód jest narażony na tak zwane niepożądane zadziałanie wyłącznika. Składowe harmoniczne powodują zwiększone straty wirowe w transformatorach, ponieważ takie straty są proporcjonalne do kwadratu częstotliwości. Ze względu na to, że te straty są wyższe, temperatura pracy transformatora jest również wyższa, a jego żywotność krótsza.

Krótszy okres eksploatacji urządzeń może być bardzo kosztowny. Urządzenia takie, jak transformatory, zwykle pracują 30-40 lat i konieczność ich wymiany po 7-10 latach może mieć poważne konsekwencje finansowe. Koszty związane z działaniami zapobiegawczymi są stosunkowo niewielkie i obejmują jedynie prawidłowo zaprojektowaną instalację i odpowiedni wybór urządzeń poprawiających jakość energii. Instalowanie kabli dwa razy grubszych niż wynika to z obliczeń zmniejsza straty i koszty operacyjne przy bardzo niskim zwiększeniu nakładów pierwotnych.

Wiele zapadów napięcia jest wywołanych awariami sieci zasilającej, a ich wielkość zależy od usytuowania generatora, miejsca awarii i punktu pomiaru. Podczas pewnego badania zmierzono zaburzenia napięcia w 12 miejscach przy mocy od 5 do 20 MVA. W ciągu 10 miesięcy zanotowano 858 zakłóceń, z których 42 doprowadziły do strat finansowych. Chociaż wszystkie z 12 zakładów prowadziło działalność produkcyjną o niskich wymaganiach technologicznych, wytwarzając towary o niskiej wartości dodanej, straty finansowe wyniosły 600 000 EUR (średnio 14 300 EUR na każde zakłócenie lub 50 000 EUR na każdy zakład). Najwyższe straty sięgały 165 000 EUR. Oczywiście zakłady wytwarzające towary o wysokiej wartości dodanej i wymagające wieloetapowych procesów produkcyjnych, takie jak zakłady półprzewodników, poniosłyby o wiele wyższe straty. Tabela obok podaje kilka typowych wielkości strat.

Tekst jest wycinkiem materiałów Centrum Promocji Miedzi SA, partnera unijnego programu Leonardo da Vinci Power Quality. Więcej informacji pod adresem www.lpqi.org oraz www.miedz.org.pl.

W ciągu 10 miesięcy zanotowano 858 zakłóceń przynoszą-cych straty finansowe sięgające 600 000 EUR 

Przemysł

Typowa wysokość strat finansowych na jednym zdarzeniu

Fabryka półprzewodników

3 800 000 EUR

Centrum komputerowe

750 000 EUR

Telekomunikacja                           

30 000 EUR na minutę

Huta stali                   

350 000 EUR

Fabryka szkła

250 000 EUR

Źródło: Centrum Promocji Miedzi SA 


 


Potrzebny porządek w przepisach

Dla Control Engineering Polska mówi Krzysztof Dąbrowski, właściciel Twelve Electric:

Zarządzanie jakością energii elektrycznej jest w Polsce zjawiskiem nowym i można by rzec, że dla większości jest to pojęcie abstrakcyjne. Niski poziom wiedzy w zakresie już nie zarządzania, ale tylko określania jakości energii wynika z jednego powodu. Nie ma żadnego logicznego wytłumaczenia, by tę wiedzę zdobywać i pogłębiać. W polskim prawie brakuje przepisów wykonawczych, które precyzowałyby zagadnienia określania jakości energii elektrycznej. Tak naprawdę z zapisów norm i rozporządzeń wiemy tylko, w jakich granicach tolerancji mają zawierać się wartości określonych parametrów. Zarówno w przepisach, jak literaturze fachowej jest absolutny brak schematów i aplikacji pomiarowych, zgodnie z którymi należałoby wykonywać pomiary związane z jakością energii. Nie są też określone parametry metrologiczne analizatorów parametrów sieci, co na przykład uniemożliwia porównywanie wyników. Brak definicji i wskaźników a także pełna dowolność interpretacji ustanowionych przepisów sprawia, że uzyskane wyniki mogą być niewiarygodne i łatwo jest je zakwestionować. Kolejny powód to totalne oderwanie przepisów dotyczących określania jakości energii od zagadnień związanych z pewnością zasilania. Z tego też powodu nie rozwija się najważniejsza umiejętność w zarządzaniu jakością zasilania, czyli diagnostyka. Jest to umiejętność wyciągania z danych pomiarowych zarejestrowanych w analizatorach w momencie powstania awarii konkretnych wniosków dotyczących przyczyny jej powstania. Warunkiem prowadzenia diagnostyki jest posiadanie dobrych analizatorów, których parametry techniczne i funkcjonalne pozwalają uzyskać dane nie tylko o jakości energii, ale także o przyczynach jej pogorszenia się. Niestety na rynku oferowane są przede wszystkim bardzo tanie analizatory, które tak naprawdę są tylko miernikami cyfrowymi. Jest jeszcze inny, „nietechniczny” powód. Jest nim brak uzależnienia wynagrodzenia energetyka od efektów ekonomicznych, jakie przynosi on swojej firmie, gdy nie ma przerw w zasilaniu i cała technologia pracuje. I to jest powód najbardziej istotny.

Więcej na www.controlengpolska.com.