Eliminácia poklesov a výpadkov napätia v sieti závodu.

Eliminácia poklesov a výpadkov napätia v sieti závodu.

Súčasná elektrická sieť priemyselných podnikov je viac ako kedykoľvek predtým ovplyvnená prevádzkou pripojených zariadení.

Tie majú, vďaka používaným technológiám, veľmi dynamický charakter odberu. Nehovoríme pritom len o charakteristických odberoch typu bodového zvárania alebo rozbehoch veľkých pohonov. Ide aj o obrovské množstvo veľmi dynamických menších pohonov, ktoré sú súčasťou rôznych technologických celkov, obsahujúcich množstvo akčných členov, ktoré síce každá samostatná sieť príliš neovplyvní, ale vo svojom súhrne vytvárajú veľmi rýchle pulzné vzorkovacie prúdy.  Tie potom spätne vytvárajú veľmi rýchlo kolísajúce napätie. Takto vytvárané pulzné napätie (obr. 1. potom spoločne napájajú všetky pripojené stroje. Tie sú na vstupe trvalo zaťažované podobným spôsobom ako tlmiče automobilu na kamióny vytlačeným pravým pruhom diaľnice Praha – Brno (alebo naopak) podľa toho, ktorý smerom laskavý čitateľ práve ide.

Obr. 1 Meranie napätia

Ak je pripojená výrobná technológia napájaná takýmto napätím krátkodobo, určite nemá problém bez väčších ťažkostí prežiť. Iná situácia je, ak je takto trvalo napájaná, a to rýchle zmeny napätia nemusia ani prekročiť toleranciu uvedenú v norme EN 50160. Dochádza potom k prehriatiu vinutia motorov, preťaženiu a zlému pracovnému bodu meničov, skráteniu ich životnosti či zvýšenej výrobe harmonických komponentov, poruchám PLC atď. Výsledkom je náhodné prerušenie výroby aj napríklad poškodzovanie nástrojov pri obrábaní a podobne. Vo väčšine prípadov sú straty značné a pracovníci závodu nevedia, že problémy so stabilitou výrobnej technológie sú spôsobené kvalitou napájacieho napätia. Ak sa problém v závode niekto zaoberá, väčšinou predpokladá, že rýchle poklesy sú spôsobené primárnou sieťou, teda známou manipuláciou na sieti. Dlhodobé merania a prax však uvádzajú, že väčšina, a to až 98% problémov s kvalitou napätia siete, vzniká vlastnou prevádzkou v závode a len malá časť pochádza z vonkajšej siete. A to nehovoríme o ďalšom veľkom probléme súčasnej siete v pretekoch, o harmonických zložkách prinášajúcich prehriatie motorov aj meničov, prepätia, vibrácie a mnoho ďalších.

Aké sú riešenia na odstránenie napäťového vplyvu samotnej technológie alebo aspoň vplyvu prúdových „ťažkých“ technológií (zváranie, lisovanie, ťažký pohon atď.)?) na inú technológiu?

V súčasnosti existujú pravdepodobne tri riešenia. Prvým je použiť, z hľadiska trvalého odberu, dvakrát alebo viackrát predmenovaný napájací transformátor. To však aj pomerne vysoký skratový výkon v mieste jeho pripojenia a nevýhodou môžu byť aj vysoké pripojovacie poplatky a trvalo vysoký odber prázdne.

Typ možností je napájanie citlivejšej technológie cez UPS. Toto riešenie je však pre väčšie výkony desiatky až stovky kilowattov veľmi finančne náročné aj prevádzkovo nákladné (každé 3 až 4 roky je potrebné 2 / 3 UPS obnoviť).

Posledná možnosť, o ktorej sa budeme podrobnejšie zmieňovať, je riešenie s pasívnou stabilizáciou napätia.

Vo výrobných systémoch napríklad v automatizovaných zvarniach automobilových závodov, obrábacích centrách, lisovniach plastových materiálov, ale aj napríklad vo výškových budovách vybavených mnohými výťahmi, sú prúdové rázy a tým vznikajúce rušenie viac-menej náhodného charakteru. To je dané nepravidelným a rýchlo sa meniacim zaťažením.

Aby sa zabránilo kolísaniu napätia, je potrebné tieto rýchle prúdové zmeny kompenzovať. To nie je ľahká úloha, pretože reakcia takéhoto „kompenzátora“ musí byť však veľmi rýchla, prakticky v reálnom čase.

Obr.2 Equalizer Elspec

ELSPEC ponúka riešenie týchto problémov vo forme zariadenia nazývaného equalizer (obr. 2). Ide o systém určený na obmedzenie výkyvov prúdu a napätia, a filtráciu harmonických zložiek v mnohých aplikáciách s rýchlo sa meniacim dynamickým zaťažením.

Výhodou tohto systému je veľmi rýchla reakcia vďaka polovodičovým spínačom a riadiacej jednotke pracujúcej ako analyzátor kvality siete. Ten analyzuje priebehy napätia a záťažové prúdy a zisťuje okamžitú veľkosť reaktancie siete. Tento výpočet sa vykonáva priebežne. V prípade výkyvu odoberaného prúdu je equalizer schopný reagovať v čase najbližšieho prechodu nulou prúdu prúdiaceho do kompenzačných kapacitorov. Áno, systém equalizer je z hľadiska odberu systémom pasívnym, ktorý v správnom čase pripojí k kompenzovanej sieti na danom mieste vhodnú veľkosť reaktancie tak, aby potlačil vplyv prúdovej špičky na pokles napätia. Dodá teda potrebný krátkodobý prúd presne v okamihu, keď ho sieť práve potrebuje. Inými slovami, dynamicky zvyšuje skratový výkon v mieste svojho pripojenia. Eliminuje tak rýchle poklesy napätia vznikajúce prúdovými špičkami. Na obr. 3 je zachytený priebeh napätia a prúdu bez kompenzácie a s kompenzáciou pomocou Equalizeru ELSPEC. Môžeme si všimnúť, že v prípade kompenzácie nie je zvýšenie prúdu odberného zo sústavy také významné ako bez kompenzácie. Tomu zodpovedá aj redukovaný pokles napätia.

Obr.3 Priebeh napätia a prúdu

Vzhľadom na princíp činnosti súčasne s elimináciou kolísania napätia equalizer dynamicky kompenzuje jalový výkon (efektík) a využitím kombinácie induktorov a kapacít potrebných pre jeho činnosť môže súčasne potláčať aj harmonické zložky v sieti. Vďaka tomu, že systém obsahuje len pasívne prvky – banky kapacitorov a induktorov a výkonové prepínače, nemá žiadnu vlastnú spotrebu, ak nepočítame cca 80 W spotreby regulátora-analyzátora. Stabilizáciou napätia prináša aj istú úsporu spotreby elektrickej energie na úrovni 5 – 15%.

Vzhľadom na dynamickú kompenzáciu účinníka, ako už bolo uvedené, Equalizer dynamicky kompenzuje reaktantov siete tak, aby sa zdalo, že je stabilný reálny odber, equalizer sa môže použiť aj na „uvoľnenie časti výkonu napájacieho transformátora závodu, ktorý je zvyčajne rezervovaný pre jalový výkon, a to aj v prípadoch veľmi dynamických odberov alebo v miestach, kde distribútor nemá dostatočný zkratovy výkon  a pripojenie veľmi dynamických odberov (zváračky, lisovne a podobne) by spôsobilo vysokú úroveň Flickru na nadradenej sieti.

Equalizer je systém, ktorý je vždy navrhnutý podľa konkrétnej situácie u zákazníka tak, aby maximalizoval situáciu v jeho sieti. Výhody systému equalizer možno využiť aj pri potlačení vplyvu rozbehu veľkých motorov, kedy equalizer potlačí vysoké rozbehové prúdy odoberané zo siete, pričom pritom zachová krútiaci moment motora, na rozdiel napríklad Softstarter.

Okrem toho môže pomôcť vyriešiť stabilizáciu siete v miestach pripojenia solárnych alebo veterných elektrární, kde výrobca špeciálne projektuje Equalizer na tieto účely.

V neposlednom rade je dodávaná aj verzia, ktorá je schopná potlačiť krátkodobé poklesy napätia z nadradenej siete, tzv. manipulácie, až do dĺžky 3 sekúnd, a poklesu na 30% menovitej hodnoty napätia. Ale toto je už téma pre iný článok.

V tomto článku sa uvádza len krátky zoznam vlastností equalizer systému ELSPEC. Okrem uvedených produktov radu equalizer ELSPEC dodáva aj analyzátory kvality siete, a teda ponúka komplexné riešenie v oblasti kvality elektrickej energie. 

Pre viac informácií o riešeniach ELSPEC nás neváhajte kontaktovať na formulári uvedenom nižšie. Sme výhradným distribútorom spoločnosti ELSPEC v Českej republike a na Slovensku.