Добавить статью в Кабинет

4 критерия защиты оборудования

23/03/2015 Автор:

Среди многочисленных видов товаров, которыми мы пользуемся повседневно, есть и такой, как электроэнергия, и она как товар обладает целым рядом специфических свойств. Она непосредственно используется при создании других видов продукции и оказывает существенное влияние на экономические показатели производства и качество выпускаемых изделий.
В своей текущей деятельности компаниям приходится постоянно стремиться к повышению уровня прибыльности путем увеличения производительности труда, максимального использования активов и выполнения больших объемов работ с затратой меньших ресурсов (персонал, материалы, время). В той или иной мере все это может быть достигнуто с помощью использования современного технологического и информационного оборудования. Мировой рост цен на энергоносители, увеличение потребления электричества, постоянно повышающиеся требования к надёжности систем электроснабжения – всё это ведёт к тому, что у предприятий появляются новые задачи. Например, задача по поиску и внедрению технических решений, направленных на повышение энергоэффективности таких процессов, как генерация, передача, распределение и потребление электричества. Именно поэтому особо актуальным становится понятие качества электрической энергии, плохие показатели которой приводят к таким негативным последствиям как:
• отключения и простои технологического оборудования, вызванные авариями и переключениями во внешних сетях;
• прямые убытки, связанные с недовыпуском конечной продукции;
• косвенные убытки из-за возможных ремонтных работ механического оборудования, а также издержек на обслуживание;
• снижение надёжности системы электроснабжения;
• снижение эффективности производства и повышение удельной энергоёмкости единицы конечной продукции;
• уменьшение срока службы электрооборудования.
Большое количество электроэнергии можно сэкономить, если постоянно следить за ее качеством!
Рассмотрим основные требования, предъявляемые к защите оборудования и непосредственно влияющие на качество электрической энергии

Основные требования защиты
Все электрические цепи и электрические машины в электростанциях являются источниками неисправностей и аварий, либо могут быть им подвержены. Неисправности обусловлены пробоем изоляции между проводниками, а также между ними и землей вследствие целого ряда причин. Происходит протекание аварийных токов через относительно низкое сопротивление, что может привести к серьезным повреждениям оборудования, если вовремя не предотвратить аварийную ситуацию.

Давайте рассмотрим 4 требования к обеспечению электрической защиты:
1. Оперативность
При сбоях или коротком замыкании, степень повреждения в основном зависит от времени аварийного режима. Таким образом, желательно, чтобы аварийный режим был прерван максимально быстро.
С 1965 года в этой сфере были достигнуты большие успехи. Скорость действия защитных реле находится в пределах 10 миллисекунд, и время реакции в пределах 2 миллисекунд. Использование многоуровневой защитной системы минимизирует требования по времени реакции.
2. Надежность
Защитная система должна выполнять свои функции в любых условиях эксплуатации, поскольку последствия неработоспособности защиты могут быть катастрофическими. Это достигается с помощью резервирования защитных систем и дублирования источников питания.
3. Селективность (избирательность)
Защита должна обеспечивать изоляцию поврежденного оборудования, не вмешиваясь в работу неповрежденного. Это достигается путем применения перекрывающихся защитных зон.
4. Чувствительность
Защита должна уметь отличать аварийный режим от исправного функционирования для того, чтобы вовремя выявить его, а затем инициировать отключение до того, как авария достигнет опасного уровня.
С другой стороны, защита не должна быть слишком чувствительна и приводить к ложным срабатываниям.
Некоторые нагрузки потребляют большие токи при запуске – это нужно учитывать для предотвращения ненужного. Способность релейных защитных систем обеспечить требуемые показатели чувствительности улучшает использование многоуровневых защит.
ТО_4
Современные производственные процессы строятся на прогрессивных технологиях, начиная от автоматизированных производственных линий до технологий производства полупроводников. Все эти технологии основываются на стабильном и непрерывном электроснабжении. Однако энергосистемы все более и более восприимчивы к непредсказуемым изменениям и пропаданиям питания случайного характера. Отсюда растущий спрос на системы поддержки, которые предоставляют надежное, непрерывное поступление электроэнергии для важных и чувствительных потребителей, даже во время существенных нарушений в работе сети.

Нарушения в работе сети
Существуют различные проблемы, которым может быть подвержено напряжение сети. Они включают кратковременное перенапряжение, просадки напряжения, эффект фликера (периодически происходящие колебания напряжения сети), дисбаланс фазного напряжения, гармонические искажения напряжения и пропадание питающего напряжения. Просадки напряжения (также называемые провалы напряжения), характеризуются амплитудами ниже 90% номинального напряжения и являются наиболее частой проблемой с качеством электрической энергии. Просадкой напряжения также является снижение действующего значения напряжения, связанные с частотным искажением формы и характеризуется их продолжительностью и остаточным напряжением.
Несмотря на то, что основными причинами перепадов напряжения являются атмосферные помехи (например, молния), неисправности и коммутационные процессы в сети также могут привести к краткосрочным просадкам. Исследование показывает, что более 92% всех просадок имеют глубину от 10% до 30% и продолжительность менее секунды. Глубина и длительность просадки напряжения зависят от многих факторов: характеристики локальных электросетей (разветвленность, импедансы и заземления), текущий уровень напряжения при ошибке, расстояние до места неисправности, характер нагрузки и особенности их работы под пониженным напряжением, и т.д.
Ущерб для промышленных предприятий из-за нарушений в работе сети.
Пропадания напряжения сети могут оказать значительное влияние, например, брак продукции и длительный перезапуск оборудования или целой линии. Также последствиями могут стать механические неисправности оборудования, дорогостоящий ремонт и обслуживание, снижение качества продукции. Прибавьте к финансовым потерям штрафы за невыполнение условий договора и испорченную репутацию, и тогда затраты от таких случаев быстро станут весомыми, особенно в отраслях промышленности с длительным циклом производства.
Для решения проблемы необходимо устройство, которое компенсирует эту просадку, обеспечивая поддержку напряжения на необходимом уровне, исключающем остановку оборудования.

Компенсатор напряжения
КН
Рентабельной альтернативой UPS, обеспечивающей защиту чувствительного оборудования или технологических процессов, является компенсатор напряжения (КН). Эта система построена на базе инверторов напряжения, которая защищает чувствительные промышленные и коммерческие объекты от резких нарушений в сетевом напряжении. КН обеспечивает быструю, точную коррекцию просадок и скачков напряжения.
КН защищает чувствительное промышленное оборудование и технологические процессы от изменений напряжения и просадок до 40% в течение 30 секунд, за счет вольтодобавки корректирующего напряжения. При прекращении электроснабжения КН способен поддерживать технологический процесс в течение 3 секунд. Этого времени достаточно для переключения на резервную линию электропитания. Такой показатель позволяет оценивать данный продукт как надежное средство защиты оборудования, исходя из критериев защиты оборудования.
КН состоит из двух последовательных уровней преобразования, запитывающих вторичную обмотку вольтодобавочного трансформатора, подключенного между сетью и нагрузкой. Это позволяет уменьшить стоимость решения, так как через преобразователь протекает лишь до 40% мощности нагрузки.
КН содержит резервную систему байпасирования, которая отключает его от сети потребителя при внутренних неисправностях в нем или на стороне потребителя. Данный функционал подчеркивает селективность и чувствительность оборудования, так как КН выявляет проблему в электросети и устраняет лишь ее, не затрагивая неповрежденное оборудование.
Существует модификация КН, которая гарантирует быструю и полную коррекцию просадок напряжения по трем фазам до 70% от номинального значения и просадок напряжения одной фазы вплоть до 55% от номинального значения в течение 30 секунд. Таким образом, компенсатор напряжения можно включить в список оперативных устройств для защиты предприятий. В случае более глубоких просадок напряжения он выполняет частичную коррекцию, которая в большинстве случаев предотвращает нежелательное отключение нагрузки.
КН компенсирует кратковременные просадки, при этом у него отсутствуют накопители энергии (например, аккумуляторы и конденсаторы), за счет чего он является более выгодным решением, по сравнению с ИБП. Существует также модифицированный компенсатор напряжения, оснащенный накопителями сравнительно малой емкости, по сравнению с ИБП, что обеспечивает работу оборудования при кратковременном прекращении электроснабжении. За счет этого КН+ обеспечивает меньшие затраты на техническое обслуживание и меньшую площадь в плане. В дополнение, КН постоянно отслеживает сетевое напряжение, обеспечивая отсутствие переходных процессов в сети. КН применяется в средневольтных сетях по схеме с согласующим трансформатором на входе устройства.

Маркетинговое исследование Корпорации Триол
В 2014 году специалисты Корпорации Триол провели исследование проблемы низкого качества электроснабжения, влияющей на успешность работы предприятий в различных отраслях.
В ходе исследования мы проанализировали 80 сегментов на территории всей России – это свыше 300 предприятий. Мы поговорили с представителями 243 компаний. Среди них такие предприятия как Московский НПЗ, Кондопожский целлюлозно-бумажный комбинат, ЗАО Москабельмет, Уральский электромеханический завод (УЭМЗ), Челябинский механический завод (ЧМЗ), Фроловский электросталеплавильный завод (Волга-ФЭСТ) и многие другие. По результатам телефонного опроса наших заказчиков и проведенных личных интервью с главными энергетиками предприятий, в 70-ти случаях из 243-х выявлена высокая заинтересованность в установке оборудования, решающего проблемы низкого качества сети.
Были выявлены отрицательные последствия, являющиеся следствием низкого качества электрической сети:
• Останов технологической линии либо всего производства;
• Брак продукции;
• Поломка оборудования;
• Затраты на повторный запуск;
• Простой всего предприятия;
• Недовыпуск продукции;
• Безопасность людей.
В ряде случаев частота и важность данных проявлений ставит перед предприятиями вопрос о приобретении оборудования, защищающего технологические процессы.
Данные проблемы и потребность в защите производства характерны для предприятий, обладающих:
• системами с непрерывным технологическим процессом под управлением микропроцессорных устройств;
• станками с ЧПУ;
• автоматизированными линиями по изготовлению продукции;
• автоматизированными и роботизированными линиями;
• технологическими процессами, чувствительными к изменению технологических параметров и др.
При этом существуют и факторы, снижающие потребность в защите оборудования от просадок напряжения:
• Мало высокочувствительного оборудования;
• Близкое расположение к станции (короткие линии);
• Хорошее качество сети;
• Корректно спланировано производство (наличие запаса по мощности);
• Отсутствуют непрерывные процессы;
• Наличие собственных источников генерации;
• Наличие складских запасов, для компенсации сбоев производства.
В ходе исследования выявлены следующие распределения по типам сетей и оборудования:
Статистика распределения потребности защиты оборудования от просадок
ТО_1
Статистика распределения потребности защиты оборудования от полного пропадания сети
ТО_2
Статистика распределения глубины и длительности просадки напряжения в сети:

Даже при продуманной схеме электроснабжения предприятия всегда существует проблема короткого замыкания у соседей и переключение по высокой стороне.
На настоящий момент существуют следующие технические решения для проблем низкого качества сети:
• установка ИБП;
• установка конденсаторов;
• ретрофит электрической сети (установка более мощных трансформаторов, переход на более короткие фидеры, установка АФКУ и КРМ, использование БАВР);
• строительство новой, либо реконструкция существующей ТП;
• модернизации внутренней сети (перераспределение нагрузки);
• установка ESS (Energy Storage Systems);
• установка Стабилизатора на автотрансформаторе;
• установка Динамического Компенсатора Искажения Напряжений.
Данное оборудование помогает избежать возникновения и влияния кратковременных просадок и провалов напряжения на технологическое оборудование.
В целом, применение данных решений обосновано в тех или иных конкретных случаях, и может быть предложено только в результате анализа сети при помощи соответствующих инструментальных средств. В ряде случаев данные инструменты могут как дополнять, так и перекрывать возможности друг друга.
Потенциальный заказчик, имеющий систематические потери из-за низкого качества электропитания, предъявляет следующие требования к решениям:
• Защита оборудования от кратковременных просадок;
• Защита оборудования от кратковременных провалов;
• Надежность;
• Компактность;
• Приемлемый срок окупаемости продукта.
В целом, подход к решению проблемы качества электрической сети должен быть комплексным и всесторонним, гарантирующим хорошо прогнозируемый результат за минимальные средства.

UPS (Источник бесперебойного питания — ИБП)
ТО_7
Основное средство защиты серверов, вычислительных центров и коммуникационного оборудования от колебаний напряжения – это быстродействующие системы UPS и энергонакопительные маховики. В зависимости от производственного процесса, только 5-20% мощности предприятия защищают посредством установки ИБП, что связано со значительными инвестициями и высокими операционными затратами. Высокие электрические потери от традиционного метода двойного преобразования, применяемого в UPS (между 4% и 8%), и высокие затраты на обслуживание аккумуляторов, или других устройств хранения энергии, удерживают промышленные компании от защиты всего производства от колебаний напряжения. Компромисс находится между частотой аварийных событий, финансовой эффективностью и затратами на установку и эксплуатацию.
Есть также резервная система UPS, которая обеспечивает переключение на автономное питание при падении напряжения питающей сети до 90% номинального.
Такой UPS предлагает несколько преимуществ перед традиционными системами ИБП за счет резервирования сети,. При любом коротком замыкании в сети аварийные токи не протекают через устройство (так как UPS отключает нагрузку от сети), поэтому потребителю не нужно менять уставки защиты (так как они настроены для ликвидации проблем в нагрузке). Кроме того, внутренняя неисправность или повышенный ток короткого замыкания не приводят к срабатыванию защиты между генератором и нагрузкой.
Имея КПД 99% система более проста в управлении, что является преимуществом перед традиционными системами ИБП. В качестве элемента накопления энергии, система обычно использует высокоэффективные конденсаторы, которые имеют до 500,000 рабочих циклов и требуют незначительного профилактического обслуживания. Это означает, что продолжительность службы накопителя энергии не снижается во время работы нагрузки от сети. Циклы заряда и разряда оказывают незначительное влияние на срок эксплуатации этих накопителей.
Исходя из вышеизложенного можно сказать, что система оперативна, избирательна и чувствительна, так как имеет двойное преобразование. Но в свою очередь система требует периодического обслуживания аккумуляторных батарей, что не позволяет назвать ее абсолютно надежной.

БАВР (Быстродействующий Автоматический Ввод Резерва)
БАВР – комплекс, предназначенный для обеспечения непрерывного электроснабжения всех потребителей подстанции путем их переключения на резервный источник питания за время не более 65 мс при возникновении любых видов коротких замыканий в цепи основного источника питания и/или отключении головного выключателя.
Внедрение БАВР с общим временем полного цикла не более 65 мс позволяет обеспечить:
• непрерывность технологических процессов (надежность электроснабжения потребителей и устойчивость как высоковольтной, так и низковольтной электродвигательной нагрузки) при кратковременных нарушениях электроснабжения, попадающих в зону действия устройств АВР;
• повышение остаточных напряжений на шинах ТП 6(10)-35/0,4 кВ и существенное уменьшение отпадания магнитных пускателей, контакторов в цепи питания низковольтных электродвигателей;
• обеспечение успешного самозапуска всех (а не только основных) электродвигателей при восстановлении электроснабжения потребителей.
Если оценивать данный продукт по 4 критериям защиты оборудования, то получаем надежное и оперативное оборудование.

Стабилизатор на автотрансформаторе

Стабилизатор напряжения — электромеханическое или электрическое (электронное) устройство, имеющее вход и выход по напряжению, предназначенное для поддержания выходного напряжения в узких пределах, при существенном изменении входного напряжения и выходного тока нагрузки.
По типу выходного напряжения стабилизаторы делятся на стабилизаторы постоянного напряжения и переменного напряжения. Как правило, вид напряжения на входе стабилизатора и на его выходе совпадают (постоянное либо переменное), но в некоторых типах стабилизаторов их виды разные.
Одной из главных характеристик стабилизаторов напряжения является мощность подключаемой нагрузки, которая и служит основным критерием выбора той или иной модели стабилизатора. Выбирая стабилизатор напряжения необходимо помнить, что его мощность должна быть такой же или чуть превышать мощность того прибора, для которого он приобретается. Если требуется защита нескольких приборов, то нужно знать мощность каждого из них и соответственно подбирать стабилизатор.
Другой важный момент, о котором необходимо помнить: в приборах с асинхронными двигателями, в частности, в холодильниках, насосах, пусковые токи в несколько раз превышают токи номинальные, поэтому для них стабилизатор нужно выбирать с двух—трехкратным запасом по мощности.
Оценивая стабилизатор напряжения по заданным критериям, можно отметить высокую чувствительность и надежность данного оборудования. Но в свою очередь оно не является оперативным (до 130 В/сек) и его нельзя назвать селективным в силу того, что стабилизатор может создать дополнительные помехи в сети.

Мы в Корпорации Триол всерьез задумались над решением задач, связанных с повышением качества электроэнергии на предприятиях. Специалисты нашей компании провели серьезное исследование данной проблематики, поговорили с главными энергетиками, которые каждый день сталкиваются и пытаются решать эти задачи. Кроме того, мы сами являемся производителем оборудования и потребителем, и о проблемах с качеством электроэнергии мы знаем не понаслышке. Так почему бы не взять все в свои руки и не начать эффективно управлять данным ресурсом!
В настоящий момент технические специалисты нашей компании занимаются разработкой Компенсатора Напряжения. Данное оборудование имеет ряд преимуществ перед другими приборами, поддерживающими качество электрической сети. Триол КН защищает оборудование от бросков и просадок напряжения в сети, при которых стабилизаторы оказываются слишком медленными, а UPS чрезмерно дорогими. При этом имеет минимально возможную стоимость владения за счет КПД близкого к 100%, то есть устройство работает при минимальном потреблении электроэнергии для собственных нужд. Этот продукт предъявляет минимальные требования к обслуживающему персоналу. Одним из важных преимуществ компенсатора напряжения является простота его интеграции в существующую на предприятии АСКУЭ.

Мы сэкономим деньги, которые вынуждены переплачивать за низкое качество электроэнергии, и вложим сэкономленные средства в достижение новых, еще более амбициозных целей!

Поделиться в соц. сетях:

int(5097)

Основные комментарии:

Комментарии от Вконтакте:

Комментарии от Facebook:

Добавить комментарий

Войти с помощью: 
3257