Hloubkový audit kvality elektrické energie

V poslední dekádě dramaticky vzrostl potenciál vzájemného ovlivňování strojů a zařízení připojených na vnitřní síť závodu a vnější elektrické sítě. Na druhou stranu vzrostla nutnost spoléhat se na každodenní hladký provoz, který ovlivňuje celkovou ekonomickou životaschopnost výroby.

Vlivem moderních technologií využívajících vysoký stupeň automatizace, výkonové elektroniky, měničů frekvence, regulátorů, ale i vlivem vysoké dynamiky výroby, dochází ke zkreslení napětí a proudů v sítích výrobních závodů, vzniku harmonických složek s vyššími frekvencemi i k rychlému kolísání napětí sítě vlivem prvků s kapacitním a indukčním charakterem s rychle se měnícím odběrem (pohony, akční členy atd.). Tyto prvky významným způsobem ovlivňují kvalitu elektrické energie, důležitou pro stabilní provoz závodu.

Již dlouho tedy neplatí, že napětí a proudy v síti závodu mají sinusový průběh a všechny fáze mají stejné napětí a jestliže je problém s elektrickou energií, tak je to vinou dodavatele.

Velká většina přístrojů používaných pro měření kvality - analyzátorů kvality elektrické energie, pracuje a vyhodnocuje normy EN 50160. Při měření se zde u většiny parametrů potřebných k vyhodnocení daného stavu, na základě navazujících norem, používá průměrování v čase. Například při měření napětí je průměrováno přes 10 period 50Hz sítě. To znamená, že události, které jsou kratší než 200 ms, se ve výsledném zobrazení prakticky neobjeví nebo jejich velikost je zásadně zkreslena (obr. 5).

Další nevýhodou těchto analyzátorů je i to, že před měřením je třeba předem navolit měřené parametry a jejich limity, které však vlastně nejsou známé. Analyzátor provede měření, vypočítá požadované parametry, zachytí je do paměti a následně dá k dispozici uživateli.

Jsou-li tyto parametry navoleny nevhodně nebo je třeba zjistit ještě nějaký další parametr, není to možné bez opakování měření, hledaná událost se však již nemusí opakovat. Proto ve většině případů po provedení měření s použitím takovéhoto přístroje a postupu podle normy EN 50160 je konstatováno, že síť je v pořádku.

Při měření se však ztratily události potlačené metodou předepsanou normou. Proto Blue Panther používá zařízení, které zaznamenává čtyři napětí a čtyři proudy bez jakéhokoliv časového omezení a průměrování. Tím se získá představa o skutečném fyzikálním stavu změn těchto parametrů.

Elektrická energie jako vstupní surovina

Práce výrobních zařízení při optimálních podmínkách elektrické sítě pomůže uživateli na jedné straně maximalizovat využití jejich schopností, efektivity i životnosti a na druhé straně přinese malé nároky na jejich údržbu. Neporozumění kvalitě elektrické energie napájející výrobní zařízení i podmínkám v závodě může být kritické pro výsledky výrobní činnosti.

Elektrickou energii je tedy třeba považovat za vstupní surovinu v procesu výroby stejně jako ostatní suroviny a materiály. Surovinu, která ovlivňuje významným dílem finální kvalitu výrobků, plynulost výroby, energetickou spotřebu závodu, ale i životnost výrobních zařízení a v neposlední ředě i náklady na údržbu.

Obr. 1. Graf kvality elektrické energie

Co je hloubkový audit kvality elektrické energie

Je to služba, dodávaná společností Blue Panther k zjištění stavu kvality, spolehlivosti a bezpečnosti elektrické energie, vzájemného ovlivňování technologie i vlivu vnější elektrické sítě. Nejde o audit spotřeby, ale spotřeba je také jeho součástí.

Skládá se ze tří částí:
– z průzkumu na místě,
– měření speciálním zařízením s vysokou rychlostí a kapacitou záznamu,
– z „ručního“ vyhodnocení naměřených dat s využitím našeho know-how vypracovaného na základě dlouhodobých zkušeností a znalostí.

Proč hloubkový audit elektrické energie

Riziko

Ignorovat projevy nekvality elektrické energie v elektrickém energetickém systému závodu může vést až ke zničení výrobních zařízení i součástí samotného energetického systému, jako je např. trafostanice. Následuje snížení výrobních schopností technologie nebo zkrácení její životnosti. Přerušení důležitých procesů (přerušení činnosti strojů či energetiky) vlivem nekvality elektřiny může vést ke ztrátě výnosů a následné náklady na nápravu mohou mnohonásobně převážit náklady na zlepšení kvality elektřiny.

Obr. 2. Ověření se týká všech stránek dodávky elektrické energie

Vlivem nekvality elektřiny vzrůstá i spotřeba celého závodu a existuje i riziko penalizace ze strany dodavatele energie.

Projevy nekvality elektrické energie:
– oteplování motorů, transformátorů a vedení vedoucí ke zkrácení životnosti nebo okamžité poruše,
– náhodné výpadky nastavení automatů,
– výpadky činnosti automatů, PLC apod.,
– nestabilita provozu pohonů, náhodné poruchy pohonů,
– poškozování elektroniky,
– náhodné výpadky počítačových systémů řízení výroby,
– blikání osvětlení.

Obr. 3. K dispozici jsou měřicí přístroje špičkových výrobců

Přístup společnosti Blue Panther

Při zjišťování možností vzájemného ovlivňování zařízení i vlivu nadřazené sítě postupuje Blue Panther pragmatickým způsobem.

Má dlouholeté zkušenosti a znalosti, jak nalézt vzájemná ovlivňování technologií a strojů, poruchy i vliv nadřazení sítě a jak je napravit.

Blue Panther vypracoval vlastní metodu ověřování vzájemného ovlivňování zařízení a působení elektrické sítě – Hloubkový audit kvality elektrické energie.

Vychází z přímého vyhodnocování z měření vysokou rychlostí vzorkování, na rozdíl od metodiky vyhodnocení stavu kvality elektrické energie prováděné podle energetické normy ČSN EN 50160, která je určena pro případ vztahu dodavatel – odběratel.

Způsob měření a vyhodnocení většiny kvalitativních parametrů podle ČSN EN 50160 používá průměrování v čase přes 10 period 50Hz sítě. Dochází tak ke zkreslení výsledků skutečného fyzického stavu na síti, jehož znalost je zásadní pro zjištění míry ovlivňování se provozních systémů v závodě (podrobněji dále).

Ověřuje následující parametry elektrické energie:
– Spojitost dodávky, tj. zda energie je v síti závodu dostupná v dostatečné kvalitě potřebné pro instalovaná zařízení.
– Kvalitu napětí a odebíraného proudu z hlediska jejich vlivu na instalovaná zařízení i nadřazenou síť, životnost a poruchovost.

Energetické systémy v závodech jsou jen zřídkakdy náležitě přizpůsobeny pro současné výrobní technologie založené na automatizaci a výkonové elektronice a věří se, že výrobci těchto zařízení a integrátoři systémů předpokládali všechny souvislosti tak, aby systém pracoval spolehlivě.

Obr. 4. Ztráty způsobené výpadky

I když každé z instalovaných zařízení by samo o sobě pracovalo spolehlivě, jejich společná činnost na dané síti závodu spolehlivá být nemusí, a to kvůli vzájemnému ovlivňování jich samých i dané sítě.

Statisticky je prokázáno, že 85 až 95 % všech poruch a výpadků výrobních systémů je způsobeno jejich vlastním vlivem na kvalitu elektrické energie, a jen 5 až 15 % poruch způsobuje nadřazená síť.

Cena typického servisního zásahu typu „nic nebylo zjištěno“ je orientačně 30 000 Kč. Často technici mění dobré součástky metodou pokus-omyl, protože nevědí, co jiného dělat. 

Co je výsledkem Hloubkového auditu kvality elektrické energie?

Výsledkem je report obsahující tyto informace:
1. Zjištění relevantního stavu kvality elektrické energie.
2. Popis extrémních dějů, které se v daném místě sítě vyskytují a jejich případné příčiny.
3. Informace o energetickém využití transformátoru v čase.
4. Informace o zařízeních nebo jejich skupinách, která zásadně ovlivňují kvalitu sítě v daném uzlu, způsobují dané jevy, a tím ovlivňují provoz ostatních zařízení.
5. Upozornění na tento stav pro údržbu závodu pro provedení kontroly daných zařízení a ověření jejich bezchybné činnosti, případně návrh na další audit a měření ve vybraných místech technologie pro upřesnění zdroje rušení.
6. V případě zjištění vzniku rychlých poklesů napětí a vysoké úrovně harmonických doporučení nasazení systému potlačení poklesů napětí a harmonických složek.
7. Doporučení úprav energetického systému.

Obr. 5. Záznam v závislosti na způsobu průměrování v čase

Zájem zákazníka je i zájmem společnosti Blue Panther

Nikdy se nejedná bez informování o výsledcích a řešeních. Výsledky jsou prezentovány příslušným odborným pracovníkům i vedení společnosti tak, aby jim jasně porozuměli.

Navíc tím, že je společnost Blue Panther zástupcem většiny špičkových výrobců kvalitní měřicí techniky, je společnost schopna kvalifikovaně doporučit vhodné zařízení i pro vlastní potřeby údržby.

Když je doporučováno řešení nápravy, instruují se provozní pracovníci o principech kvality elektrické energie a o zjištěných příčinách problémů.

Výhody Hloubkového auditu kvality elektrické energie

– Konečná zpráva poskytne komplexní obraz o stavu elektrického systému z pohledu parametrů kvality elektrické energie.
– Zpráva je primárním nástrojem základní důležitosti pro preventivní údržbu závodu.
– Obsahuje seznam případných dalších měření, která je postupně třeba učinit (jestliže budou zjištěny poruchy), dříve než dojde k negativnímu Fakta

Fakta

Cena výpadků výrobních zařízení je v miliardách euro ročně (obr. 4).

---

Vyšlo v časopise Elektro č. 6/2017 na straně 53. 
Tištěná verze – objednejte si předplatné: pro ČR zde, pro SR zde.
Elektronická verze vyšlých časopisů zde.