Menu
Spadek napięcia może prowadzić do poważnych problemów, takich jak awarie procesu produkcyjnego i problemy z jakością. Takie awarie zdarzają się znacznie częściej niż przerwy. Ekonomiczny wpływ spadków napięcia jest często znacznie niedoceniany. Ale czym właściwie jest spadek napięcia? Jak dochodzi do spadku napięcia? Czy można uniknąć spadku napięcia, czy też musimy starać się ograniczyć szkody następcze poprzez wczesne wykrycie? W tym artykule omówimy te tematy bardziej szczegółowo.
Zgodnie z europejską normą EN 50160, przez zapad napięcia rozumie się nagły spadek napięcia skutecznego do wartości pomiędzy 90% a 1% określonej wartości, po którym następuje bezpośredni powrót tego napięcia. Czas trwania zapadu napięcia wynosi od połowy okresu (10 ms) do jednej minuty. Jeśli napięcie skuteczne nie spadnie poniżej 90% ustawionej wartości, uważa się to za normalny stan pracy. Jeśli napięcie spadnie poniżej 1% ustawionej wartości, jest to przerwa. Dlatego też zapadu napięcia nie należy mylić z przerwą. Przerwa następuje np. po zadziałaniu bezpiecznika (typowo 300 ms). Awaria zasilania rozprzestrzenia się na pozostałą część sieci dystrybucyjnej w postaci spadku napięcia. Ilustracja (ryc. 2) ilustruje różnicę pomiędzy zapadem, krótką przerwą i spadkiem napięcia.
Rys. 1: Przykład zapadu napięcia
Rys. 2: Różnica pomiędzy zapadem, spadkiem napięcia i przerwą
Jak dochodzi do spadku napięcia?
1. Prądy rozruchowe
Rys. 4: Typowy przykład stanu pracy, w którym następuje spadek napięcia na skutek zwarcia w sieci niskiego napięcia
W przypadku zwarcia w sieci niskiego napięcia płynie prąd zwarciowy. Wielkość prądu zwarciowego zależy od wielkości impedancji Z i Z3. W praktyce impedancja Z3 jest największa. O wielkości impedancji Z3 decyduje m.in. rodzaj i długość kabla. Im dłuższa długość kabla, tym mniejszy będzie prąd zwarciowy. Prąd zwarciowy powoduje spadek napięcia powyżej impedancji Z, co powoduje krótkotrwały spadek napięcia na głównej tablicy rozdzielczej niskiego napięcia (strefa spadku 1).
W przypadku zwarcia powinien zadziałać bezpiecznik grupy 3. Jeśli zadziałanie bezpiecznika zajmie 100 ms, napięcie w całym systemie doświadczy głębokiego spadku na 100 ms.
Zwarcia w sieci niskiego napięcia zdarzają się, ale w praktyce często można je zaniedbać. Zwarcia po stronie średniego napięcia są bardziej krytyczne.
Rys. 5: Większość spadków napięcia jest spowodowana zwarciami w sieci średniego napięcia
Awarie najczęściej powstają w sieci średniego napięcia. Mogą one wynikać na przykład z następujących czynników:
Poniższy rysunek (rys. 5) przedstawia typowy przykład struktury sieci średniego napięcia. Znane domy transformatorowe/stacje sieci lokalnej (zielone kropki) są połączone ze sobą w pierścień i podłączone do stacji dystrybucyjnej (niebieskie kropki). Pierścień jest zawsze gdzieś otwarty (patrz pierścień złożony z zielonych kropek w prawym dolnym rogu). W przypadku wystąpienia zwarcia płynie prąd zwarciowy (czerwona linia). Płynie tak długo, aż bezpiecznik w stacji rozdzielczej wyłączy pierścień. Można to zobaczyć na obrazku po lewej stronie (w pierścieniu w lewym górnym rogu).
Podczas zwarcia przez krótki czas płynie duży prąd. Ze względu na impedancję sieci prowadzi to do krótkotrwałego spadku napięcia w całej sieci. Ten krótki spadek napięcia staje się zauważalny jako „zapad napięcia”.
Około 75% spadków napięcia występuje w sieci średniego napięcia. Są one często nieuniknione dla konsumentów.
Zwarcia w sieci wysokiego napięcia są często spowodowane burzami lub (nieprawidłowymi) procesami przełączania. Te ostatnie szczególnie w obszarach na końcu linii wysokiego napięcia.
Problemy spowodowane spadkami napięcia
Spadek napięcia może spowodować awarię systemów komputerowych, systemów PLC, przekaźników i przetwornic częstotliwości. W procesach krytycznych nawet pojedynczy spadek napięcia może powodować wysokie koszty; szczególnie dotyczy to procesów ciągłych. Przykładami tego są procesy formowania wtryskowego, procesy wytłaczania, procesy drukowania lub przetwarzanie żywności, takiej jak mleko, piwo lub napoje bezalkoholowe.
Na koszty zapadu napięcia składają się:
Średni koszt zapadu napięcia zależy w dużej mierze od branży:
Czasami procesy odbywają się w obszarach bezzałogowych, gdzie spadki napięcia nie są od razu zauważalne. W takim przypadku na przykład wtryskarka może zatrzymać się niezauważona. Jeśli zostanie to odkryte później, poważne szkody już zostały wyrządzone. Klienci otrzymują produkty z opóźnieniem, a plastik w maszynie stwardniał. W drukarniach lub przemyśle papierniczym papier może się rozerwać, a nawet spowodować pożar.
Rys. 6: Krzywa ITI (CBEMA) określa, kiedy spadek napięcia prowadzi do awarii sprzętu IT
Szczególnie systemy informatyczne są podatne na przerwy w dostawie prądu i spadki napięcia. Oznacza to, że wszystkie procesy sterowane przez mikroprocesory są podatne na tego typu awarie np
Krzywa ITI-CBEMA stworzona przez Radę Przemysłu Informatycznego określa, kiedy zapad napięcia powoduje awarię sprzętu IT, a kiedy skok napięcia powoduje uszkodzenie sprzętu IT. Choć model został opracowany dla sieci 120V 60 Hz, ma on zastosowanie również do urządzeń podłączonych do sieci 230 V 50 Hz. Model może być używany przez producentów jako przewodnik projektowy.
Rys. 7: Kompaktowy analizator sieci UMG 604 idealnie nadaje się do sygnalizacji spadków napięcia
Spadków napięcia spowodowanych prądami rozruchowymi można uniknąć, ulepszając konstrukcję systemu technicznego. Spadek napięcia na skutek zwarć w sieci niskiego napięcia zdarza się zazwyczaj rzadko. Większość spadków napięcia jest spowodowana zwarciami w sieci średniego napięcia. Z przyczynami tych upadków nie da się nic zrobić.
Same włamania można usunąć poprzez:
Z tego możemy wyciągnąć wniosek, że naprawa spadków napięcia nie jest tanią sprawą. Czasami skuteczne może być wczesne sygnalizowanie spadków napięcia. Dzięki dobrym narzędziom do raportowania można zidentyfikować pierwotne przyczyny i podjąć bardziej ukierunkowane (a tym samym opłacalne) działania.
Rys. 8: Odchylenia napięcia wykrywane są przez analizator sieci w polu zasilania
Janitza oferuje szeroką gamę analizatorów zdolnych do wykrywania krótkich przerw i spadków napięcia. Analizator sieci UMG 604 stale monitoruje ponad 800 parametrów elektrycznych. Wszystkie kanały są próbkowane 20 000 razy na sekundę, sygnalizując i rejestrując krótkie przerwy i spadki napięcia. Na podstawie tych zdarzeń można następnie wysłać wiadomość e-mail lub SMS. Szczegółowe raporty można generować za pomocą dołączonego pakietu oprogramowania GridVis®-Basic.
Umieszczając UMG 604 w polu zasilania, otrzymujesz kompleksowe i ekonomiczne rozwiązanie do wykrywania, rejestrowania, ostrzegania i raportowania spadków napięcia. Urządzenie pomiarowe wyposażone jest w przeglądarkę internetową, która umożliwia pobranie najważniejszych parametrów bezpośrednio z urządzeń pomiarowych bez większego wysiłku i bez konieczności stosowania skomplikowanych programów. Dzięki wbudowanej przeglądarce zdarzeń można analizować przerwy i spadki napięcia oraz sporządzać raporty.
Podstawowa licencja GridVis® (GridVis®-Basic) jest dostarczana bezpłatnie wraz z urządzeniami pomiarowymi Janitza. Dzięki temu pakietowi jest to możliwe m.in
Dzięki wbudowanemu generatorowi raportów możliwe jest przetworzenie nawet okresowych spadków napięcia, krótkich przerw i szczytów napięcia w przejrzyste raporty z wykorzystaniem krzywej ITI (CBEMA).
Na poniższym rysunku (Rys. 10) widać trzy zapady napięcia, które doprowadziły do awarii systemu.
Rys. 9b: Dzięki GridVis® możesz samodzielnie przeprowadzać kompleksowe analizy
Rysunek 10: Raport o spadkach i skokach napięcia przy użyciu krzywej ITI
Spadki napięcia występują stosunkowo często i nie zawsze są wykrywane. Szkody ekonomiczne spowodowane spadkami napięcia są większe niż szkody spowodowane przerwami. Modernizując infrastrukturę elektryczną, można ograniczyć liczbę spadków napięcia. Zastosowanie zasilaczy awaryjnych lub cewek dławikowych może ograniczyć skutki spadków napięcia. Jednak w niektórych przypadkach środki te są zbyt kosztowne. Jednak pierwszym krokiem jest zawsze wykrycie i udokumentowanie spadków napięcia. Janitza oferuje kompletne rozwiązania, które stale monitorują i analizują całe procesy operacyjne w sposób zrównoważony i bezpieczny. Dzięki zastosowaniu nowoczesnej technologii pomiarowej można zidentyfikować i szybko rozwiązać problemy z jakością energii. Gwarantuje się wzrost bezpieczeństwa dostaw, zmniejszają się koszty utrzymania i wydłuża się żywotność systemu produkcyjnego.
