Zapady napięcia Zapady napięcia

JakoϾ zasilania - poradnik
Zapady napiêcia
Wprowadzenie
G
G
Transmission Network
0.1
5.1
Generator
0.1
Level 1
0.1
Breakers
0.5
Level 2
Level 3
1
1
1
1
1
Impedances
1
1
F3
Other loads
Load 3
Load 2
Load 1
Zapady napiêcia
F1
Zapady Napiêcia
Wprowadzenie
David Chapman
Centrum Promocji Miedzi
Marzec 2001
Polskie Centrum Promocji Miedzi S.A. (PCPM S.A.)
Polskie Centrum Promocji Miedzi S.A. jest organizacj¹ non-profit, finansowan¹ przez dostawców miedzi oraz producentów pragn¹cych zachêciæ odbiorców do stosowania miedzi i jej stopów oraz promuj¹cych ich prawid³owe i efektywne zastosowanie. Dzia³alnoœæ Centrum obejmuje zapewnienie technicznego doradztwa i informacji tym, którzy s¹ zainteresowani wykorzystaniem miedzi w jej wszystkich aspektach.
Centrum równie¿ zapewnia ³¹cznoœæ miêdzy jednostkami badawczymi a przemys³em wykorzystuj¹cym miedŸ w produkcji oraz utrzymuje
blisk¹ ³¹cznoœæ z innymi organizacjami zajmuj¹cymi siê rozwojem miedzi na ca³ym œwiecie.
Europejski Instytut Miedzi (ECI)
Europejski Instytut Miedzi jest spó³k¹ joint venture Miêdzynarodowego Stowarzyszenia na Rzecz Miedzi (ICA) i IWCC. ECI, dziêki swoim
cz³onkom, zajmuje siê w imieniu najwiêkszych producentów miedzi na œwiecie i czo³owych europejskich producentów - promocj¹ miedzi w
Europie. Powsta³y w styczniu 1996 roku Europejski Instytut Miedzi jest wspierany dziêki sieci dziesiêciu Towarzystw Rozwoju Miedzi
(CDA) w krajach Beneluksu, we Francji, w Niemczech, Grecji, na Wêgrzech, we W³oszech, w Polsce, Skandynawii,Hiszpanii i Wielkiej Brytanii. Towarzystwo rozwija swoj¹ dzia³alnoœæ podjêt¹ przez CDA powsta³¹ w 1959 roku oraz dziêki INCRA (Miêdzynarodowemu Towarzystwu Badañ Miedzi) powsta³emu w 1961 roku.
Zrzeczenie siê odpowiedzialnoœci
Polskie Centrum Promocji Miedzi S.A. oraz Europejski Instytut Miedzi zrzekaj¹ siê wszelkiej odpowiedzialnoœci za bezpoœrednie b¹dŸ poœrednie skutki jak równie¿ nieprzewidziane szkody, które mog¹ byæ poniesione w wyniku u¿ycia informacji lub nieumiejêtnego u¿ycia informacji lub danych zawartych w niniejszej publikacji.
Copyright© Polskie Centrum Promocji Miedzi S.A.
Reprodukcja materia³u zawartego w niniejszej publikacji jest legalna pod warunkiem reprodukcji w ca³oœci i podania jej Ÿród³a.
Polskie Centrum Promocji Miedzi S.A.
50-136 Wroc³aw
pl. 1 Maja 1-2
Polska
European Copper Institute
168 Avenue de Tervueren
B-1150 Brussels
Belgium
Tel:
Fax:
e-mail:
Website:
Tel:
Fax:
Email:
Website:
00 48 71 78 12 502
00 48 71 78 12 504
[email protected]
www.miedz.org.pl
00 32 2 777 70 70
00 32 2 777 70 79
[email protected]
www.eurocopper.org
Zapady napiêcia
Wstêp
Zapad napiêcia to krótkotrwa³e zmniejszenie wartoœci skutecznej lub ca³kowity zanik napiêcia. WskaŸnikami opisuj¹cymi zaburzenie s¹: czas trwania i tzw. „napiêcie resztkowe” bêd¹ce najmniejsz¹ wartoœci¹ napiêcia, które wyst¹pi³o podczas zaburzenia, zwykle
wyra¿one w procentach wartoœci skutecznej napiêcia znamionowego. Podczas zapadu napiêcia do odbiornika nie jest dostarczana wystarczaj¹ca iloœæ energii. Mo¿e to wywo³aæ powa¿ne konsekwencje, zale¿ne od rodzaju obci¹¿enia.
Przysiady - d³u¿sze obni¿enia napiêcia - zwykle pod kontrol¹ dostawcy, s³u¿¹ obni¿eniu obci¹¿enia w czasie maksymalnego zapotrzebowania na energiê lub powstaj¹ w wyniku niewystarczaj¹cej energii zasilania w stosunku do obci¹¿enia.
Napêdy elektryczne, w tym tak¿e napêdy o zmiennej prêdkoœci, s¹ szczególnie czu³e na zapady napiêcia, poniewa¿ wymagaj¹ energii niedostêpnej z sieci zasilaj¹cej, a dostêpnej jedynie w postaci energii kinetycznej mas wiruj¹cych (napêdu oraz napêdzanego agregatu). W przypadku procesów, w których wykorzystuje siê kilka napêdów, poszczególne systemy steruj¹ce mog¹ „wyczuwaæ” zanikanie napiêcia i wy³¹czaæ stopniowo napêdy przy ró¿nych poziomach napiêcia z odpowiedni¹ zw³ok¹ czasow¹, doprowadzaj¹c do
ca³kowitej utraty kontroli nad realizowanym procesem. Procesy przetwarzania danych i sterowania urz¹dzeniami s¹ równie¿ bardzo
czu³e na zapady napiêcia i ich zak³ócenie mo¿e prowadziæ w efekcie do utraty danych i przed³u¿aj¹cego siê przestoju technologicznego. Towarzysz¹ce temu zjawisku bardzo wysokie koszty s¹ omówione w Czêœci 2 poradnika.
S¹ dwie g³ówne przyczyny zapadów napiêcia: za³¹czanie du¿ych odbiorników w rozpatrywanym obrêbie linii zasilaj¹cej zarówno
po stronie dostawcy jak i odbiorcy energii oraz zwarcia wystêpuj¹ce w ró¿nych punktach systemu.
Zapady napiêcia wywo³ane procesami ³¹czeniowymi odbiorników
du¿ej mocy
Podczas za³¹czania odbiorników du¿ej mocy, na przyk³ad podczas rozruchu du¿ych napêdów, pr¹d rozruchowy mo¿e kilkakrotnie
przekroczyæ wartoœæ pr¹du roboczego. Poniewa¿ obwód zasilaj¹cy i okablowanie instalacji s¹ przystosowane do nominalnego pr¹du
roboczego, zwiêkszony pr¹d pocz¹tkowy powoduje spadek napiêcia zarówno w sieci zasilaj¹cej jak i w instalacji odbiorcy. Skutek
zale¿y od tego jak 'sztywna' jest sieæ, to znaczy jak ma³a jest wartoœæ jej impedancji zastêpczej w punkcie wspólnego przy³¹czenia
(PWP) i jaka jest impedancja zastêpcza przy³¹czanego odbiornika . Zapady wywo³ane pr¹dami rozruchowymi charakteryzuj¹ siê
mniejsz¹ „g³êbokoœci¹” i s¹ o wiele d³u¿sze ni¿ zapady wywo³ane zwarciami w sieci - zwykle od jednej do kilku lub kilkunastu sekund, raczej jednak nie mniej ni¿ jedna sekunda.
£atwo poradziæ sobie z problemami powstaj¹cymi u u¿ytkownika spowodowanymi zbyt du¿¹ wartoœci¹ rezystancji w okablowaniu wewnêtrznym. Odbiorniki o du¿ej mocy powinny byæ przy³¹czone bezpoœrednio do Ÿród³a zasilania o odpowiednim poziomie
napiêcia - punktu wspólnego przy³¹czenia (PWP) lub wtórnej strony transformatora zasilaj¹cego. Jeœli problem wywo³a³a impedan-
Inne odbiorniki
Odbiornik 3
Odbiornik 2
Rys. 1. Przyczyna zapadów napiêcia.
Odbiornik 1
Wprowadzenie
cja sieci zasilaj¹cej w PWP - tzn. zasilanie jest zbyt „s³abe” - trzeba podj¹æ dalsze dzia³ania. Jednym z rozwi¹zañ jest zastosowanie,
w tych przypadkach, gdzie jest to mo¿liwe, uk³adu p³ynnego rozruchu (ang. soft start) ograniczaj¹cego wartoœæ pr¹du rozruchowego. W przypadku napêdów elektrycznych powoduje to wyd³u¿enie czasu rozruchu. Innym rozwi¹zaniem jest wynegocjowanie z dostawc¹ energii uk³adu zasilaj¹cego o mniejszej impedancji zastêpczej (wiêkszej mocy zwarciowej w PWP) - ale mo¿e byæ to kosztowne w zale¿noœci od struktury sieci na danym terenie. Jeœli nie mo¿na kontrolowaæ przyczyny obni¿enia napiêcia, trzeba bêdzie stosowaæ dodatkowe urz¹dzenia, aby kompensowaæ zapady napiêcia. Istnieje du¿a ró¿norodnoœæ takich urz¹dzeñ, od tradycyjnych stabilizatorów sterowanych mechanicznie do sterowanych elektronicznie prze³¹czników zaczepów i dynamicznych stabilizatorów napiêcia z elementami gromadz¹cymi energiê. Te urz¹dzenia s¹ omówione w Czêœci 5.3 poradnika.
Zapady napiêcia wywo³ane zwarciami w sieci zasilaj¹cej.
Sieæ zasilania jest bardzo z³o¿ona. Rozchodzenie siê zapadów napiêcia od miejsca, w którym wyst¹pi³o zwarcie do innych czêœci
systemu zasilaj¹cego zale¿y od jego konfiguracji oraz od wzglêdnych impedancji obwodu zwarcia, odbiornika i generatorów w punkcie ich wspólnego przy³¹czenia (PWP). Taki przypadek przedstawiono na rysunku 1.
Zwarcie w punkcie F3 powoduje zapad do napiêcia o wartoœci 0 % na zaciskach Odbiornika 3, zapad do 64 % w Odbiorniku 2 i do
98 % w Odbiorniku 1. Zwarcie w punkcie F1 spowoduje zapad do 0 % u wszystkich u¿ytkowników w Odbiorniku 1 i do 50% w pozosta³ych odbiornikach. Warto zauwa¿yæ, ¿e zwarcie na Poziomie 1 wywo³a skutki u znacznie wiêkszej liczby odbiorców w porównaniu ze zwarciem na Poziomie 3. Odbiorniki przy³¹czone na Poziomie 3 s¹ nara¿one na o wiele wiêcej zapadów ni¿ te, które s¹ przy³¹czone na Poziomie 1, poniewa¿ w przypadku tych pierwszych istnieje o wiele wiêcej mo¿liwych lokalizacji zwaræ - s¹ one nara¿one na skutki zwaræ wystêpuj¹cych na Poziomie 1 i 2. Odbiorniki na Poziomie 2 i 1 s¹ w mniejszym stopniu nara¿one na skutki zwaræ
wystêpuj¹cych na Poziomie 3. Im 'bli¿ej' Ÿród³a zasilania jest przy³¹czony odbiornik, tym mnie zapadów i tym mniej bêd¹ one dotkliwe.
Czas trwania zapadu zale¿y od tego, jak szybko obwody zabezpieczeñ zlokalizuj¹ miejsce zwarcia i od³¹cz¹ zwarty obwód. Czas
ten wynosi zwykle kilkaset milisekund. Poniewa¿ zwarcia mog¹ byæ przemijaj¹ce, na przyk³ad, jeœli spowodowa³a je spadaj¹ca z
drzewa na liniê ga³¹Ÿ, mog¹ one zanikn¹æ bardzo szybko po wyst¹pieniu zaburzenia. Gdyby, zwarty obwód zosta³ trwale od³¹czony
przez uk³ad zabezpieczeñ, wtedy wszyscy odbiorcy zasilani z tej linii zostaliby pozbawieni zasilania do czasu, gdy linia zostanie
sprawdzona i ponownie za³¹czona . Urz¹dzenia do samoczynnego ponownego za³¹czenia (SPZ) s¹ przydatne w takich sytuacjach, lecz
jednoczeœnie zwiêkszaj¹ one liczbê zapadów napiêcia. SPZ za³¹cza zwarty obwód na krótki okres czasu (mniej ni¿ 1 sekunda) po tym
jak zadzia³aj¹ urz¹dzenia zabezpieczaj¹ce. Jeœli zwarcie zniknie, za³¹czenie koñczy siê sukcesem i nastêpuje przywrócenie zasilania.
Odbiorcy przy³¹czeni poni¿ej miejsca zwarcia doœwiadcz¹ 100 % zapadu napiêcia pomiêdzy chwil¹ od³¹czenia i chwil¹ samoczynnego ponownego za³¹czenia linii, w której wyst¹pi³o zwarcie. Pozostali odbiorcy doœwiadcz¹ zapadu napiêcia o mniejszej „g³êbokoœci” i o krótszym czasie trwania, zawartym pomiêdzy chwil¹ zaistnienia zwarcia i chwil¹ od³¹czenia zwartej linii. Jeœli zwarcie nie
zaniknie po zadzia³aniu SPZ, uk³ad zabezpieczeñ zostanie ponownie uaktywniony; taki schemat dzia³ania bêdzie powtarzany zgodnie
z przyjêt¹ dla danego SPZ zaprogramowan¹ procedur¹ dzia³ania . Za ka¿dym razem, kiedy nastêpuje ponowne za³¹czanie zwartej linii, wystêpuje kolejny zapad napiêcia, i dlatego inni odbiorcy mog¹ doœwiadczyæ ca³ej serii zapadów. Efektywnoœæ dzia³ania zak³adów energetycznych na rynkach energii, gdzie ceny s¹ uwolnione mo¿e byæ oceniana czêœciowo - w przypadku Wielkiej Brytanii wy³¹cznie - na podstawie œredniej liczby „straconych przez u¿ytkownika minut”, licz¹c przerwy w zasilaniu trwaj¹ce zwykle ponad jedn¹ minutê. Aby zmniejszyæ statystyczn¹ wartoœæ tego wskaŸnika zaczêto szeroko stosowaæ urz¹dzenia do samoczynnego ponownego
za³¹czania, co w efekcie zwiêkszy³o prawdopodobieñstwo wyst¹pienia zapadów napiêcia. Innymi s³owy, zwiêkszono w ten sposób
pewnoœæ zasilania, lecz za cenê pogorszenia jakoœci energii.
Czu³oœæ urz¹dzeñ
Komputery s¹ obecnie niezbêdne we wszystkich firmach czy to w formie stacji roboczych, serwerów sieciowych czy urz¹dzeñ sterowniczych. Maj¹ one zasadnicze znaczenie dla przetwarzania danych i wielu funkcji komunikacyjnych, takich jak poczta elektroniczna czy skrzynki g³osowe. To dziêki wprowadzeniu sprzêtu komputerowego po raz pierwszy zauwa¿ono problem zapadów napiêcia (tak naprawdê najwiêkszy problem jakoœci zasilania), a pierwszym instalacjom towarzyszy³a olbrzymia iloœæ z pozoru przypadkowych awarii, które w konsekwencji wymaga³y wiele dodatkowej obs³ugi. Zdobywanie wiedzy w tym zakresie doprowadzi³o do powstania tak zwanej charakterystyki CBEMA (Stowarzyszenia Producentów Sprzêtu Komputerowego i Biurowego, ang. Computer and
Business Equipment Manufacturers Association) - Rys. 2. Charakterystyka ta od pocz¹tku ulega³a modyfikacjom i obecnie jest znana jako charakterystyka ITIC (Rady ds. Techniki Informatycznej, ang. Information Technology Industry Council) - Rys. 3, a ANSI
(Amerykañski Instytut Standaryzacyjny) przyj¹³ jeszcze inn¹ jej wersjê znan¹ jako charakterystyka IEEE (Instytutu In¿ynierów Elektryków i Elektroników) 446 Rys. 4.
Wprowadzenie
Rys. 2. Charakterystyka CBEMA.
Rys. 3. Charakterystyka ITIC.
Rys. 4. Charakterystyka ANSI.
!
Wprowadzenie
Czas trwania zapadu jest zale¿ny od wzglêdnej wartoœci napiêcia „resztkowego” podczas zaburzenia, odniesionej do jego wartoœci
znamionowej W tym uk³adzie wspó³rzêdnych okreœlone s¹ wartoœci graniczne w obrêbie których urz¹dzenia powinny pracowaæ bez
przerw i bez utraty danych. Najistotniejsza z punktu widzenia zapadów jest linia przedstawiaj¹ca doln¹ granicê dopuszczalnego obszaru, poniewa¿ rozgranicza ona zapady na takie, które powoduj¹ awariê i takie które awarii nie wywo³uj¹.
Idealnie by³oby gdyby istnia³a tylko jedna charakterystyka przedstawiaj¹ca rzeczywistystan sieci zasilaj¹cej, do której odniesione
s¹ wszystkie urz¹dzenia. W rzeczywistoœci jednak, pomimo tego, ¿e wiele urz¹dzeñ spe³nia kryteria wyznaczone przez jedn¹ z charakterystyk, dzia³anie sieci zasilaj¹cej jest dalekie od okreœlonych przez charakterystyki standardów.
Charakterystyki czu³oœci urz¹dzeñ
Zasilacze sprzêtu elektronicznego, takie jak te stosowane w komputerach osobistych (PC) i programowalnych sterownikach logicznych (PLC) wykorzystuj¹ filtry pojemnoœciowe (kondensator) , aby wyg³adziæ kszta³t przebiegu napiêcia po stronie pr¹du sta³ego prostowników. Dziêki temu s¹ one z natury odporne na krótkotrwa³e zapady napiêcia. Im wiêksza jest pojemnoœæ kondensatora oraz im
wiêksza jest ró¿nica pomiêdzy jego napiêciem a minimaln¹ wartoœci¹ napiêcia wymagan¹ dla prawid³owej pracy wewnêtrznego przekszta³tnika napiêcia, tym wiêksza jest odpornoœæ zasilacza. Konstruktorzy zawsze bêd¹ próbowaæ w jak najwiêkszym stopniu zmniejszyæ wartoœæ pojemnoœci kondensatora, aby zmniejszyæ wielkoœæ, ciê¿ar i koszt zasilacza. Równoczeœnie bêd¹ d¹¿yæ do zagwarantowania, aby zgromadzona w kondensatorze energia by³a wystarczaj¹ca dla uzyskania minimalnego po¿¹danego napiêcia przy maksymalnym obci¹¿eniu. Mo¿na w przybli¿eniu powiedzieæ, ¿e dla uzyskania dobrej odpornoœci na zapady napiêcia potrzebny jest jak
najwiêkszy kondensator, przynajmniej dwa razy wiêkszy od poprzednio opisanego, aby urz¹dzenie by³o odporne na zapady napiêcia
trwaj¹ce jeden okres napiêcia zasilaj¹cego i 100 razy wiêkszy, jeœli urz¹dzenie mia³oby wytrzymaæ jednosekundowy zapad napiêcia.
Alternatywnym rozwi¹zaniem konstrukcyjnym jest utrzymanie napiêcia wejœciowego na poziomie minimum jak najd³u¿ej, aby otrzymaæ jak najd³u¿sz¹ odpornoœæ na zapad napiêcia w systemie. Tak s¹ ustawione domyœlnie urz¹dzenia przeznaczone do pracy w szerokim zakresie napiêcia. Czas przestoju jest o wiele d³u¿szy przy zasilaniu 230V ni¿ 110V. Nie ma problemów technicznych przy konstrukcji systemu zasilaj¹cego odpowiednio odpornego na zapady napiêcia, ale nie robi siê tego, poniewa¿ u¿ytkownicy nie poruszaj¹
tej sprawy z producentami i poniewa¿ poci¹ga to za sob¹ koszty. Koszt komputera osobistego (PC) czy programowalnego sterownika logicznego (PLC) odpornego na jednosekundowe zapady napiêcia jest bardzo niski w porównaniu do kosztu poprawienia struktury ca³ej sieci, aby zapobiec wystêpowaniu w niej zapadów.
Napêdy elektryczne o zmiennej prêdkoœci mog¹ ulec uszkodzeniu w nastêpstwie wyst¹pienia zapadu napiêcia i dlatego s¹ zazwyczaj wyposa¿one w zabezpieczenie podnapiêciowe wy³¹czaj¹ce napêd w przypadku zmniejszenia napiêcia o 15%-30% poni¿ej wartoœci znamionowej . Napêdy o zmiennej prêdkoœci ze zwiêkszon¹ odpornoœci¹ na zapady napiêcia s¹ omówione w innej czêœci poradnika.
Energia kinetyczna zgromadzona w masach wiruj¹cych silnika indukcyjnego oraz sprzê¿onego z nim urz¹dzenia mo¿e zostaæ wykorzystana do zwiêkszenia odpornoœci napêdu podczas krótkotrwa³ych zapadów napiêcia kosztem redukcji jego prêdkoœci. Ubytek
energii musi byæ odtworzony podczas ponownego przyspieszania silnika po zaniku zaburzenia. Je¿eli obroty silnika spadn¹ poni¿ej
95% ich wartoœci znamionowej, pr¹d silnika w trakcie przyspieszania mo¿e osi¹gn¹æ wartoœæ pr¹du rozruchowego. Poniewa¿ w przypadku napêdów wielosilnikowych rozruch wszystkich silników mo¿e nastapiæ w takim przypadku jednoczeœnie, mo¿e to powodowaæ
dalsze problemy.
PrzekaŸniki i styczniki s¹ równie¿ czu³e na zapady napiêcia i czêsto mog¹ stanowiæ najs³absz¹ czêœæ systemu. Stwierdzono, ¿e mo¿e wyst¹piæ nieprawid³owoœæ w ich dzia³aniu podczas zapadu napiêcia nawet wówczas, kiedy napiêcie „resztkowe” podczas zapadu
jest wiêksze ni¿ minimalne napiêcie podtrzymania w stanie ustalonym. Odpornoœæ stycznika na zapady napiêcia zale¿y nie tylko od
napiêcia „resztkowego” i czasu trwania zapadu, ale równie¿ od chwili czasu na tle przebiegu czasowego napiêcia zasilaj¹cego, w
której wyst¹pi³ pocz¹tek zapadu; skutki s¹ mniejsze jeœli pocz¹tek zapadu jest zbie¿ny ze szczytem sinusoidy napiêcia.
Sodowe lampy wy³adowcze posiadaj¹ o wiele wiêksze napiêcie zap³onowe, kiedy s¹ gor¹ce i dlatego gor¹ce lampy mog¹ siê nie
w³¹czyæ po zapadzie napiêcia. ¯eby zgas³a lampa sodowa wystarczy zapad napiêcia na poziomie 2 %, przy starych lampach, a w przypadku lamp nowych wartoœæ ta siêga 45%.
Wiêkszoœæ urz¹dzeñ i systemów zawiera jeden lub wiêcej elementów omówionych wy¿ej i dlatego wystêpowanie problemów z zapadami napiêcia nie jest niczym niezwyk³ym. Jak widaæ na rysunku 5 zaprojektowanie urz¹dzeñ odpornych na zapady napiêcia jest
tañsze i bardziej niezawodne ni¿ próby „uodpornienia” na zapady napiêcia ca³ego procesu technologicznego, ca³ego zak³adu czy ca³ego systemu dystrybucji energii. Koszty wprowadzania rozwi¹zañ zwiêkszaj¹cych odpornoœæ na zapady szybko rosn¹ w miarê
zwiêkszania siê obszaru objêtego ich dzia³aniem .
"
Wprowadzenie
Rys. 5. Koszty zwiêkszania odpornoœci na zapady napiêcia.
% nominalnego napiêcia
100
75
Charakterystyka
spadku
Charakterystyka ITIC
50
Wymagana tolerancja
25
0
1 ms
10 ms
100 ms
1s
10 s
100 s
Czas
Rys. 6. Typowa charakterystyka zapadów napiêcia wystêpuj¹cych w sieci zasilaj¹cej ITIC.
Charakterystyka zapadów napiêcia wystêpuj¹cych w sieci zasilaj¹cej zasilani
Jak wspomniano powy¿ej, prawdopodobieñstwo wyst¹pienia zapadów napiêcia i ich wartoœæ zale¿¹ od topologii sieci w pobli¿u
rozwa¿anego punktu systemu. Wykonano kilka badañ na stosunkowo ograniczonym obszarze w niektórych krajach, ale mo¿na powiedzieæ, ¿e ci¹gle brakuje wystarczaj¹cej liczby danych statystycznych dotycz¹cych zapadów napiêcia. Z tego powodu wybór lokalizacji punktów systemu najbardziej krytycznych ze wzglêdu na rozwa¿any rodzaj zaburzenia jest trudny. Oczywiœcie miejsce po³o¿one w pobli¿u elektrowni, przy³¹czone do linii œredniego napiêcia za pomoc¹ podziemnego kabla jest korzystniejsze ni¿ miejsce oddalone od elektrowni i zasilane lini¹ napowietrzn¹, ale powstaje pytanie o ile jest to lepszym rozwi¹zaniem? £atwo, na przyk³ad, oceniæ jakoœæ po³¹czeñ, i jest to czêsto podawane jako powód wyboru konkretnego miejsca na dzia³alnoœæ, ale trudniej oceniæ jakoœæ infrastruktury elektrycznej.
Szczególne problemy napotyka siê przy dzia³alnoœci prowadzonej w miejscu zupe³nie nowo przygotowanym do tego od zera, poniewa¿ w takich miejscach nie ma innych zak³adów. Z drugiej strony, taka zupe³nie nowa lokalizacja stanowi okazjê do rozpoczêcia
budowy nowej, dobrej infrastruktury zasilania, o ile miejscowy dostawca energii jest chêtny i mo¿e j¹ zagwarantowaæ.
#
Wprowadzenie
Przeprowadzone badania wskazuj¹, ¿e czas trwania zapadów napiêcia jest raczej d³u¿szy ni¿ to wynika z charakterystyk tolerancji
urz¹dzeñ omówionych powy¿ej. Rysunek 6 przedstawia prawdopodobny czas trwania i wartoœci zapadów napiêcia w typowej sieci
zasilaj¹cej na tle charakterystyki ITIC.
Rys. 6 pokazuje wyraŸnie - zgodnie z charakterystyk¹ „wymaganej tolerancji” - ¿e w rzeczywistoœci urz¹dzenia informatyczne musza byæ oko³o 100 razy „lepsze” (bardziej odporne) ni¿ to wynika z charakterystyki ITIC”. Byæ mo¿e jest prawd¹, ¿e ¿adne wyprodukowane urz¹dzenia nie spe³niaj¹ tego wymagania.
Zape³niaj¹c lukê
Oczywiœcie w warunkach prowadzenia dzia³alnoœci gospodarczej stosowane urz¹dzenia musz¹ byæ odporne na typowe zaburzenia
wystêpuj¹ce w sieci zasilaj¹cej i nie to jest problemem dla urz¹dzeñ z tak zwanej pó³ki (produkowanych wielkoseryjnie). Jak widaæ
na rysunku 5 koszt dzia³añ poprawiaj¹cych odpornoœæ sprzêtu jest o wiele ni¿szy, jeœli podejmowane s¹ one na etapie projektowania
urz¹dzeñ, ale wymaga to wiedzy na temat natury zaburzeñ i prawdopodobieñstwa ich wyst¹pienia. To w³aœnie takiej wiedzy brakuje
najbardziej. Jest to, jednak, rozwi¹zanie ekonomicznie najbardziej uzasadnione.
Niektórzy producenci dostrzegaj¹ ten problem, ale prawa rynku, na którym rz¹dzi konkurencja oznaczaj¹, ¿e reaguj¹ oni tylko na
oczekiwania klienta. Dopóki klienci nie zrozumiej¹ tych kwestii i dopóki nie zdadz¹ sobie sprawy z tego, ¿e dostawcy urz¹dzeñ mog¹ te problemy rozwi¹zaæ, dopóty nie wprowadz¹ oni ulepszeñ eksploatacyjnych. Wyj¹tek stanowi rynek napêdów elektrycznych o
regulowanej prêdkoœci, na którym producenci aktywnie promuj¹ produkty o zwiêkszonej odpornoœci na zapady napiêcia.
Tradycyjnie stosuje siê dodatkowe urz¹dzenia podtrzymuj¹ce zasilanie odbiornika podczas zapadu napiêcia; dostêpne urz¹dzenia
tego typu s¹ wyszczególnione w dalszej czêœci poradnika. W przypadku odbiorników ma³ej mocy, takich jak urz¹dzenia informatyczne stosowane s¹ bezprzerwowe uk³ady zasilaj¹ce, aby zapobiec zarówno zapadom napiêcia jak i krótkim przerwom w zasilaniu. Elementem gromadz¹cym energia s¹ zazwyczaj baterie akumulatorów, które nie s¹ przystosowane do gwarantowania zasilania podczas
zbyt d³ugich zaburzeñ. Zwykle zasilanie jest podtrzymywane tylko do momentu, kiedy mo¿liwe jest kontrolowane od³¹czenie urz¹dzenia, aby uchroniæ zgromadzone dane, ale wówczas potrzebny jest doœæ d³ugie czas na ponowne uruchomienie wy³¹czonego uk³adu. Czasami UPS s¹ stosowane, do momentu uruchomienia wiruj¹cego generatora.
Przy niewielkich zapadach napiêciach, kiedy wystêpuje napiêcie „resztkowe” o znacz¹cej wartoœci istnieje kilka sprawdzonych
konstrukcji automatycznych regulatorów napiêcia, w³¹cznie z urz¹dzeniami elektromechanicznymi i elektromagnetycznymi. Ze
wzglêdu na to, ¿e nie ma wówczas zapotrzebowania na zgromadzon¹ energiê, te urz¹dzenia mog¹ byæ wykorzystane przy d³ugotrwa³ych zaburzeniach, takich jak d³ugotrwa³e zapady lub wzrosty napiêcia. Automatyczne regulatory napiêcia s¹ omówione w Czêœci
5.3.1 poradnika.
W przypadku odbiorników du¿ej mocy lub „g³êbokich” zapadów u¿ywa siê dynamicznego uk³adu stabilizacji napiêcia (ang. Dynamic voltage Restorer, DVR). Takie urz¹dzenie jest po³¹czone szeregowo z odbiornikiem i odtwarza „brakuj¹c¹” czêœæ napiêcia zasilaj¹cego; jeœli napiêcie „resztkowe” podczas zapadu ma wartoœæ 70 %, stabilizator wytwarza brakuj¹ce 30 %. Takie uk³ady stabilizacji (DVR) maj¹ za zadanie podtrzymywaæ napiêcie odbiornika przez krótki okres czasu. W ich konstrukcji stosowane s¹ wysoko wydajne baterie akumulatorów, tzw. super-kondensatory, oraz inne uk³ady gromadz¹ce energiê, takie jak wysokoobrotowe ko³a zamachowe. Dynamiczne stabilizatory napiêcia DVR nie mo¿na stosowaæ do eliminacji d³ugotrwa³ych zapadów lub wzrostów napiêcia.
Wnioski
Poprawienie jakoœci pracy sieci zasilaj¹cej w celu wyeliminowania zapadów napiêcia jest bardzo drogie i prawdopodobnie ca³kowita eliminacja rozwa¿anego zaburzenia nie jest mo¿liwa. W szczególnych wypadkach, kiedy taki wydatek jest uzasadniony, mo¿liwe jest stworzenie podwójnego systemu zasilania, wykorzystuj¹c do tego celu oddalone od siebie czêœci sieci, tak ¿e mo¿na je uznaæ
za niezale¿ne.
W wiêkszoœci przypadków wymagane s¹ dodatkowe urz¹dzenia przeznaczone do stabilizacji napiêcia. Istnieje wiele tego typu urz¹dzeñ dostosowanych do rodzaju odbiornika, którego zasilanie ma byæ podtrzymywane.
Najtañszym rozwi¹zaniem jest wybór urz¹dzeñ o po¿¹danej, dla zadanych warunków zasilania, odpornoœci na zapady napiêcia, ale
taka procedura nie jest jeszcze wystarczaj¹co popularna wœród producentów.
$
Notatki
%
Notatki
&
Europejskie Centra Promocji Miedzi
i partnerzy programu Leonardo da Vinci Power Quality
Benelux
European Copper Institute
W³ochy
Istituto Italiano del Rame
168 Avenue de Tervueren
B-1150 Brussels
Belgium
Tel:
00 32 2 777 70 70
Fax:
00 32 2 777 70 79
Email:
[email protected]
Web:
www.eurocopper.org
Kontakt: H. De Keulenaer
Via Corradino d’Ascanio 4
I-20142 Milano
Italy
Tel:
00 39 02 89301330
Fax:
00 39 02 89301513
Email:
[email protected]
Web:
www.iir.it
Kontakt: V. Loconsolo
Copper Benelux
Via Cardinal Maffi 21
I-27100 Pavia
Italy
Tel:
00 39 0382 538934
Fax:
00 39 0382 308028
Email:
[email protected]
Web
www.ecd.it
Kontakt: Dr A. Baggini
168 Avenue de Tervueren
B-1150 Brussels
Belgium
Tel:
00 32 2 777 7090
Fax:
00 32 2 777 7099
Email:
[email protected]
Web:
www.copperbenelux.org
Kontakt: B. Dôme
Hevrox
Schoebroeckstraat 62
B-3583 Beringen
Belgium
Tel:
00 32 11 454 420
Fax:
00 32 11 454 423
Email:
[email protected]
Kontakt: I. Hendrikx
KU Leuven
Kasteelpark Arenberg 10
B-3001 Leuven-Heverlee
Belgium
Tel:
00 32 16 32 10 20
Fax:
00 32 16 32 19 85
Email:
[email protected]
Kontakt: Prof. Dr R. Belmans
Niemcy
Deutsches Kupferinstitut e.V
Am Bonneshof 5
D-40474 Duesseldorf
Germany
Tel:
00 49 211 4796 323
Fax:
00 49 211 4796 310
Email:
[email protected]
Web:
www.kupferinstitut.de
Kontakt: S. Fassbinder
HTW
Goebenstrasse 40
D-66117 Saarbruecken
Germany
Tel:
00 49 681 5867 279
Fax:
00 49 681 5867 302
Email:
[email protected]
Kontakt: Prof Dr W. Langguth
Institutio Italiano del Rame
TU Bergamo
Viale G Marconi 5
I-24044 Dalmine (BG)
Italy
Tel:
00 39 035 27 73 07
Fax:
00 39 035 56 27 79
Email:
[email protected]
Kontakt: Prof. R. Colombi
Wielka Brytania
Copper Development Association
Verulam Industrial Estate
224 London Road
St Albans
Hertfordshire AL1 1AQ
England
Tel:
00 44 1727 731205
Fax:
00 44 1727 731216
Email:
[email protected]
Webs:
www.cda.org.uk & www.brass.org
Kontakt: A. Vessey
Polska
Polskie Centrum Promocji Miedzi S.A.
Pl.1 Maja 1-2
PL-50-136 Wroc³aw
Polska
Tel:
00 48 71 78 12 502
Fax:
00 48 71 78 12 504
Email:
[email protected]
Kontakt: P. Jurasz
Politechnika Wroc³awska
Wybrze¿e Wyspianskiego 27
PL-50-370 Wroc³aw
Polska
Tel:
00 48 71 32 80 192
Fax:
00 48 71 32 03 596
Email:
[email protected]
Kontakt: Prof. Dr hab. in¿. H. Markiewicz
Dr in¿. A. Klajn
Copper Development Association
Copper Development Association
Verulam Industrial Estate
224 London Road
St Albans AL1 1AQ
Tel:
Fax:
Email:
Websites:
00 44 1727 731200
00 44 1727 731216
[email protected]
www.cda.org.uk
www.brass.org
David Chapman - autor
Polskie Centrum Promocji Miedzi S.A.
50-136 Wroc³aw
pl. 1 Maja 1-2
Polska
European Copper Institute
168 Avenue de Tervueren
B-1150 Brussels
Belgium
Tel:
Fax:
e-mail:
Website:
Tel:
Fax:
Email:
Website:
00 48 71 78 12 502
00 48 71 78 12 504
[email protected]
www.miedz.org.pl
00 32 2 777 70 70
00 32 2 777 70 79
[email protected]
www.eurocopper.org