Strefa PREMIUM
Uzyskaj dostęp do unikatowych treści.
Usługa jest całkowicie BEZPŁATNA.
Wymagana jest jedynie rejestracja konta w naszym Portalu.
Dzisiaj często mówimy o jakości, mając na myśli produkt w sklepie czy usługę dla nas wykonywaną. Definiujemy ją tak naprawdę w kontekście aprobaty zleconej pracy czy własności kupowanego przedmiotu. Ale czym naprawdę jest jakość?
W praktycznie każdej branży, a w szczególności w tzw. spożywce, istnieje zestaw norm i zaleceń definiujących podstawowe wymagania dla surowców, procesów produkcji i finalnego produktu. HACCP stało się prewencyjnym podejściem do bezpieczeństwa żywności, opartym o analizę zagrożeń i wyznaczaniu krytycznych punktów kontroli. Rozporządzenie UE 1169/2011 określa obowiązek podawania składu, daty ważności, obecności alergenów i składników odżywczych. Norma 1935/2004/UE dotyczy specyfikacji materiałów przeznaczonych do kontaktu z żywnością i zapobieganiu przenikania szkodliwych substancji. Dysponujemy więc zestawem instrumentów prawnych, których spełnienie powinno dać pewność co do jakości finalnego produktu. Powinno, ale czy daje pewność?
W praktyce okazuje się, że na finalny efekt produkcji ma istotny wpływ także architektura procesu produkcyjnego oraz jego otoczenie. Kluczowym jej elementem jest między innymi jakość zasilania poszczególnych urządzeń procesowych. Przeprowadzone badania pokazują, że ponad ¾ problemów z nią związanych, wynika z przyłączania odbiorników nieliniowych, generujących znaczne harmoniczne prądu i napięcia, załączania i wyłączania dużych odbiorów, niewłaściwego okablowania i uziemienia oraz przeciążania obwodów.
Co to tak naprawdę oznacza dla zwykłego użytkownika, który nie jest elektrykiem? Czym są te magiczne harmoniczne o których wszyscy mówią? Idealny przebieg napięcia zasilającego jest sinusoidą o częstotliwości 50Hz. Wyższe harmoniczne to przebieg o częstotliwości będącej całkowitą wielokrotnością harmonicznej podstawowej. Dodając do tego subharmoniczne (podwielokrotności) i pseudoharmoniczne (ułamkowe wielokrotności) uzyskujemy przebieg znacznie odbiegający od podstawowego kształtu.
Źródłem takich zniekształceń są odbiorniki dużej mocy oraz urządzenia o nieliniowej charakterystyce. Ich moc jednostkowa jest często niewielka, ale ich ogromna ilość stanowi znaczący wpływ na charakter przebiegów w sieci. Mówimy to przede wszystkim stosowanych masowo zasilaczach impulsowych (zasilacze komputerów, telefonów, układów sterowania), przetwornicach napięcia (czyli falownikach i układach serwonapędowych) czy różnego rodzaju prostownikach prądu zmiennego. Znaczący wpływ na stan sieci zasilającej mają także energooszczędne źródła światła. W tym przypadku szczególnie widać zależność ich ilości w porównaniu do jednostkowego oddziaływania.
Odkształcenie napięcia ma niekorzystny wpływ na pracę większości urządzeń elektrycznych, przez zwiększenie strat (czyli zmniejszenie sprawności oraz przyrost temperatury), a także obniżenie trwałości, wynikające ze zmniejszenia parametrów zdolnościowych. Obecność wyższych harmonicznych (zarówno prądu jak i napięcia) może być przyczyną negatywnych zjawisk w sieci zasilającej, takich jak:
– Przeciążenie przewodów neutralnych w układach trójfazowych, powodowane dodawaniem harmonicznych 3 rzędu wywołanych przez nieliniowe odbiorniki jednofazowe. W skrajnym przypadku może dojść do uszkodzenia tego przewodu i w konsekwencji odłączenia odbiorów jednofazowych
– Odkształcenia napięcia zasilającego, powodujące zakłócenia w pracy odbiorników wrażliwych, a do takich zaliczane są przede wszystkim elektroniczne układy pomiarowe i sterujące
– Awarie wywołane przez zjawiska rezonansowe, będące skutkami obecności wyższych harmonicznych. Pasożytnicze zjawiska rezonansowe mogą prowadzić do przepływu dużych prądów przez sieć oraz mogą powodować indukowanie się napięć znacznie przekraczających wartości nominalne.
– Przeciążenie sieci spowodowane wzrostem wartości skutecznej prądu, co w efekcie prowadzi do zwiększenia strat w elementach rezystancyjnych. Jest to najbardziej widoczny efekt podłączania zasilaczy impulsowych i energooszczędnego oświetlenia. Ma bezpośredni wpływ na zwiększenie strat energii oraz przegrzewanie się elementów
– Przedwczesne starzenie się izolacji przewodów oraz powstawanie mikropęknięć w strukturze izolacji uzwojeń silników
Harmoniczne są głównym, ale nie jedynym źródłem problemów. Analizując stan sieci pod kątem oceny jej jakości, możemy zaobserwować także:
– Wahania i odchylenia częstotliwości, które mogą prowadzić do zmian mocy pobieranej przez urządzenia, w szczególności układów pompowych. Spadek częstotliwości o 1% powoduje spadek wydajności pompy odśrodkowej o 4%
– Zaburzenia poziomu napięcia, często powodowane przez silniki o szybkozmiennym obciążeniu, pompy sprężarki lub urządzenia grzewcze/chłodnicze wyposażone w termostaty. Głównym skutkiem zaburzeń jest migotanie światła oraz zakłócenia w pracy odbiorników „niespokojnych”, pracujących na granicy ściśle określonych warunków zasilania
– Zapady napięcia, polegające na nagłym zmniejszeniu wartości napięcia poniżej 90% w czasie nie dłuższym niż 1 minuta. Taka sytuacja jest szczególnie niekorzystna dla układów automatycznego sterowania oraz przemysłowych systemów komputerowych
– Przerwy w zasilaniu, czyli zdarzenia polegające na długotrwałym (ponad 3 minuty) braku zasilania, stanowiące krytyczny problem już nie tylko dla systemów elektronicznych, ale i dla całości procesu produkcyjnego
– Załamania i przepięcia krótkotrwałe, których podstawową własnością jest ich czas trwania na poziomi kilku milisekund. Dla układów mocowych są one niezauważalne stanowią jednak zagrożenie zakłoceniowe dla układów sterowania i komunikacji sieciowej. W przypadku regularnego występowania takich zjawisk, obserwuje się zwiększone narażenie izolacji, a w konsekwencji długotrwałej powtarzalności – jej uszkodzenia.
Jak poradzić sobie z takimi sytuacjami? Przede wszystkim monitorować linie zasilające zarówno poszczególne urządzenia, jak i sumarycznie całe pola rozdzielni. Ważna jest dokładna ocena sytuacji z jak najlepszą rozdzielczością czasową. W naszej praktyce korzystamy z urządzeń PureBB Elspec, pozwalających na zapisy kompletu pomiarów co 20 mikrosekund. Minimalny czas potrzebny do sensownej analizy pokazanych w artykule sytuacji, wynosi 7 dni, a typowy pomiar pozwalający na dokładną analizę także sytuacji nieokresowych trwa nawet i 30 dni. Dobierając więc urządzenie pomiarowe, trzeba mieć na uwadze możliwość zapisu bardzo dużej ilości danych. W naszych rejestratorach stosowany jest unikalny algorytm kompresji PQZIP, pozwalający na komfortowe określanie czasu zapisu według potrzeb aplikacji a nie według pamięci urządzenia.
Jak przygotować instalację do pomiaru jakości energii? Zastosowanie profesjonalnych rejestratorów nie wymaga żadnych specjalnych procedur. Od strony napięciowej, bezpośrednio za pomocą klipsów czy magnetycznych końcówek, doprowadzamy napięcia fazowe oraz potencjały z przewodów neutralnego i ochronnego do rejestratora. Pomiar prądów fazowych oraz prądu sumarycznego w torze neutralnym, w naszym przypadku, jest prowadzony za pomocą rozpinanych pętli, ułatwiających ich instalację wokół przewodów zasilających. System Elspec jest w stanie automatycznie dopasować kolejność faz oraz sparować tory pomiarowe prądu i napięcia. „Resztę roboty” tak naprawdę wykonuje oprogramowanie narzędziowe. Importując dane do pakietu PQS Sapphire , określamy jedynie skalę przekładników prądowych i podajemy podstawowe parametry sieci. W rezultacie otrzymujemy graficzną prezentację przebiegów, zarówno w dziedzinie czasu, jak i częstotliwości. Możemy zobaczyć np. charakterystykę częstotliwości, napięcia i prądy w poszczególnych fazach, pokazany zostanie poziom i rodzaj harmonicznych. Na te przebiegi możemy nałożyć granice wynikające z norm (w szczególności PL-EN 50160) i wskazane zostaną miejsca w których wystąpiły przekroczenia. Na ich podstawie można wygenerować stosowny raport, pokazujący w sposób syntetyczny stan mierzonego fragmentu sieci. Prowadząc takie pomiary w wybranych miejscach, możemy pokryć raportami krytyczne miejsca produkcji i przygotować się do podjęcia środków zaradczych. Analizując miejsca występowania problemów, możemy zwrócić się do:
– dostawcy energii elektrycznej do zakładu jeśli źródła pochodzą spoza naszego terenu,
– producenta maszyny jeśli stwierdzimy że to ona jest źródłem problemów,
– konserwatora lub projektanta zakładowych linii zasilających.
w celu podjęcia określonych działań eliminujących szkodliwe dla procesu zjawiska. Bez prawidłowo przeprowadzonej oceny jakości energii, podjęcie jakichkolwiek działań jest tak naprawdę niemożliwe, Przeprowadzenie zmian bez realnej oceny sytuacji może nie tylko nie poprawić, ale może i pogorszyć stan aktualny.
Rafał Tutaj
www.sterowniki.pl
