-150x150h.jpg)
Спад на напрежението
Спад на напрежението
Спадът на напрежението може да доведе до огромни проблеми - например до отпадане на производствените процеси и до проблеми с качеството на продукта или процеса. Такива спадове на напрежението възникват много по-често от прекъсванията, но в много случаи остават неидентифицирани. Търговските ефекти от спадането на напрежението много често се подценяват сериозно.
Но какво всъщност е спад на напрежението? Как възниква спадът на напрежението? Може ли да се предотврати той или трябва да се опитаме да ограничим последващите щети чрез своевременна идентификация? Тези теми ще бъдат разгледани по-подробно в тази статия.
Какво е спад на напрежението?
Според европейския стандарт EN 50160 спадът на напрежението е внезапно понижаване на стойността на ефективното напрежение до стойност между 90% и 1% от определената номинална стойност, последвано от „незабавно” възстановяване на това напрежение. Продължителността на спада на напрежението е между половин период (10 ms в мрежи 50 Hz) и една минута.
Ако ефективната стойност на напрежението не спадне под 90% от определената номинална стойност, това се счита за нормални работни условия. Ако напрежението падне под 1% от номиналната стойност, това се счита за прекъсване на напрежението.
Следователно падането на напрежението не трябва да се бърка с прекъсване. Прекъсване възниква например след изключване на прекъсвач (обикновено 300 ms). Прекъсването на мрежовото захранване се разпространява в останалата разпределителна мрежа като спад на напрежението.
Как възниква спад на напрежението?
1. Пускови токове
Известна причина за малки спадове на напрежението са пусковите токове или пусковите токове за кондензатори, двигатели и други устройства. На следващата диаграма може да се види, че токът се увеличава за кратко при стартиране на двигателя. Пусковият ток води до спад на напрежението на импедансите Z и Z1. Това обаче води до по-малък спад на напрежението на шината с ниско напрежение (зона на пропадане 1) и малко по-голям спад на напрежението след товара Z1 (зона на спад 2).
Възможно подобрение на това явление се крие в оптимизацията на самата система, т.е. включването на електрически товари не трябва да води до критични спадове на напрежението. Типичните решения са адекватно стартово оборудване, напр. кондензаторни контактори за PFC (корекция фактора на мощността) или плавни стартери (софтстартери) за двигатели, но това може да бъде и увеличаването на мощността на късо съединение (намаляване на импеданса), напр. по-голямо напречно сечение на проводника / кабела, промяна на точката на свързване към по-високи нива на мрежата, по-мощна комутационна апаратура и трансформатор ...
Фиг. 3: Включването на големи товари, например мощни двигатели, може да доведе до спадане на напрежението
Фиг. 4: Типичен пример от практиката, при който възниква спад на напрежението поради късо съединение в мрежата ниско напрежение
2. Късо съединение в мрежата ниско напрежение
В случай на късо съединение в мрежата ниско напрежение тече много силен ток, разбира се. Пикът на тока на късо съединение зависи от стойността на импедансите Z и Z3. На практика импедансът Z3 е по-големият и доминиращ. Стойността на импеданса Z3 се определя от вида (напречно сечение, материал) и дължината на кабела, наред с други фактори. Колкото по-голяма е дължината на кабела, толкова по-малък е токът на късо съединение поради по-високия импеданс. Токът на късо съединение причинява спад на напрежението на импеданса Z, при което напрежението на главната шина на разпределителната шина ниско напрежение се срива за кратко (зона на спадане 1).
В случай на късо съединение прекъсвачът от група 3 трябва да изключи. Ако това отнеме повече от 100 ms, тогава напрежението пропада значително в цялата система за 100 ms.
3. Късо съединение в мрежа средно напрежение
Най-често спадането на напрежението се получава в мрежата средно напрежение. Типичните първопричини са както следва:
- пътни работи, копаене, земни работи;
- искрене в съединителна муфа;
- стареене на кабела;
- късо съединение във въздушните далекопроводи (повреди от бури, животни и др.);
- светкавици.
Следващата диаграма показва типичен пример за проектиране на мрежа средно напрежение. Трансформаторните подстанции / местните вторични подстанции (зелени точки) са свързани помежду си в пръстен и са свързани с разпределителна основна подстанция (сини точки). Пръстенът е отворен в някакъв момент (вижте долната дясна страна на пръстена със зелени точки). Ако има късо съединение, ще тече ток на късо съединение (червена линия). Това ще продължи докато прекъсвачът в разпределителната главна подстанция изключи пръстена. Това може да се види в лявата диаграма (в горния ляв пръстен).
Така, по време на късо съединение, за кратко ще тече силен ток. Поради мрежовия импеданс това води до краткосрочно понижаване на напрежението в цялата мрежа. Това краткосрочно понижаване на напрежението се забелязва като „спад на напрежението“.
Понякога процесите протичат в зони без хора, в които спадът на напрежението не се забелязва веднага. В този случай машина за леене под налягане, например, може да спре напълно незабелязано. Ако това бъде открито по-късно, ще има вече големи щети. Клиентът получава продуктите твърде късно и пластмасата в машината се е втвърдила. При издателите или в хартиената индустрия хартията може да се скъса или дори да причини пожар.
Податливост на ИТ - системите към спадане и прекъсване на напрежението
ИТ - системите са особено податливи на спадане на напрежението и прекъсвания на напрежението. Това означава, че всички процеси, които се контролират от микропроцесори, са уязвими на този тип смущения, например:
- PLC-системи;
- честотни преобразуватели;
- машинни контролери;
- сървъри в центрове за данни;
- компютри и т.н.
Кривата ITI-CBEMA, създадена от Индустриалния съвет по информационни технологии, определя кога спадането на напрежението ще доведе до отказ на ИТ-устройства и кога скокът на напрежението ще доведе до повреда на ИТ-устройствата. Въпреки че моделът е разработен за мрежи 120 V / 60 Hz, той може да се приложи и към устройства, работещи на 230 V /50 Hz. Моделът може да се използва също и от производителите като насока за проектиране.
Как може да се борим срещу спадовете на напрежението?
В някои ситуации спадането на напрежението, причинено от пускови токове, може да бъде избегнато чрез по-добро техническо проектиране на системата. Спадът на напрежението, причинен от късо съединение в мрежата ниско напрежение, обикновено е доста рядък. Повечето спадове на напрежението се причиняват от къси съединения в мрежата средно напрежение. Не може да се направи нищо за противодействие на причините за тези спадове.
Самите спадове могат да бъдат предотвратени чрез:
• Статични UPS, източник на постоянен ток с инвертор надолу по веригата. Това решение често се използва като мост към авариен генератор на енергия;
• Непрекъснато UPS, маховик, движещ се с товара (динамичен UPS). Енергията се черпи от маховика в случай на кратко прекъсване или спад на напрежението. Това решение не е евтино и често се използва в центрове за данни;
• Свързване на системи за управление и регулиране на даден процес към стабилизирано захранване;
• Преработка на електрическата инфраструктура. Това невинаги е възможно и със сигурност не е евтино.
От това можем да заключим, че коригирането спада на напрежението не е евтина работа. Може да се окаже много ефективно откриването на спадовете на напрежение на ранен етап. С добрите инструменти за отчитане могат да бъдат идентифицирани първопричините и, по този начин, да се приложат целеви (и по-рентабилни) мерки.
Фиг. 7: Компактният мрежов анализатор UMG 604 е предназначен за сигнализиране спада на напрежението
Сигнализиране спадовете на напрежение
Janitza предлага широка гама анализатори, които могат да идентифицират краткосрочни прекъсвания и спадове на напрежението. Мрежовият анализатор UMG 604 непрекъснато наблюдава над 800 електрически параметри. От всички канали се вземат проби 20 000 пъти всяка секунда и това позволява краткотрайни прекъсвания и спадания на напрежението да бъдат сигнализирани и записани. Въз основа на тези събития може да бъде изпратен имейл или SMS. Изчерпателен отчет може да бъде създаден с включения софтуерен пакет GridVis-Basic.
Чрез поставяне на UMG 604 в областта на захранване има цялостно и рентабилно решение за идентифициране, записване, алармиране и докладване спада на напрежението. Измервателното устройство е оборудвано с WEB-браузър, който предлага възможността съоръжението да „извади“ най-важните параметри директно от измервателното устройство без големи инвестиции и без сложни софтуерни програми. Прекъсванията и спадът на напрежението могат да бъдат анализирани и компилирани в отчети с интегрирания браузър за събития.
Фиг. 8: Колебанията на напрежението се идентифицират от мрежов анализатор в захранващото поле
Устройствата за измерване Janitza за идентифициране на краткосрочни прекъсвания са:
- UMG 604, компактен мрежов анализатор за монтаж на DIN-шина;
- UMG 509, мрежов анализатор с интуитивен интерактивен цветен екран за монтаж на панел;
- UMG 605, мрежов анализатор от клас А за монтаж на DIN-шина;
- UMG 512, анализатор за качество на мрежа от клас А с цветен екран за монтаж на панел.
- UMG 801, модулен мрежов анализатор за монтаж на DIN-шина;
Анализиране със софтуера GridVis
Основният лиценз за GridVis (GridVis-Basic) се предоставя заедно с измервателните уреди Janitza безплатно. Наред с други функции, с този софтуерен пакет има възможност за:
- отчитане на стойностите на измерване в реално време;
- извличане на исторически данни за измерване във файлове и графики;
- анализиране на краткосрочни прекъсвания, преходни процеси и спад на напрежението;
- отпечатване на пълни отчети по EN 50160 с натискане на бутон;
- генериране на отчети за нормална работа / неизправности.
С интегрирания генератор на отчети е възможно периодично да съставяте кратки отчети, като предоставяте преглед на спада на напрежението, краткосрочните прекъсвания и скокове на напрежението, които са възникнали посредством ITI-кривата (CBEMA).
На диаграмата по-долу е възможно да се види, че са настъпили три спада на напрежението, което е довело до повреда на системата.
