Polski

Wykrywanie strat energii poprzez zarządzanie jakością zasilania

Jakość zasilania, Zarządzanie jakością energii

Oszczędzanie oraz minimalizowanie strat należą najważniejszych aspektów związanych z wykorzystaniem energii elektrycznej. Bez względu na branżę, poszukiwanie oszczędności energii elektrycznej oznacza konieczność kontroli jej zużycia oraz opracowanie energooszczędnego planu zarządzania jakością zasilania.

Zarządzanie jakością zasilania | Fluke

Analiza porównawcza zużycia energii elektrycznej

Pierwszym etapem przygotowania programu zarządzania jakością zasilania jest analiza bieżącego zużycia energii elektrycznej w danej placówce. To wstępne badanie umożliwia wskazanie szybkich i prostych rozwiązań, np. urządzeń, które nie są używane w weekendy i mogą zostać odłączone. Można określić obszary przyczyniające się do zużycia energii elektrycznej poza dużymi obiektami, np. dodatkowe ogrzewanie elektryczne lub niewyłączane oświetlenie i komputery.

Po identyfikacji tych obszarów i wdrożeniu prostych rozwiązań można przystąpić do bardziej szczegółowego badania budynku lub placówki. Należy wykonać badania obciążeń w danych obiektach za pomocą trójfazowego analizatora jakości zasilania Fluke 1777. Pomiary te mogą wskazać miejsca, w których można uzyskać znaczące oszczędności energii elektrycznej poprzez wyłączanie urządzeń na noc lub w porach, w których nie odbywa się praca.

Zaawansowane kwestie dotyczące jakości zasilania

Podczas przepływu prądu część wygenerowanej energii jest bezpowrotnie tracona w postaci ciepła.

Kolejnym etapem procesu ograniczania zużycia energii elektrycznej jest zlokalizowanie miejsc, w których występują jej straty. Jednym z obszarów, na które trzeba zwrócić uwagę, są przewody. Podczas przepływu prądu przez przewody, część wygenerowanej energii jest tracona w postaci ciepła. Problem ten można określić wymiernie, korzystając z podstawowego równania I2R, wyznaczającego dostarczoną moc. Daje to 2 możliwe rozwiązania: ograniczenie natężenia prądu (I) w celu zmniejszenia mocy w kW lub zmniejszenie rezystancji (R). Oba stwarzają jednak problem:

  • Zmniejszenie natężenia prądu (I) spowoduje nieprawidłowe działanie odbiorników prądu
  • Zmniejszenie rezystancji (R) może być kosztowne ze względu na konieczność zamontowania przewodów miedzianych lub aluminiowych

Jakie jest zatem najlepsze rozwiązanie?

Rozważmy przekroje przewodów. Obowiązujące w USA przepisy dotyczące instalacji elektrycznych (NFPA 70 lub NEC 100) zawierają wiele wskazówek dotyczących przekroju przewodów i wskazują idealne przekroje do niemal każdego zastosowania. Głównym czynnikiem, jaki należy uwzględnić podczas doboru przewodów, jest ich bezpieczna praca oraz odpowiednia izolacja. Zależą one od długości i przekroju przewodu oraz przewidywanego prądu znamionowego. Możliwe jest zapewnienie minimalnych strat energii, zwykle poniżej 2%, oraz akceptowalnego spadku napięcia na przewodzie. Można także np. zainstalować odbiorniki prądu o większej sprawności. Warto sprawdzić, czy silniki nie są przewymiarowane w relacji do wymagań bieżącego zastosowania.

Zmarnowana energia elektryczna

Te przepisy i wytyczne są doskonałe podczas montażu nowych instalacji, ale gdy kable są już ułożone, a odbiorniki podłączone, nie zawsze się idealnie sprawdzają. Z czasem zmienia się wyposażenie, urządzenia są dodawane, regulowane lub przemieszczane, a także się starzeją, i wszystko to może mieć znaczący wpływ na straty energii. Najważniejsze obszary, w których mogą występować straty energii, są związane z jakością zasilania: stabilizacja napięcia, składowe harmoniczne, współczynnik mocy i obciążenia niesymetryczne.

Stabilizacja napięcia

Stabilizacja napięcia umożliwia zmniejszenie zużycia energii przez odbiorniki, które są zależne od napięcia. Obniżenie lub regulacja poziomu napięcia do zakresu zalecanego przez producenta urządzenia pozwala uzyskać oszczędność energii. Zamontowanie sprawniejszych odbiorników prądu przy transformatorze może spowodować wzrost napięcia w systemie lub nieprawidłową regulację napięcia.

W celu wykrycia problemów ze stabilizacją napięcia można użyć analizatora jakości zasilania Fluke 1777, który umożliwia badanie napięć w stanach nieustalonych i asymetrii napięcia. Oba te problemy mogą być przyczyną usterek, nieplanowanych przestojów i kosztownych napraw.

Harmoniczne

Harmoniczne zniekształcają napięcie i prąd, co uniemożliwia zachowanie idealnie sinusoidalnego przebiegu napięcia. Jednym z najbardziej znanych efektów, jakie harmoniczne powodują w systemach elektrycznych, jest nadmierne rozgrzewanie się przewodów, w których one występują. Powoduje to przegrzewanie się przewodów fazowych i neutralnych, a zjawisko to jest nazywane harmonicznymi „Triplen” (nieparzyste wielokrotności trzeciej składowej harmonicznej).

Dodatkowe ciepło powoduje problemy w kanałach kablowych, uzwojeniach silników i transformatorach. Przegrzanie może spowodować poważne uszkodzenia lub awarię i przyczynić się do nieplanowanego przestoju i kosztownych napraw. Do pomiaru i diagnostyki harmonicznych można użyć trójfazowego analizatora jakości zasilania z serii Fluke 1770.

Obciążenia asymetryczne

Asymetria powoduje obniżenie osiągów i skrócenie okresu eksploatacji silników trójfazowych. Asymetria napięcia na zaciskach stojana silnika powoduje asymetrię prądu fazowego, która jest nieproporcjonalnie duża w stosunku do asymetrii napięcia. Występowanie prądów asymetrycznych prowadzi z kolei do wahań momentu obrotowego, zwiększonych wibracji i naprężeń mechanicznych, większych strat i przegrzewania się silnika. Każdy z tych efektów zużywa energię, którą można wymiernie wyrazić w watach. Do diagnozowania i pomiaru energii zużywanej z powodu asymetrii można użyć trójfazowego analizatora jakości zasilania Fluke 1777.

Korzyści wynikające z badania jakości zasilania

Po określeniu na podstawie badania jakości zasilania obszarów, w których występują straty energii, w celu naprawienia problemów można podjąć następujące kroki:

  1. Przygotowanie procedury konserwacji zapobiegawczej w celu kontynuowania pomiarów wskaźników jakości i wczesnego wykrywania problemów.
  2. Zamontowanie filtrów składowych harmonicznych na odbiornikach prądu, które powodują zniekształcenia harmoniczne w placówce.
  3. Eliminacja przyczyn asymetrii. Może to oznaczać przygotowanie harmonogramu napraw lub wymiany dużych silników, w których występują asymetrie mechaniczne.
  4. Ograniczenie problemów z obciążeniem asymetrycznym. W niektórych przypadkach może to oznaczać dostosowanie odbiorników jednofazowych, aby były bardziej równomiernie rozdzielone na poszczególne fazy.
  5. Wymiana przepalonych bezpieczników, stosownie do potrzeb. Przepalony bezpiecznik w zespole kondensatorów kompensacji współczynnika mocy zasilania trójfazowego może również powodować problemy — jego wymiana może pomóc rozwiązać poważny problem z asymetrią.

Badanie jakości energii elektrycznej może wskazać wiele sposobów na oszczędzenie energii, ograniczenie jej strat wynikających z problemów w danej placówce oraz obniżenie jej kosztów. Monitorowanie jakości zasilania pozwala wskazać źródła problemów oraz sposób ich naprawy.

Oprócz oszczędności energii, badanie jakości zasilania zapewnia również inne korzyści, takie jak:

  • Wykrywanie potencjalnych miejsc usterek w obiektach, które mogą spowodować poważne zakłócenia
  • Wykrywanie usterek sprzętu, które mogą prowadzić do kaskadowego rozwoju problemów
  • Wykrywanie nieprawidłowo zainstalowanych wyłączników podatnych na przypadkowe zadziałanie