Система VMTEC PFC-TURBO (Германия) - защита от кратковременного падения напряжения

Проблема
Понятие «падение напряжения» – это кратковременное снижения в среднеквадратической

величине подачи напряжения, которое длится от сотых долей секунды до
нескольких секунд.

Падение напряжения можно охарактеризовать продолжительностью и остаточным
напряжением, то есть процентным содержанием от номинальной
подачи напряжения (RMS – среднеквадратической), оставшейся после случившегося падения.

Большое количество падений вызваны сбоями в сети, при этом быстрота
падения зависит от относительного положения генератора, времени наступления короткого
замыкания и точки измерения. Согласно IEEE:1159 Падения Напряжения от 0.5
до 30 Герц при нормальной величине от 0.1-0.9pu (напряжения первичного
преобразователя).

Падение напряжения становятся актуальной проблемой для
производства с непрерывными процессами, благодаря увеличивающейся автоматизации систем.
Автоматизированным объектам намного труднее сделать перезагрузку, а используемые
микропроцессорные регуляторы, в некоторых случаях, являются более чувствительными к падению напряжения, чем к другим электрическим нагрузкам.

В результате всего вышеописанного, большое количество сбоев в напряжении ведет к поломкам и материальным потерям.

Чудовищные потери могут быть обычным результатом сбоя, длящегося менее
секунды. В частности для непрерывного производства таких как, обработка
пластика или производство бумаги, последствия падения могут быть такими
же серьезными, как и полное отключение электричества, и приведет к такого
же масштаба затратам, потерям сырья и продукции.

Негативные последствия падения напряжения для производства пластика

Экструзия пластика– это продолжительный непрерывный процесс производства
Полуфабрикатов: трубы, профили, кабельные оболочки, кинопленки,
пласты, пластины и др.

Оборудования для обработки пластика обычно связано с использованием большого количества контроллеров, которые обычно включают в себя драйверы
переменного тока (АС) или постоянного тока (DC), программируемые
логические контроллеры (PLC), так же как и множество других управляющих
реле, электромагнитных распределителей и так далее.

Для того чтобы сохранить работоспособность силовой электроники в драйвере, защита
пониженного напряжения устанавливается на очень чувствительном уровне.
Она блокирует весь процесс каждый раз при обнаружении падения напряжения
на 15%-20% или более на одной или нескольких фазах.

Сразу после падение напряжения, что повлечет за собой полное прекращение
процесса, работники начнут перезапускать поточные линии в определенной
последовательности. В зависимости от количества поточных линий, весь
процесс может быть возобновлен только после 2-4-х часов. Это означает, что
средний простой производства продлится от двух до четырех часов. Снижения
в использовании сырьевых материалов не произойдет во время простоя, так
как само оборудование (экструдер) будет перезапущен сразу же после падения
напряжения. Если экструдер не будет перезапущен немедленно, и
расплавленные материалы будут оставаться в экструдере, то они сгорят при
повторном нагревании, и в результате, частицы сожженных материалов будут
постепенно выводиться из экструдера, и на период нескольких дней качество
производимого товара упадет.

Таким образом, стоимость такого рода горения будет намного выше, чем при
обычном избавлении от лишнего полипропилена после обработки. К тому же, в
нормальном порядке, работники регулярно чистят оборудование, поэтому не
будет необходимости в дополнительных затратах на рабочую силу. Еще один
немаловажный фактор касательно финансовых потерь, является ли
производство на фабрике беспрерывным. При беспрерывном производстве,
потеря производства во время простоя не может быть покрыта сверхурочной
работой, поэтому потеря производства означает прямую потерю в прибыли,
таким образом, потеря равна ценности продукции, не произведенной во время
простоя.

Стоимость, связанная с поточными линиями в результате простоя, может
составлять около 10 тысяч долларов и до 60 тысяч долларов за один случай
простоя. Образующуюся стоимость может включать:

• Время простоя оборудования
• Бракованную продукцию
• Восстановительные работы и перезапуск оборудования

 

Если фабрика сталкивается с большим количеством падение напряжения за
короткий период, установленное время работы батареи может значительно
снизиться. Техническое обслуживание и замена могут также стать неприятным
последствием.

Решения по снижению падений напряжения

Применение ИБП

Данное решение предлагает постоянную полезную выходную мощность,
вырабатываемую из аккумуляторной батареи. Батарея постоянно заряжается от
источника электроэнергии и обеспечивает защиту от падения напряжения.

Установка источников бесперебойного питания (ИБП) минимизирует обработку
прерываний. Основа данного подхода лежит в самой батареи. Недостатки
использования свинцово-кислотных батарей заключаются в том, что они:
а) необходима вентиляция для паров водорода, вырабатываемого при работе аккумуляторов
b) отходы аккумуляторов являются токсичными
c) время работы батареи ограничено и снижается при частых перезарядках.

Также необходимо сказать, что источники бесперебойного питания (ИБП)
вырабатывают большое количество гармоники с кривой тока в систему и
конечным пользователям рекомендуется устанавливать дополнительные
фильтры подавления гармоник для того, чтобы минимизировать уровень
гармоник. Например, ИБП высокой мощности требует дополнительных
устройств для того, чтобы удовлетворять нужды и требования оборудования. И
не будем забывать о том факте, что независимо от всех этих заключений, цена
остается очень высокой для крупных объектов!

Применение VMtec PFC -Turbo – инновационное решение для стабилизации напряжения

Немецкая компания VMtec - давний лидер в производстве инновационных продуктов в сфере электроэнергетики, создал систему PFC -Turbo,
которая была специально разработана для того, чтобы соответствовать требованиям
не только широкого круга производителей, но также требованиям промышленности
по обработке пластика или производства бумаги. PFC -Turbo обеспечивает поддержание
трехфазовой непрерывности электропитания решений качества
0.2pu, ΔU 80% со стандартной продолжительностью, установленной на 3
секунды. Клиенты могут также указать больший период продолжительности с
целью соответствия их индивидуальным требованиям производства. Данная
способность поддержание непрерывности электропитания легко разрешает
почти все сбои в электропитании в развитых странах.

Дополнительные свойства PFC- Turbo включают в себя:

Восстановление напряжение до 1.0 pu от номинального значения (+-
15%). Благодаря независимой фазе компенсации, PFC Turbo
может отдельно и основательно корректировать каждую фазу.
PFC -Turbo поставляется с интегрированным программным
обеспечением по контролю системы с функциями уведомления о сбое и
устройством дистанционного доступа.

Заключение

VMtec PFC Turbo не вырабатывает и не выбрасывает никаких гармоник с
кривой тока в системы, благодаря своей технологии электронного
переключения при переходе тока через нуль. Кроме того, VMtec PFC -Turbo не
вызывает никаких проблем, связанных с гармониками (не требуется
дополнительных затрат на фильтры). В сравнении, источники бесперебойного
питания (ИБП) вырабатывают очень большое количество гармоник с кривой
тока в системы, и конечным пользователям рекомендуется устанавливать
дополнительные фильтры гармоник, чтобы минимизировать уровень гармоник.
Поэтому, ИБП высокой мощности требуют установки дополнительных устройств,
чтобы соответствовать требованиям объекта.

Напряжение Сети: 208В – 690В

Долговременные потери VMtec PFC-Turbo составляют примерно 0.5% при
полной загрузке.

PFC-TURBO стандартная механическая конфигурация

PFC-TURBO - защита от перепадов напряжения в сети

• Возможность централизованного запуска всех нагрузок без использования отдельных стартеров, которые обычно используют для защиты от перепадов напряжения
  
• Прямое подключение двигателя к сети, максимальный крутящий момент во время запуска. Это уникальное преимущество системы, поскольку стартеры любого типа обычно снижают ток, проходящий через двигатель, уменьшая таким образом пусковой крутящий момент.
• Разработана, чтобы преодолеть падения напряжения до 0.2 p.u и сохранить падение напряжения на уровне не ниже 85% с типичной продолжительностью до 3 секунд.
• Для специальных условий можно обеспечить еще более длительную продолжительность во времени. Легко покрывает почти все падения напряжения.
• Система восстанавливает напряжение к 1.0 p.u. его номинального значения (±15 %)
• Из-за независимой компенсации сдвига фаз, Система может исправить каждую фазу точно и независимо

Компоненты Основной системы

1. Контроллер
2. Модуль переключения
3. Модуль конденсаторы/Индуктора

Преимущества системы

• Система не будет генерировать или вводить текущие гармоники в систему из-за ее электронной технологии переключения при текущем нулевом пересечении.
• Система не будет вызывать связанных проблем гармоник (не требуется дополнительная установка дорогостоящих фильтров).
• Постоянные потери Системы составляют приблизительно 0.5 % в предельной нагрузке.

Установка

Потенциальные клиенты

• Отрасль полипропилена
• Производители бумаги
• Добывающие компании
• Все производства которым остановка процесса ведет к убыткам и затратам

Концепция

В предлагаемой концепции поддержания стабильного напряжения на нагрузке, напряжение на нее подается через дроссель (L).

Напряжение сети контролируется электронным контроллером (V,А), входящим в систему коррекции напряжения или непосредственно на нагрузке. Ток в нагрузке также контролируется контроллером.

Контроллер, в зависимости от возникшей необходимости, дает команду на подключение параллельно нагрузке (Load) требуемого количества конденсаторов (С1, C2, С3, …), создавая, таким образом последовательный (LC)резонансный контур. Повышенное, таким образом, напряжение, как часть напряжения контура с резонансом напряжения, подается на нагрузку.

Ток в нагрузке, также контролируется контроллером.

Параметры составляющих контура рассчитываются исходя из необходимой заказчику величины суммарной коррекции напряжения и ее дискретности, при меняющейся нагрузке.

Конденсаторы подключаются к нагрузке электронными коммутаторами (SW1, SW2, SW3, …), не вносящими в сеть помех при переключениях.

Отключение системы происходит в момент восстановления напряжения сети.

Проблема Падения напряжения

Под провалом напряжения понимается кратковременное снижение или полная потеря RMS напряжения. Параметрами провала напряжения являются его длительность и значение самой малой величины остаточного напряжения, обычно выражаемое в процентах от номинального RMS напряжения. Провал напряжения означает, что требуемая энергия не поступает к нагрузке, и последствия этого могут быть весьма серьезными в зависимости от назначения и характера такой нагрузки.

 

RMS (Rated Maxmum Sinusoidal - Номинальный Синусоидальный Максимум)

1. Частые падения напряжения вызваны отказами на питающей линии.
2. Перебой электропитания определяется как полное отсутствие напряжения в сети или тока через нагрузку.

Различаются перебои:

Малой длительности: 0,5-30 периодов
Средней длительности: от 30 до 2 секунд
Большой длительности: от 2 сек. До 2 минут
Продолжительные: более 2 минут…
3. Перекосы напряжения становятся все большой проблемой в перерабатывающих отраслях промышленности из-за увеличивающейся автоматизации. Автоматизированные средства более трудно перезапустить, и используемые электронные регуляторы иногда более чувствительны к перекосам напряжения.
4. Падения напряжения приводят к разрушению производственных процессов и денежным убыткам.
5. Проблема – процесс падения напряжения длящийся менее чем 1 секунда приводит к огромным затратам и убыткам.
6. Для непрерывных процессов, таких как пластмассовое литье или бумажное производство, эффект падения напряжения столь же серьезный, как полное остановка производства, с теми же самыми затратами, потерями сырья и потерянной продукции.
7. Связанная стоимость, когда линия останавливается из-за отключения электричества, может составлять от
8. $10,000-60,000$ за одно отключение.
9. Простой по времени.
10. Появление продуктов отхода и очистка системы перед возможностью перезапустить процесс производства.
11. Если завод испытывает многочисленные падения напряжения в пределах короткого периода времени, что приводит к значительному уменьшению обычного срока службы аккумулятора. Обслуживание и замена могут также стать дополнительными расходами.

Некоторые из решений, доступных на рынке

Сетевые источники бесперебойного питания

ИБП-обеспечивает необходимое для аварийного, но штатного сворачивания текущих процессов, защищая таким образом данные. Но для повторного включения все равно потребуется значительное время.

Проблемы свинцово-кислотных батарей:

• генерирует водород, нужна вентиляция.
• утилизация батареи - опасные отходы.
• время работы от батареи ограничено и быстро уменьшается, когда процесс циклически повторяется.
• генерирует очень большое количество текущих гармоник.
• В дополнение ко всем упомянутым выше, цена очень высока для больших нагрузок.

Комплексное решение проблемы Падения напряжения → система PFC-TURBO