Tööstuse elektrivarustuse probleemid ja võimalused

Hiljutine paaritunnine elektrikatkestus pani küünlavalgel järgi mõtlema, kuivõrd oluliseks ja asendamatuks on muutunud pidev ja töökindel elektrivarustus praktiliselt kõikides eluvaldkondades ja kui oluline on see suuremates tööstusettevõtetes.

Elektrikatkestustest

Tööstusettevõtetes põhjustab elektrivarustuse katkemine tootmisseisaku, toodangu riknemise, seadmete rikkeid, protsesside uue häälestamise vajaduse, tarnete hilinemise  ja sageli suure rahalise kahju. Ühele meie suurkliendile maksab elektrikatkestus u 3000 eurot. See sisaldab kortsu läinud metalli väljalõikamist ja -tirimist tootmisliinist, uue materjali sissepanemist, protsessi uut häälestamist ning kahjusid hilinenud tarne tõttu. Halvemal juhul oli päevas mitu elektrikatkestust. Probleem lahendati UPSide lisamisega kriitilistesse sõlmedesse.

Elektrikatkestuse põhjus võib olla edastus- ja jaotusvõrgus või ka kliendi jaotusvõrgus. Elektriliinide katkemine, alajaamade ja elektrijaamade rikked tormi, äikese, ülekoormuse, terrorismiakti vms tagajärjel, samuti võrkude ümberlülitused on enamasti ootamatud ja nende vastu saab end kaitsta täiendava toiteliiniga, oma varutoitegeneraatori või UPSiga, mis elektrikatkestusel sisse lülitub. Osa elektrikatkestustest on siiski tingitud ka kliendi jaotusvõrkude probleemidest.

 

Elektrikvaliteedi probleemidest

 

Kehtiv standard EVS-EN 50160 „Elektrijaotusvõrkude pinge tunnussuurused“ lubab jaotusvõrkude parameetrite üsna suurt kõikumise vahemikku, mis ei taga tööstustarbijale alati nõutavat elektrikvaliteeti, põhjustades vahel tootmise seisakuid ja seadmestiku rikkeid. Tarbija asi on selle pingega toime tulla sellisena, nagu see on. Ühe meie kliendi jaotusvõrgus on pinge tööajal normis, kuid tõuseb ülemise piiri (253 V) lähedale väljaspool tööaega, nagu järgneval diagrammil.

 

Kliendil tekkisid CNC tööpinkide elektroonikaplokkide ootamatud rikked, mis läksid väga kulukaks. Rikked tekkisid peamiselt pidevalt sisse lülitatud tööpinkidel või neil seadmetel, millega töötati väljaspool tööaega.  Probleemi põhjus oli selles, et alajaama trafo pinge oli tõstetud kõrgeks, et võrgu kaugemates punktides vastaks pinge normidele. Siin ei aidanud muud, kui paigaldada pingestabilisaatorid tundlikele seadmetele või tuua paigaldise pinge tervikuna nt sobitustrafoga allapoole.

 

Tänapäeval on kasutusel hulgaliselt elektriseadmeid, mis “solgivad” võrgupinget, koormates toiteliine kõrgemate harmooniliste komponen-tidega, mille sagedus on suurem võrgusagedusest. Sellised on näiteks mootorite juhtimiseks kasutatavad dioodalaldiga sagedusmuundurid ja mitmesugused impulsstoiteplokid. Moonutatud vool ja pinge võib põhjustada häiringuid ja rikkeid elektriseadmete töös. Probleemi saab leevendada harmooniliste filtriga või toiteliinide ümberkujundamisega.  Impulssmuunduritega on veel probleeme, nagu raadiohäiringud ja ühissignaali lekkevool läbi mootorilaagrite ja reduktori osade, põhustades nende enneagset riknemist elektroerosiooni tõttu.

Jaotusvõrgu energiakadudest

Ettevõtte sisevõrkudes ja elektriseadmetes võib enamasti leida energiasäästupotentsiaali. Oleme märganud vastuolu, et need, kes säästust kasu saaks, võimalust oma teadmistega üles ei leia. Kes aga võimaluse oskaks üles leida, ei pruugi olla säästmisest huvitatud või pole neil selleks ressurssi. Olgu toodud lihtne selgitus, millest kliendi jaotusvõrgus kaod tekivad.

 

Juhtmete ristlõiked valitakse nii, et ei ületataks neile kestvalt lubatud voolu ning et pingelang projektvõimsusel liitumispunktist lõpptarbijani ei oleks suurem kui 4 % paigaldise nimipingest. See aga tähendab, et nimivõimsusel kaobki paigaldise juhtmetes umbes 4 % tarbitud elektrienergiast.  Tegelik olukord pole enamasti teada ning kadu võib olla suuremgi, sest koormusi võib olla lisatud, kuna juhe ju seda voolu talub. Vahel esineb jaotusvõrkudes ka liinipingete ebasümmeetriat, mis vähendab oluliselt võrgutoitel mootorite kasutegurit. Eeltoodud pinge-graafikul oli pingelang koormusel 10% suurusjärgus, mis viitab samas suurusjärgus enegiakaole kliendi jaotusvõrgus.

 

Viimasel ajal on tendents üha võimsamate ühefaasiliste tarbijate ja peenemate juhtmete kasutamise suunas. Kolmefaasilise süsteemi faasivoolude summa ehk neutraalivool läheneb nullile, kui faaside koormused on sümmeetrilised. Kuna võimsus jaguneb kolme faasi vahel, siis on iga faasi vool kuni kolm korda väiksem kui ühefaasilises süsteemis. Lisaks läheb ühefaasilises süsteemis juhtmetakistus kaovõimsuse arvutusse kahekordselt. Kuna kaovõimsus sõltub voolu ruudust, siis kokkuvõttes on ühefaasilise süsteemi juhtme kaovõimsus sama juhtmeristlõike korral kuni 18 korda suurem kui kolmefaasilises. Ka taastuvenergeetikas kasutatavad muundurid on enamasti ühefaasilised. Võimsamad seadmed tuleks seega alati ühendada kolmefaasiliselt ning süsteem tasakaalustada.

 

Reaktiivvõimsus

 

Veel üheks probleemide grupiks on peamiselt elektrimootorite poolt põhjustatud reaktiivvõimsus, mis koormab voolujuhte ja trafosid ja tekitab energiakadusid. Kuna see probleem on keerukas, olgu lisatud lihtne selgitus

 

Aktiivvõimsus edastab kasulikku aktiivenergiat toiteallikast tarbijasse, muutes selle kasulikuks tööks ja kadudeks. Reaktiivvõimsus aga kulgeb pidevalt toiteallika ja tarbija vahel edasi-tagasi, koormates vooluallikaid ja elektrivõrke täiendava vooluga. Kuna liitumispunkti ja paigaldise vool on piiratud, siis reaktiivvõimsuse vool ei lase seda maksimaalselt kasutada kasuliku aktiivvõimsuse tootmiseks ja edastamiseks ja tuleb nö osta lisa-ampreid.

Reaktiivvõimsuse kompenseerimisega õigetes kohtades saab vähendada voolukoormusi kaablites ja liitumispunktis, mis võimaldab olemasolevat liitumist ja paigaldist suurema aktiivvõimsusega koormata. Samuti väheneb tasu reaktiiveneregia eest.

 

 

 

Tarbimise kõikumine

 

Elektri tippvõimuse juhtimine on tähtis võte ettevõttele raha säästmiseks ja kasumi suurendamiseks. Tippvõimsus on keskmine energiatarve 15minutilise perioodi jooksul. Energiatarbimine suureneb, kui lülitate sisse rohkem valgusteid, tarviteid ja elektrikütteseadmeid. Tippvõimsuse aeg sõltub rakendusest. Võrgupiirkonna tarbijate tippvõimsuste summa koormab elektrijaama generaatoreid ja tippvõimsuse elektrijaamade võimsus on kallim.

Kui elektrivõrgud saavad rohkem tarbijaid innustada vähem tarbima, siis võib piirkonna võimsusevajadust vähendada. Säästud saab suunata neile tarbijatele, kes aitavad oma tippvõimsust vähendada. Energiatarbimise ajaline ühtlustamine ööpäeva jooksul võimaldab oluliselt vähendada ülekande ja jaotusseadmete võimsust ja genereeritavat võimsust. Sääst tekib ka ettevõttesisestes jaotusvõrkudes, kuna kaod on seotud koormusvoolu või võimsuse teise astmega (nt 2 korda suurem võimsus vastab 4 korda suurematele kadudele). Tippvõimsuse tasud võivad moodustada olulise osa elektriarvest ja tippvõimsuse kontroller tasub end sel juhul kiiresti.

Uit- ja lekkevoolud

Tööstuse jaotusvõrke on sageli mitmes järgus ümber ehitatud ja dokumentatsioon pole korrektne. Üheks sagedasemaks probleemiks on neutraaljuhi ja kaitsemaanduse väärad ühendused, mistõttu neutraalivool kandub maandatud konstruktsioonidesse ja hakkab neid elektrokeemiliselt lagundama. Oleme taga ajanud ka uitvoole, mis võivad läbi söövitada isegi roostevabast terasest torustikke. Sellisel juhul tuleb teha maandus-ahelate täielik revisjon ja maandusvoolude mõõtmine

 

 

 

 

 

Lekkevoolu kontroll võimaldab teavitada isolatsiooni lekkest enne kaitsmete välja-lülitumist. See kehtib eriti pikkamööda suurenevate lekkevoolude kohta, mis tekivad näiteks isolatsioonirikkel, liigvoolu või süsteemiosade muu ülekoormuse korral. Muudeks tõrgete allikateks on massilised võrgu tagasiside- või resonantsnähtused mitte-lineaarsete koormuste järjest suureneva arvu tõttu. Kui sellised ebaregulaarsed võrgu-parameetrid, nagu ülemäära kõrged harmo-onilised voolukomponendid või lekkevoolud, õnnestub aegsasti kindlaks teha, on võimalik kavandada remondimeetmeid enne seadme riket, vältides,  vähendades või vähemalt planeerides seisakuid.

Energiajuhtimissüsteemid

 

Lisaks ohutule elektrivarustusele mängib üha olulisemat osa energiatõhusus. Sellekohased eesmärgid pannakse paika standardi ISO 50001 rakendamisega. ISO 50001 annab standardiseeritud alused energiajuhtimissüsteemi rakendamiseks, kusjuures fookuses on mõiste juhtimissüsteem. Standard on metoodika, mida rakendatakse seotult teiste juhtimissüsteemidega, nagu ISO 9001 või ISO 14001, mille kaudu seatakse eesmärgid, teostatakse neid süstemaatiliselt ja sedasi tegutsedes kaotatakse juhuslikkuse mõju niipalju, kui võimalik.

 

EL eelarveperioodi 2014 – 2020 Eesti 5 fondi partnerlusleppe üheks eesmärgiks on suurema energia- ja ressursisäästu saavutamine ettevõtetes. On võimalik, et eurotoetust saab lähiajal taotleda ka energiajuhtimissüsteemi ISO 50001 energiajuhtimissüsteemide rakendamiseks tööstuses. Energiajuhtimissüsteem näeb ette rea administratiivseid meetmeid, kuid asendamatu roll on mõõtmistel, mille abil rakendatud säästumeetmete tõhusust tõendatakse.

 

Võrgupinge analüsaatorid

 

Tänapäeval on olemas väga võimekad mõõteriistad – võrgupinge analüsaatorid – praktiliselt kõigi võrguprobleemide ülesleidmiseks lühema või pikema aja jooksul. Järelvalvet võib teostada isegi üheainsa seadmega, mis mõõdab ja logib pidevalt elektrivoolu, pinget, võimsust ja energiat, jälgib toitekvaliteeti ja lekkevoolu. Analüsaatorid tuleks kas ajutiselt või statsionaarselt paigutada elektrijaotuskeskustesse ja/või elektriseadmete juurde.

 

 

Analüsaator mõõdab automaatselt toitepinge kvaliteeti ning logib võrgusündmusi vajaliku ajavahemiku jooksul. Analüüsides logitud võrgusündmusi ja nende statistikat (katkestused, ülepinged, alapinged jne), võib leida sobivad lahendused pinge kõikumise ja katkemise riskide vähendamiseks.

 

Pingetasemete ja koormuste kõikumise alusel saab hinnata elektrienergia kadusid kliendi jaotus-võrgus ning seadmestikus. Toiteprobleemid võivad olla põhjustatud ka tarbija enda seadmestikust ning nt ülekoormatud või vales režiimis töötavate jaotusvõrgu osade poolt. Võrgupinge analüsaatori abil võib ka need üles leida.

 

Analüsaator väljastab automaatselt ka aktiiv- ja reaktiivvõimsuse koormustipud ja koormusgraafikud. Koormusgraafikute alusel saab hinnata tippvõimsuse juhtimise ja reaktiivvõimsuse kompenseerimise vajadust ning leida võimalusi tippkoormuse vähendamiseks. Salvestatud info põhjal võib leida võimalusi energiakadude vähendamiseks, elektrivõrgu olukorra parandamiseks, töökindluse suurendamiseks, häiringute ja energiakadude vähendamiseks. Samuti saab ülevaate elektrivõrgu isolatsiooni ja maandusühenduste seisundist ning elektrienergia kvaliteedist mõõteperioodil, sh kõigist registreeritud võrgusündmustest. Soovi korral saate ülevaade erinevate tootmisüksuste tarbitavast võimsusest ja energiast soovi korral reaalajas üle Interneti. Tootmiskulude planeerimise seisukohast on kasulik omada ülevaadet elektrienergia kuludest toodanguühikule, mille saab leida pikemaajalise energiakulu jälgimisega. Saate ülevaate ka seadmestiku reaktiivvõimsusest ja -energiast. Reaktiivenergia kompenseerimisega saab vähendada liitumispunkti voolu, kaablite koormust ning makstavat reaktiivenergia tasu.

 

Kokkuvõte

 

Kui teie ettevõtte või asutuse elektrikulu on suur, tuleb tagada kvaliteetne elektritoide, tuleks kaaluda võrgupinge analüsaatori või energiajälgimissüsteemi kasutusele võtmist. Kui kahtlustate oma elektrivõrgus ülekoormuse, häiringute, isolatsiooni või uitvoolude, maanduse vm probleeme, tuleks kasutada keerukamat võrgupinge analüsaatorit, millel on lisaks lekkevoolude mõõtmise ja salvestamise võimalused. Erinevate juhtumite analüüsil on leitud, et elektrienergia kaod vähenevad keskmiselt 10 – 30% elektrivõrgu ja seadmestiku töörežiimide parandamise arvelt. Saadav sääst tasub mõõtmised sageli lühikese ajaga. Ülekoormuste, lekkevoolude ja maandusvigade varase avastamise ning kõrvaldamise tõttu tõuseb elektrivarustuse käiduvalmidus.

Vaata, kuidas meie saame Teie ettevõtet aidata elektrikvaliteedi mõõtmisel siit.

 

Lisa kommentaar

Sinu e-postiaadressi ei avaldata. Nõutavad väljad on tähistatud *-ga

%d bloggers like this: