Karpri to jeden z największych w Izraelu magazynów chłodniczych i zakładów mrożących. Posiada 30 000 m3 pomieszczeń chłodniczych rozmieszczonych na obszarze 22 km2, Karpri świadczy usługi chłodnicze o różnych temperaturach dla wielu koncernów, takich jak Coca-Cola i Nestle. W Karpri znajdują się trzy oddzielne maszynownie zapewniające kompleksowy obieg chłodzenia, wszystkie monitorowane i konserwowane przez doświadczony personel mechaników i inżynierów elektrycznych.
Od 2002 roku firma Karpri doświadczała cotygodniowych niewyjaśnionych awarii zasilania, które zdawały się występować bez względu na konkretne źródło lub czynnik wyzwalający. Firma Karpri wydała dziesiątki tysięcy dolarów i poświęciła miesiące godzin roboczych na próby zidentyfikowania źródła zakłóceń, które powodowały powtarzające się awarie urządzeń i szkody liczone w setkach tysięcy dolarów.
Problemem tym zajmowały się przez długi czas lokalna izraelska firma elektryczna (IEC) oraz wiele firm konsultingowych. Najbardziej zaawansowane analizatory jakości energii elektrycznej dostępne obecnie na rynku, pochodzące od czterech różnych producentów, były instalowane na miejscu przez długi czas, ale żaden z nich nie był w stanie określić źródła powtarzających się awarii.
Po wprowadzeniu technologii kompresji Elspec PQZIP firma Karpri mogła wreszcie zainstalować analizatory jakości energii elektrycznej, które dokładnie zidentyfikowały źródło awarii.
Instalacja i rejestracja przebiegów ciągłych
Cztery analizatory jakości energii Elspec G4420 zostały zainstalowane na zasilaniu głównym, na uzwojeniu wtórnym każdego transformatora oraz na jednym z rozdzielnic MCC, w której zgłoszono wiele awarii (oznaczonych 1, 2, 3 i 4 na rysunku 2). Każde urządzenie wykorzystywało opatentowaną technologię kompresji PQZIP, zapewniającą typowy współczynnik kompresji 1000:1, do rejestrowania wszystkich danych z szybkością 512 próbek na cykl przez kilka miesięcy.
Rys 2
Wszystkie urządzenia były podłączone do sieci lokalnej i przy użyciu unikalnego algorytmu synchronizacji czasu synchronizowały swój czas między sobą przez sieć LAN. Wszystkie dane były zsynchronizowane z typowym maksymalnym odchyleniem ±1 próbki. W ten sposób możliwe było monitorowanie wszystkich informacji z różnych lokalizacji na tym samym wykresie i w tym samym czasie.
Wszystkie urządzenia zostały następnie podłączone przez Internet do centralnych serwerów PQSCADA firmy Elspec, co pozwoliło firmie Karpri na outsourcing całego zarządzania jakością energii – urządzeń pomiarowych, zbierania danych, przechowywania danych i analizy jakości energii.
W ciągu zaledwie kilku dni po zakończeniu wdrożenia przyrządów nie tylko zlokalizowano główne źródło zdarzeń energetycznych, ale także ujawniono pełny zakres i przebieg zdarzeń energetycznych.
W rezultacie rejestracji uzyskano cztery główne elementy:
- Rejestrowane dane nie były ograniczone do wymagań normy EN 50160. W związku z tym dane są dostępne w momencie wystąpienia awarii, a nie tylko w momencie wystąpienia „zdarzenia”.
- Równoczesny pomiar i wiele punktów pomiarowych, zsynchronizowanych czasowo, umożliwiło analizę propagacji anomalii.
- Ciągła rejestracja wszystkich kanałów, w tym napięcia fazowe–neutralne i fazowe–ziemia, nawet w sieciach typu Delta, ujawniła problemy związane z ochroną odgromową.
- Równoczesne monitorowanie zgodnie z IEC 61000-4-30 cykl po cyklu pozwoliło na analizę bardzo szybkich zjawisk zgodnych z EN 50160.
Wielokrotna analiza równoległa
Jedną z głównych korzyści wynikających z zastosowania technologii kompresji PQZIP i ciągłego zapisu przebiegów jest możliwość monitorowania zdarzeń w kilku lokalizacjach zsynchronizowanych w czasie. Na rysunku 4 pokazano napięcie między fazą L2 a napięciem neutralnym we wszystkich 4 lokalizacjach. Tylko spadek napięcia w punkcie 4 był większy niż powszechnie stosowany próg 10%. W przypadku stosowania rejestratora opartego na wyzwalaczu inżynier zajmujący się usuwaniem usterek miałby do dyspozycji tylko kilka cykli przed zdarzeniem i kilka cykli po zdarzeniu, tylko z lokalizacji 4. Dane z pozostałych trzech lokalizacji nie byłyby rejestrowane. Dlatego trudno byłoby zrozumieć propagację zdarzenia w sieci.
Rys 3
Na rysunku 3 pokazano napięcie L2 we wszystkich lokalizacjach. Widać na nim dwa zdarzenia – po lewej stronie zdarzenie rozpoczęło się od punktu 4, do strony wtórnej transformatora (3), w górę do strony pierwotnej (1) i w dół do strony wtórnej drugiego transformatora (2). Natomiast zdarzenie po prawej stronie przebiegało odwrotnie: od 2 do 1 i w dół do 3 i 4. Brak dodatkowych punktów pomiarowych uniemożliwia lepszą analizę źródła awarii oraz sposobów zapobiegania jej ponownemu wystąpieniu.
Rys 4
Na rysunku 4 powiększono widok pierwszego zdarzenia, pokazując propagację zdarzenia w czasie, a także analizę poziomów opisanych powyżej.
Rys 5
Rysunek 5 przedstawia przebiegi napięć, prądów, kW, kVAr i kVA typowego obniżenia napięcia w rozdzielnicy MCC, co pozwala na głębszą analizę. Wyraźnie widać, że spadek jest spowodowany rozruchem silnika i można go łatwo skompensować za pomocą Elspec Equalizer – najszybszego na świecie systemu kompensacji mocy biernej. Ponieważ jednak spadki te występują co kilka minut, nie jest prawdopodobne, że to właśnie one są źródłem powtarzających się awarii. Co więcej, podobne awarie występują w miejscach, gdzie spadki są znacznie mniejsze.
W tym momencie można wysnuć kilka wniosków:
- W każdym z transformatorów występują spadki napięcia.
- Spadki te można zredukować za pomocą korektora Elspec.
- Spadki te występują cały czas i nie są one źródłem powtarzających się awarii.
- Konieczne jest przeprowadzenie dalszych badań w celu zlokalizowania przyczyny powtarzających się awarii.
Napięcia line-to-ground
Obiekt jest połączony za pomocą dwóch transformatorów Trójkąt/Gwiazda. Ponieważ napięcie zasilania jest w układzie Trójkąt, pomiary są zwykle ograniczone tylko do napięć między liniami. Jest to również wymagane przez różne normy i przepisy. Analizatory Elspec G4400 rejestrują wszystkie informacje przez cały czas, łącznie z wartościami napięcia między liniami. Gdy sieć jest w układzie Trójkąt, a przewód neutralny nie jest podłączony, wartości napięcia między linią a przewodem neutralnym są równe wartościom napięcia między linią a ziemią.
Rys 6
Jedną z korzyści płynących z dodatkowych pomiarów pokazano na rysunku 6. Z powodu zwarcia między fazą L3 a ziemią napięcia między linią a ziemią wzrosły do 26 kV, a nie do nominalnych 12,7 kV (zmiany od 0% do 205%). Podczas tej samej awarii spadek napięcia między liniami wynosił mniej niż 1% w stosunku do wartości znamionowej i 3% w stosunku do stanu ustalonego (21,8 kV w stosunku do 22,0 kV i 22,4 kV).
Technicznym uzasadnieniem monitorowania wyłącznie napięć między liniami jest to, że napięcia między liniami nie przechodzą przez transformator, ponieważ jest on typu D/Y. Jednak napięcia wyższe i niższe mają wpływ na sam transformator i skracają jego żywotność. Co więcej, w miejscach, gdzie znajdują się odbiorniki średniego napięcia (SN), napięcie to może spowodować znaczne uszkodzenia również tych odbiorników.
Wnioski:
- Aby chronić transformatory, zaleca się zapobieganie również zdarzeniom typu linia-ziemia.
- Rozwiązanie może pochodzić z obu stron licznika – zakład energetyczny może ulepszyć swoją sieć i/lub klient może zainstalować lepsze odgromniki.
- Zjawisko to dotyczy tylko sieci SN i nie jest źródłem awarii.
- W celu zlokalizowania przyczyny powtarzających się awarii konieczne jest przeprowadzenie dokładniejszych badań.
Analiza harmonicznych IEC 61000-4-30
Na terenie zakładu znajduje się wiele generatorów harmonicznych, głównie 5. harmonicznej. Obciążenia generują prądy harmoniczne, które powodują zanieczyszczenie napięcia.
Rys 7
Rysunek 7 przedstawia typowe warunki – maksymalne 3,3% THD V, maksymalne 20% THD I, 6,5V i 140A przy piątej harmonicznej. Zazwyczaj pomiary są wykonywane zgodnie z normą IEC 61000-4-30. Norma ta wymaga uśredniania wszystkich parametrów w okresie 200 ms (10 cykli przy 50Hz lub 12 cykli przy 60Hz). Jednak takie uśrednianie może ukryć krótsze zjawiska. W niektórych przypadkach krótkie zdarzenia nie mają energii niezbędnej do spowodowania uszkodzenia. Zależy to jednak od słabości najbardziej wrażliwego urządzenia.
Rys 8
Na rysunku 8 pokazano różne wyniki THD napięcia i prądu przy obliczeniach w każdym cyklu (kolor czerwony) i zgodnie z normą IEC 61000-4-30 (kolor zielony). Zamiast maksymalnej wartości THD prądu wynoszącej 19%, prawdziwa wartość wynosi 53%. Podobnie THD napięcia wynosi 12%, a nie 4%.
Dlaczego jest to ważne?
Z powodu superpozycji sieć jest reprezentowana przy 5. harmonicznej inaczej niż przy podstawowej. Obciążenie działa jako źródło prądowe (IH). Zazwyczaj impedancja zastępcza sieci jest najniższa, a prąd harmoniczny płynie do sieci zasilającej, która jest odporna na zanieczyszczenia. Jednak w niektórych przypadkach impedancja sieci ulega zwiększeniu (np. w wyniku podłączenia lub odłączenia kondensatorów) i prąd harmoniczny płynie do sieci o najniższej impedancji, która jest wrażliwym obciążeniem. Ponadto, z powodu zwiększonej impedancji źródło prądu nie może dostarczyć takiej samej ilości prądu, a podczas rezonansu prąd jest mniejszy.
Rys 9
Najnowsze komentarze