Villamosenergia-minôség – Alkalmazási segédlet
Feszültségletörések Megelôzô karbantartás – a villamosenergia-minôség pillére
5.2.1
Feszültségletörések
Feszültségletörések Megelôzô karbantartás – a villamosenergia-minôség pillére David Bradley Rhopoint Systems Kft. 2001. Március
Magyar Rézpiaci Központ Hungarian Copper Promotion Centre (HCPC) A Magyar Rézpiaci Központ a réztermelôk és feldolgozók által támogatott non-profit szervezet, amelynek célja a réz és a rézötvözetek használatának, valamint helyes és hatékony alkalmazásának elôsegítése. A szolgáltatások, beleértve a mûszaki tanácsadást és információs adatközlést, mindazok rendelkezésére állnak, akik bármilyen vonatkozásban érdekeltek a réz felhasználásában. Az egyesülés összeköttetést teremt a kutatás és a felhasználó ipar között, és szoros kapcsolatot tart fenn a világ többi – a rézpiac fejlesztésén tevékenykedô – szervezetével. Európai Réz Intézet European Copper Institute (ECI) Az Európai Réz Intézet az ICA (International Copper Association) és az IWCC (International Wrought Copper Council) támogató tagjai által létrehozott szervezet. Tagjain keresztül az ECI a világ legnagyobb réztermelôi és Európa vezetô réztermék gyártói nevében dolgozik a réztermékek európai piacfejlesztésén. Az 1996 januárjában megalakult ECI-t tíz Rézpiac Fejlesztési Egyesület (CDA-k) hálózata támogatja a Benelux államokban, Franciaországban, Németországban, Görögországban, Magyarországon, Olaszországban, Lengyelországban, Skandináviában, Spanyolországban és az Egyesült Királyságban. Ezen tevékenység folytatása azon erôfeszítéseknek, amelyeket az 1959-ben alakult Copper Products Development Association (CPDA) és az 1961-ben alakult International Copper Research Association (INCRA) kezdeményezett. Figyelmeztetés A Magyar Rézpiaci Központ és az Európai Réz Intézet elhárítja a felelôsséget bármilyen közvetlen, közvetett, okozati, vagy véletlenszerû meghibásodásért, amely az ebben a kiadványban közölt információk felhasználásából, vagy az információk illetve a közölt adatok fel nem használhatóságából eredhetnek.
Szerzôi jog©:
Copper Development Association (CDA)
Magyar fordítás: Magyar Rézpiaci Központ
A kiadvány anyagának másolása, terjesztése engedélyezett, feltéve, hogy az teljes terjedelemben, a forrás megjelölésével történik.
Magyar Rézpiaci Központ H-1053 Budapest Képíró u. 9. Magyarország
European Copper Institute 168 Avenue de Tervueren B-1150 Brussels Belgium
Tel: Fax: E-mail: Web:
Tel: Fax: Email: Website:
(+36 1) 266 48 10 (+36 1) 266 48 04
[email protected] www.hcpcinfo.org
00 32 2 777 70 70 00 32 2 777 70 79
[email protected] www.eurocopper.org
Feszültségletörések Megelôzô karbantartás – a villamosenergia-minôség pillére Már régóta alkalmaznak a villamosenergia-rendszerekben zavarírókat. Az elsô ilyen készülékeknek korlátozott volt a kapacitása, csak feszültséget mértek és az eredményeket vonalírón rögzítették. A korszerû eszközök sokkal több mérést végeznek és az adatokat elektronikusan tárolják, ami lehetôvé teszi a személyi számítógépen való részletes feldolgozást. Így a mért mennyiségek több szempont szerint dolgozhatók fel, tehát egy adathalmaz különbözô mérési követelményeknek felelhet meg. Az eszközök széles választéka kapható az egyszerû egyfázisú, csatlakozó aljzatba dugható készüléktôl egészen az épületinformatikai rendszerbe beépített háromfázisú felügyeleti berendezésig. Az egyszerûbb eszközöket gyakran arra használják, hogy a részletes elemzés elôtt a probléma helyét, természetét és mértékét határozzák meg. A legtöbb berendezés a beállított küszöbértéket meghaladó eseményeket rögzíti, például a tûréshatáron kívül esô feszültségértékeket, vagy egy kiválasztott tûrési görbén, mint például a CBEMA görbén kívül esô letörést. Ez a szemlélet a rögzített adatok mennyiségét csökkenti, könnyebbé teszi a tárolást és adatfeldolgozást, de semmit nem árul el arról, hogy hány olyan esemény történt, amely éppen a beállított tûréshatáron belülre esett. A rögzítési határértékek a felhasználó által beállíthatók, de ha túl tág a tartomány, a zavaríró megtelik viszonylag érdektelen adatokkal, amelyek elemzése jelentôs idôt vesz igénybe. Ha a határértékeket túl szûkre állítják be, akkor fontos események teljesen elveszhetnek. Egyre jobban terjed az ú.n. ’teljeskörû felügyelet’ néven ismert szemlélet. A zavarírónak nagy félvezetôs memóriája van (RAM), amelyet még merevlemez tár is kiegészít, így igen nagy az adattárolási kapacitása, ami lehetôvé teszi az összes adat gyûjtését a körülményekhez dinamikusan illeszthetô szoros küszöbértékekkel. A küszöbértékeket a felhasználó igényei szerint az adatfeldolgozáskor szabja meg a hálózatban, vagy egy modem kapcsolat túlsó végén lévô feldolgozó számítógép programja. A küszöbértékek tehát nem az adatgyûjtéskor vannak figyelembe véve, így nincs holtsáv és elveszô adat. Ugyanazok az adatok különbözô küszöbértékekkel annyiszor dolgozhatók fel, ahányszor szükséges. A gyakorlatban a mérés alatt is van automatikusan mûködô küszöbérték oly módon, hogy a készülék ne csorduljon túl rendkívüli üzemállapotok bekövetkezésekor. Folyamatosan mérnek, de tárolás elôtt szükség esetén szûrik az adatokat. A teljeskörû felügyelet alapja a nagy mintavételi frekvenciájú mintavételezés és a nagyteljesítményû digitális jelfeldolgozás, hogy periódusonként minden paraméter mérhetô legyen – a tranzienseket és a harmonikusokat is beleértve. Mivel minden adat rendelkezésre áll, a készülék mérhet feszültségzavarokat, ezen belül tranzienseket, harmonikusokat; villogást, teljesítménytényezôt, hatásos és meddô teljesítményt, valamint frekvenciát. Ez a módszer lehetôvé teszi a villamosenergia-rendszerben a megelôzô karbantartások gyakorlatát. A megelôzô karbantartásokat már régóta alkalmazzák mechanikai berendezések, mint például villamos gépek hibáinak kivédésére. A csapágyak rezgéseinek frekvenciaspektrumának és annak változásának elemzése idôben figyelmeztet a meghibásodás lehetôségére és a hiba karbantartással kijavítható. Villamos elosztó rendszerekben a kezdôdô problémákra hasonló korai figyelmeztetésként szolgálhat a mért mennyiségek idôbeli összehasonlítása, azaz a paraméterek idôbeli változásának vizsgálata. Amint jelen Útmutató korábbi fejezetében már kifejtettük, a villamos energia egyfajta nyersanyag, amelynek az a különlegessége, hogy elôállításakor azonnal fogyasztásra is kerül és felhasználás elôtt nincs lehetôség a minôség vizsgálatára. A fogyasztóhoz eljuttatott energia minôségének ismerete alapvetô fontosságú minden teljeskörû minôségbiztosítási rendszer számára.
A folyamatos ellenôrzés elônyei Számos kormányzati, katonai, pénzügyi és kereskedelmi alkalmazásnál a számítógépek napi 24 órán keresztül üzemelnek. Ezek a létfontosságú számítógépek különbözô feladatokat láthatnak el, mint például ûrrepülôgép földreszállási manôvereinek összehangolása, vagy többmillió Eurós pénzügyi mûveletek. Következésképpen az ilyen rendszerek tulajdonosai és mûködtetôi jelentôs összegeket költenek a kiesések és meghibásodások megelôzésére. Minden nagyobb adatbanknak például nagyteljesítményû szünetmentes táplálása és tartalék
1
Megelôzô karbantartás – a villamosenergia-minôség pillére ellátása van nagy körültekintéssel tervezett villamosenergia-elosztó rendszerrel. A cél egyszerû: a rendszer rendelkezésreállását olyan magas szintre emelni, amennyire lehet. A villamosenergia-ellátás folyamatos felügyelete minden üzemvezetés programjának szerves része. Ennek legfôbb elônyei: w
A villamosenergia-minôség naplózása lehetôvé teszi a tendenciák megállapítását – mint például a feszültségletörések számának vagy nagyságának növekedése, vagy a harmonikusok növekedése –, ami segít a megelôzô karbantartások ütemezésében. A terven kívüli leállások kiküszöbölése az adatbankok mûködésében vagy pénzügyi mûveletek végrehajtásakor jelentôs anyagi elônnyel jár. A megelôzô technikák megadják a szükséges információt a lehetô legnagyobb mûködési idôarány eléréséhez.
w
Rendelkezésre állnak adatok a transzformátorok és táppontok terhelésére, valamint a jövôbeli bôvítési lehetôségekre vonatkozóan. Így lehetôvé válik, hogy a bôvítés a legmegfelelôbb területen történjen.
w
Valamely villamosenergia-ellátási probléma észlelésekor azonnal riasztható a személyzet akár számítógépre küldött üzenettel. Az azonnali figyelmeztetés lehetôvé teszi a probléma elszigetelését és a dominó effektus kialakulásának megakadályozását.
w
A harmonikusokat folyamatosan figyelni kell, hogy a terhelés növekedése ne eredményezhessen olyan túlmelegedést, ami a transzformátorok, vezetékek vagy megszakítók tönkremeneteléhez vezet.
w
A folyamatos felügyelet lehetôvé teszi az ellátásban bekövetkezett zavarok utólagos elemzését. Az ehhez szükséges adatok rávilágítanak arra, hogy hol és milyen események történtek, érthetôvé teszik, hogy milyen módon kerülhetôk el a jövôben a hasonló üzemállapotok és hogyan csökkenthetôk azok hatásai.
Az áramszolgáltatók is hasznot húzhatnak a folyamatos felügyeletbôl. Újabban az elosztóhálózatra telepítenek villamosenergia-minôség regisztráló készülékeket a mûködési hatékonyság javítása céljából. Más áramszolgáltatók a fogyasztók javát szolgáló villamosenergia-minôség megfigyelô programokat vezetnek be akár a szolgáltatói szerzôdés részeként, vagy egyszerûen a fogyasztók megnyerése céljából.
A történeti adatok összehasonlítása A megelôzô karbantartási programok a kritikus helyeken elhelyezett felügyeleti készülékekre alapozhatók. Minden egyes készülék valamely idôszak, pédául egy hét vagy egy hónap adatainak gyûjtését teszi lehetôvé. A gyûjtési periódus végén az adatokat letöltik és elmentik, a készülék automatikusan újraindul és gyûjti a következô idôszak adatait. Minden gyûjtött adathalmaz arhiválásra kerül, majd a feldolgozó program idôrôl idôre összehasonlítja azokat. Az adatbázisok hosszabb idôn keresztül (általában egy évre, vagy akár még hossabb idôre) történô összehasonlítása az jellemzi egység villamosenergia-ellátását. A változásoknak heti vagy havi rendszerességgel történô folyamatos nyomon követésével az új vagy romló feltételek azonnal szembeszökôvé válnak. Az események gyakoriságának növekedése, azok mértéke, vagy az új típusú jelenségek felbukkanása problémák lehetôségét jelzik. Azok a készülékek, amelyek beállított küszöbértékek feletti jelenségeket figyelnek, „kivétel-szerû” eseményeket fognak rögzíteni – a jelenség csak akkor kerül regisztrálásra, ha elég nagy már ahhoz, hogy zavaró legyen –, ezek a készülékek nem alkalmasak megelôzô karbantartási programok részeként. Ezeket csak zavaríróként lehet használni. Az alapvetô különbség a ’teljeskörû felügyelet’ és a hagyományos zavaríró szemlélet között az 1. ábrán látható. A küszöbértékekre alapozott méréseknél a feszültségletörés tûrési görbéjén holtsáv alakul ki. Az ezen a sávon belüli események – olyan események, amelyek nem lényegesek, de figyelmeztethetnek a potenciális problémákra – teljesen hiányoznak a regisztrátumok közül. A teljeskörû felügyelet adaptív küszöbértékekkel dolgozik, az összes adatot gyûjti, ami a késôbbi feldolgozás megbízható alapjául szolgál.
2
Megelôzô karbantartás – a villamosenergia-minôség pillére Egy teljes energiafelügyeleti stratégia célja a rendelkezésreállás növelése. Az adatgyûjtés csak az elsô lépés; a következô ezen adatoknak a rendszer állapotára vonatkozó használható információkká alakítása, hogy ezek ismeretében a jövô rendelkezésreállása kialakítható legyen. Ez az elemzés személyi számítógépen, magas szintû mérnöki munka eredményeként kialakított program segítségével történik.
Az elôre beállított küszöbérték eredménye a nagy holtsáv, amelybe esô értékek elvesznek.
A teljeskörû felügyelet minden eseményt regisztrál alacsony, adaptív küszöbérték alkalmazásával.
1. ábra A teljeskörû felügyelet és a küszöbérték figyelés összehasonlítása
Villamosenergia-minôség mutató A villamosenergia-minôség összetett fogalom; nem jellemezhetô egyetlen paraméterrel, így nehéz a változását egyszerûen leírni. Egyfajta újításként bevezették a villamosenergia-minôség mutatót (Power Quality Index, PQI), amely egyetlen számértékkel jellemzi a feszültség minôség zavarával járó eseményeket.
Villamosenergia-minôség mutató = 100
Villamosenergia-minôség mutató = 0
2. ábra A villamosenergia-minôség mutató számítása
3
Megelôzô karbantartás – a villamosenergia-minôség pillére A tökéletes ellátáshoz PQI = 0 tartozik, az olyan események pedig, amelyek például a CBEMA görbére esnek, PQI = 100-zal jellemezhetôk (2. ábra). A kettô közötti eseményekhez, vagy a görbén kívülre esôkhöz a görbétôl való távolságukkal arányos mérôszám tartozik. Az eseményekhez tartozó egyedi PQI értékekbôl effektívérték-szerûen számított eredô PQI mérôszám jellemzi az adott helyszínt egy idôtartamon belül, az egyedi PQI maximális értékkel együtt. Valamely helyszín PQI értékeinek egymást követô idôtartamokra vonatkozó sorozata jól áttekinthetôen jellemzi a villamosenergia-minôség változását és mutatja, hogy mely területeken kell azt javítani.
3. ábra A villamosenergia-minôség mutató változása négy helyszínen
A 3. ábra egy ipari üzem négy megfigyelési pontjának eredô PQI értékeit mutatja. A diagramból látható a minôség romlása (PQI növekszik), illetve a minôség javulása (PQI csökken), vagy a minôség ingadozása. Ebben a példában a legalsó görbe mutatja a legstabilabb ellátási pontot, leggyorsabban pedig a legfelsô emelkedik és ez mutatja a legnagyobb ingadozást is. Látható, hogy mely pontokon a legrosszabb a villamosenergia-minôség és hol érdemes elsôként beruházni. Ha a villamosenergia-minôség mutatót engedjük tovább növekedni, az adott helyszínen ennek minden bizonnyal nemkívánatos következményei lesznek. Ha lépéseket teszünk a helyzet javítására, a PQI elkezd csökkenni. Ennélfogva a PQI egyrészt elôretekintô, amennyiben lehetôvé teszi a növekvô problémák felismerését, másrészt visszatekintô, mivel jelzi a megtett lépések hatékonyságát. Több tûrési görbe használatos, például a CBEMA, ITIC, valamint az ANSI. A teljeskörû felügyelet ezek közül bármelyiket, illetve bármelyiknek a speciálisan szerkesztett változatát is megengedi.
Az adatok kezelése A szoftver lehetôvé teszi, hogy a felhasználó tovább vizsgálódjon az indexet képezô adatok között. Ezek az eszközök igen nagy rugalmasságot kínálnak azáltal, hogy lehetôséget adnak paraméterek és azok változásának összehasonlítására, a különbözô helyekhez tartozó adatok, vagy különbözô vizsgálati eredmények összevetésére. A felhasználó az adatokat bármilyen szempont szerint csoportosíthatja. A 4. ábra egyetlen mérési hely egy évre vonatkozó eredô villamosenergia-minôség mutató görbéjét mutatja a maximális értékekkel együtt. Bizonyos értékek indexe kiugró. Például egy adott feszültség kimaradáshoz tartozó mutató értéke a kimaradás idôtartamától függôen lehet akár 1000 is, ha a 0% feszültség távolsága a névleges feszültségtôl éppen 10-szerese a CBEMA görbe és a névleges feszültség távolságának. Nem képzelhetô el azonban, hogy 10-szeres túlfeszültség néhány másodperc idôtartamra kialakuljon. Az 5. ábra a 4. ábrához tartozó mérési hely feszültség effektív értékének egy éves eseményeit mutatja.
4
Megelôzô karbantartás – a villamosenergia-minôség pillére
4. ábra Eredô és egyedi maximális villamosenergia-minôség mutató napi felbontásban, egy éves idôtartamra
5. ábra Feszültség effektív értékének változása
Változások kimutatása A mutatók alakulásának követése az egyik lehetséges módszer a villamosenergia-minôség romlásának vagy javulásának kimutatására. Egy másik eljárás lehet az eseményeket adott tûrési görbéhez viszonyítva ábrázolni (ilyen a CBEMA görbe) és az eseményeket ábrázoló pontokat az idô múlásával halványítani (6. ábra). A fényerô csökkentése könnyen eldönthetôvé teszi azt, hogy a helyzet romlik vagy javul. A közölt példában a másodperc tartományban egy mérési pont „tömörülési” hatás látható, amely azt mutatja, hogy a letörések állandóan egyre hosszabb idejûek lesznek. Azok a ponthalmazok, amelyeknek a külsô pontjai nagyobb fényerejûek, mint a belsô pontjai, azt mutatják, hogy az adott területen a helyzet romló tendenciájú. Ha a ponthalmaz közepe nagyobb fényerejû, a problémák egy területre koncentrálódnak.
5
Megelôzô karbantartás – a villamosenergia-minôség pillére
6. ábra Tûrési görbe változó fényerejû eseményekkel
Összefoglalás A teljeskörû felügyelet hatékony szoftverekkel lehetôvé teszi a villamosenergia-rendszer állapotának rövidés hosszútávú összehasonlítását. Lehetôvé válik az elôretekintô karbantartás a kezdeti hibák figyelmeztetése alapján, mielôtt az elosztórendszeren bekövetkezne a tényleges hiba, és az információk alapján lehetôvé válik a kiesésmentes üzemvitelhez vezetô megoldás keresése.
6
Megjegyzés
7
Megjegyzés
8
Network Partners Copper Benelux
HTW
168 Avenue de Tervueren B-1150 Brussels Belgium
Goebenstrasse 40 D-66117 Saarbruecken Germany
Tel: Fax: Email: Web:
Tel: Fax: Email:
00 32 2 777 7090 00 32 2 777 7099
[email protected] www.copperbenelux.org
00 49 681 5867 279 00 49 681 5867 302
[email protected]
Contact: Mr B Doˆme
Contact: Prof Dr W Langguth
Copper Development Association
Istituto Italiano del Rame
Verulam Industrial Estate 224 London Road St Albans Hertfordshire AL1 1AQ England
Via Corradino d’Ascanio 4 I-20142 Milano Italy
Tel: Fax: Email: Webs:
00 44 1727 731205 00 44 1727 731216
[email protected] www.cda.org.uk & www.brass.org
Tel: Fax: Email: Web:
00 39 02 89301330 00 39 02 89301513
[email protected] www.iir.it
Contact: Mr V Loconsolo
Contact: Mrs A Vessey
Deutsches Kupferinstitut e.V Am Bonneshof 5 D-40474 Duesseldorf Germany Tel: Fax: Email: Web:
00 49 211 4796 323 00 49 211 4796 310
[email protected] www.kupferinstitut.de
KU Leuven Kasteelpark Arenberg 10 B-3001 Leuven-Heverlee Belgium Tel: Fax: Email:
00 32 16 32 10 20 00 32 16 32 19 85
[email protected]
Contact: Prof Dr R Belmans
Contact: Mr S Fassbinder
ECD Services Via Cardinal Maffi 21 I-27100 Pavia Italy Tel: Fax: Email: Web
00 39 0382 538934 00 39 0382 308028
[email protected] www.ecd.it
Polish Copper Promotion Centre SA Pl.1 Maja 1-2 PL-50-136 Wroclaw Poland Tel: Fax: Email:
00 48 71 78 12 502 00 48 71 78 12 504
[email protected]
Contact: Mr P Jurasz
Contact: Dr A Baggini
European Copper Institute 168 Avenue de Tervueren B-1150 Brussels Belgium Tel: Fax: Email: Web:
00 32 2 777 70 70 00 32 2 777 70 79
[email protected] www.eurocopper.org
TU Bergamo Viale G Marconi 5 I-24044 Dalmine (BG) Italy Tel: Fax: Email:
00 39 035 27 73 07 00 39 035 56 27 79
[email protected]
Contact: Prof R Colombi
Contact: Mr H De Keulenaer
Hevrox Schoebroeckstraat 62 B-3583 Beringen Belgium Tel: Fax: Email:
00 32 11 454 420 00 32 11 454 423
[email protected]
Contact: Mr I Hendrikx
TU Wroclaw Wybrzeze Wyspianskiego 27 PL-50-370 Wroclaw Poland Tel: Fax: Email:
00 48 71 32 80 192 00 48 71 32 03 596
[email protected]
Contact: Prof Dr H Markiewicz
Rhopoint Systems Ltd Holland Road Oxted Surrey RH8 9AX Tel: Fax: Email: Website:
01883 722222 01883 712938
[email protected] www.rhopoint.co.uk/systems
David Bradley
Magyar Rézpiaci Központ H-1053 Budapest Képíró u. 9. Magyarország
European Copper Institute 168 Avenue de Tervueren B-1150 Brussels Belgium
Tel: Fax: E-mail: Web:
Tel: Fax: Email: Website:
(+36 1) 266 48 10 (+36 1) 266 48 04
[email protected] www.hcpcinfo.org
00 32 2 777 70 70 00 32 2 777 70 79
[email protected] www.eurocopper.org
