Aktuální vydání

celé číslo

08

2024

Automatizace v potravinářství a farmacii

Měření a regulace průtoku, čerpadla

celé číslo

Strategie spolehlivého napájení

číslo 7/2004

Strategie spolehlivého napájení

Případná nedostatečná kvalita energie v elektrorozvodné síti má při stále častějším používání citlivých elektronických obvodů za následek větší počet výpadků ve výrobě. Konkurenční výhodu má ten, jehož výrobní proces je plynulý i při menší kvalitě dodávek energie. Zvláštní pozornost je tedy nutné věnovat zdrojům napájení, které jsou základem instalace také automatizační techniky. Z tohoto pohledu roste význam elektronických záložních zdrojů elektrické energie (Uninterruptible Power System – UPS), jejichž použitím lze předcházet neplánovaným výdajům nejen v oblasti informatiky, ale také při řízení výrobních a podobných průmyslových procesů.

Důsledky přerušení dodávky energie

Přerušení dodávky elektrické energie zpravidla ovlivňuje výrobní proces. Může vést ke ztrátě dat, k přerušení činnosti řídicích systémů, k poškození drahého zařízení a výrobku (je-li stroj automaticky znovu spuštěn) apod. Míra poškození závisí na citlivosti daného zařízení; i malé výpadky mohou způsobit velké ztráty. Například denní výrobní kapacita automobilky Volkswagen ve Wolfsburgu je 2 200 vozů Golf A5. Dojde-li jen k půlhodinovému výpadku, je chod závodu ovlivněn natolik, že ztrátu není možné nahradit ani při chodu linky na plný výkon po zbytek dne. V takovém případě se investice do UPS vrátí velmi brzy.

Ve studii vypracované firmou Darnell z USA, zabývající se výzkumem trhu, se uvádí, že nestabilita napětí a přerušení dodávek elektrické energie způsobují jen v USA ztráty ve výši 12 až 26 miliard dolarů ročně.

Obr. 1.

Spolehlivost dodávek elektrické energie v Německu

Třebaže je v Německu spolehlivost elektrorozvodné sítě vvn a vn na velmi dobré úrovni – uvádí se 99,99 %, což v je mezinárodním měřítku hodnota velmi dobrá –, nelze výpadky napětí vyloučit. Podle statistiky zpracované sdružením německých provozovatelů přenosových soustav VDN (Verband der Netzbetreiber e. V.) došlo v Německu v roce 2001 z důvodu povětrnostních podmínek, zkratů, přerušení vedení nebo technických závad ke 12 tisícům výpadků v síti vn. Téměř polovina z nich měla za následek dlouhodobější přerušení dodávky energie. Od roku 1997 do roku 2001 bylo zaznamenáno 3 167 výpadků v síti 110 kV (vvn). Z nich 982 vedlo k přerušení dodávky elektrické energie s průměrnou dobou trvání půl hodiny.

Liberalizace trhu s elektrickou energií vedla k tlaku na snižování nákladů u provozovatelů přenosových soustav. Přímým důsledkem uvedeného stavu je prodloužení časových intervalů pravidelné údržby. To v blízké budoucnosti pravděpodobně způsobí zhoršení kvality rozvodné sítě. Například podle studie zpracované na univerzitě v německém Wilhelmshavenu lze očekávat, že liberalizace trhu s elektrickou energií vyústí v menší spolehlivost dodávek zapříčiněnou „… (současnou) vyšší úrovní spolehlivosti dodávek v porovnání s mezinárodními normami a menší ochotou investovat z důvodu cenové konkurence na trhu s elektrickou energií“ (autor popisuje situaci v Německu – pozn. red.).

Protože podobné procesy jako v Německu probíhají celosvětově, musí uživatelé na celém světě počítat s nestabilní rozvodnou sítí. Takováto situace vyžaduje zavedení napájecích zdrojů s dlouhou dobou překlenutí poruchy, vyrovnávacích modulů (buffer) nebo UPS. Protože ale, v souvislosti se šířícím se používáním citlivé elektroniky, jsou průmysloví odběratelé elektrické energie stále citlivější na kvalitu její dodávky, předpovídá zmíněná společnost Darnell značný rozmach použití UPS. Bude tomu tak proto, že „velké společnosti si začínají všímat ztrát, jejichž příčinou jsou přerušení nebo nekvalita dodávek energie„.

Stejnosměrné versus střídavé UPS

Rozhodne-li se firma použít UPS, jsou k dispozici střídavé a stejnosměrné varianty. Střídavý systém (AC-UPS) se doporučuje použít tam, kde je zařízení napájeno střídavým napětím (např. výpočetní technika). Stejnosměrné záložní zdroje (DC-UPS) jsou určeny pro průmyslové aplikace běžně vyžadující napájení napětím 24 V DC. Jejich porovnáním lze zjistit, že DC-UPS jsou kompaktnější, účinnější a celkem ekonomicky výhodnější (mj. se u nich snáze propojuje akumulátor s napájeným zařízením).

Kompletní rozsah napájecích zdrojů znamená spolehlivější řídicí systém

Úplnou řadu výrobků pro spolehlivé napájení elektrickou energií nabízí např. firma Phoenix Contact. Všechny modely napájecích zdrojů – Step, Mini a Quint – jsou při plné zátěži schopny překlenout výpadek v dodávce energie ze sítě napájení trvající až 20 ms.

Moduly Quint Buffer uloží potřebnou energii v bezúdržbových kondenzátorech a umožní překlenout výpadek sítě trvající až 200 ms při proudu 20 A. Je-li spotřeba menší, doba se úměrně prodlužuje. Tato ekonomická varianta je kompaktní, snadno se zapojuje a podle statistik řeší 80 % všech chyb v dodávce elektrické energie.

Při větších proudech zajistí zálohování po dostatečně dlouhou dobu modul Quint DC-UPS, využívající olověný akumulátor s dlouhou dobou života. Řešení mohou být různá podle požadavků uživatele.

Například modul s výstupním proudem 10 A po dobu 1,5 min má akumulátor s kapacitou 1,3 A·h. Jednotky poskytující 20 a 40 A lze podle potřeby kombinovat s akumulátorovými moduly s kapacitou 3,4, 7,2 a 12 A·h. Při malé spotřebě může být energie dodávána po dobu až 3 h. Moduly Quint DC-UPS jsou určeny zejména pro nepřetržitou dodávku elektrické energie řídicím jednotkám, strojům a systémům, u kterých hrozí při přerušení chodu velké ztráty, nebo tam, kde výpadek napájení může poškodit drahé výrobky anebo zařízení.

Moduly UPS, které jsou v současné době na trhu, jsou většinou příliš velké na to, aby mohly být umístěny na lištu DIN současně se zdrojem. To znesnadňuje vzájemné propojení. Firma Phoenix Contact proto vyvinula moduly UPS, jejichž jednotná konstrukce a malé rozměry znamenají menší požadavky na zástavbový prostor a zajišťují úhledné provedení s krátkými propojovacími kabely. Výjimečnou funkcí modulů UPS fi rmy Phoenix Contact je omezení výstupního proudu. Tím se zabrání průtoku velkých proudů v případě chybného zapojení. Tak je před poškozením chráněno signalizační relé na výstupu a k dispozici je stále kontrolní signál.

Díky odděleným výstupům lze napájená zařízení připojená k modulu Quint Buffer nebo Quint UPS rozdělit na zálohovaná a nezálohovaná. Tím způsobem se, v závislosti na výstupním proudu, prodlužuje doba zálohy.

Závěr

Minimum výpadků v dodávce elektrické energie nabízí určitou konkurenční výhodu. Firma Phoenix Contact dává na trh kompletní řadu výrobků pro spolehlivé zásobování elektrickou energií, umožňující realizovat individuální řešení pro zajištění plynulého výrobního procesu.

Jan Kučera,
Phoenix Contact, s. r. o.

Phoenix Contact, s. r. o.
Kobližná 2
602 00 Brno
Tel./fax: 542 213 701
http://www.phoenixcontact.com

Inzerce zpět