Náklady spojené s nízkou kvalitou elektrickej energie

Takže spoliehame sa na automatizáciu, ktorá je na druhej strane závislá od „čistej“ energie. Problémy s kvalitou elektrickej energie môžu spôsobiť chybnú funkčnosť alebo odstavenie zariadení a procesov. Následkom môžu byť neúmerne vysoké náklady za energie až po kompletné odstavenie výroby. Z toho je zrejmé, že kvalita elektrickej energie je mimoriadne dôležitá.

Vzájomná závislosť rôznorodých systémov vnáša do problematiky kvality elektrickej energie ďalšie problémy. Vaše počítače fungujú, ale vypadla sieť a nikto si nedokáže objednať letenku alebo zaslať správu o nákladoch. Proces síce pracuje správne, ale vypadol systém kúrenia a ventilácie a preto sa výroba musí pozastaviť. Vo výrobných prevádzkach existuje množstvo kriticky dôležitých systémov a problém s kvalitou elektrickej energie môže kedykoľvek spôsobiť ich odstavenie. A to potom bude veľmi zlé.

Odkiaľ ale problémy s kvalitou elektrickej energie pochádzajú? Najčastejšie sa nachádzajú vnútri prevádzky. Môže to byť vďaka:

• inštaláciám – nevhodne navrhnuté a zrealizované uzemnenia, zlé spoje, či poddimenzované rozvody. 
• prevádzke – zariadenia pracujú mimo navrhnutých rozsahov
• tieneniu – nevhodne navrhnuté tienenie alebo zlá kompenzácia účinníka
• údržbe – poručená izolácia káblov alebo zemných spojení

Aj zariadenia, ktoré boli nainštalované bezchybne a bola na nich vykonávaná pravidelná údržba a ktoré pracujú v perfektne nastavenej prevádzke, môžu časom spôsobovať problémy s kvalitou elektrickej energie. Priame meranie strát z dôvodu zlej kvality elektrickej energie možno zabezpečiť napr. pomocou meracích zariadení Fluke 430 Series II, ktoré priamo merajú straty spôsobené vyššími harmonickými a nevyváženosťou fáz, pričom kvantifikujú aj náklady na tieto straty na základe jednotkovej ceny elektrickej energie definovanej dodávateľom elektrickej energie.

Avšak pôvod zlej kvality elektrickej energie môže pochádzať aj z vonkajšieho prostredia mimo prevádzky. Stále žijeme s hrozbou nepredvídateľných výpadkov, poklesov napätia či prúdových rázov. Je zrejmé, že sú s tým spojené aj nejaké náklady. Ako ich kvantifikujete?

Meranie ceny kvality elektrickej energie

Problémy spojené s kvalitou elektrickej energie môžu spôsobiť tri základné kategórie udalostí: odstávku, problémy so zariadením alebo neplánované náklady na elektrickú energiu.

Odstávka

Aby ste dokázali kvantifikovať náklady spojené s odstávkou systému, potrebujete vedieť dve veci:

• veľkosť zisku, ktorý dané zariadenie za hodinu vyprodukuje
• náklady spojené s výrobou.

V tomto prípade je potrebné vziať do úvahy aj samotný proces. Je to spojitý, trvale bežiaci proces (napr. rafinéria)? Je potrebné, aby sa vyrobené produkty aj hneď spotrebúvali (napr. výroba elektrickej energie)? Môžu zákazníci okamžite zmeniť dodávateľa, ak im ho neviete dodať vy (napr. kreditné karty)? Ak odpoveď na niektorú z týchto otázok znie „áno“, potom stratené príjmy je možné len ťažko alebo aj vôbec získať späť. Ste výrobca strojových zariadení? Ak nedokážete dodávať svoje stroje zákazníkom na čas, môžu sa títo obrátiť na dodávateľov, ktorí to dokážu.

Problémy so zariadením

Presné náklady je možné kvantifikovať len ťažko a to hlavne z toho dôvodu, že do toho vstupuje množstvo premenných. Skutočne sa ten motor zastavil kvôli výskytu vyšších harmonických alebo tam bol iný problém? Vyrába linka číslo tri nepodarky, lebo zmeny v sieti spôsobili zmeny výkonu výrobného zariadenia? Aby bolo možné získať správne odpovede, je potrebné vykonať nasledujúce dve veci:

1. zamerať sa pri riešení problému na príčinu,
2. určiť aktuálne náklady.

Náklady na energie

Aby ste dokázali znížiť náklady za spotreby energií, musíte si zaznamenávať trendy spotreby a nastaviť systém a pripojovanie záťaží tak, aby ste mohli znížiť jednu z nasledujúcich položiek:

• aktuálnu spotrebu elektrickej energie (kWh)
• pokuty za prekročenie účinníka
• štruktúru poplatkov v čase špičkových odberov

Zaznamenávanie nákladov na „stratenú“ energiu, ktoré spôsobovala nízka kvalita elektrickej energie vedeli až donedávna len veľmi špecializovaní technici. Výpočet strát bolo možné vypočítať len prelúskaním sa množstvom údajov, pričom priame meranie strát a ich vyčíslenie nebolo možné. Vďaka patentovanému mechanizmu, ktorý používa meracie zariadenie Fluke 430 Series II, možno priamo merať straty spôsobené bežnými problémami súvisiacimi s kvalitou elektrickej energie a nesymetrickosťou. Zadaním ceny elektrickej energie do prístroja možno tieto náklady vyčísliť priamo v peniazoch.

Zníženie spotreby elektrickej energie môžete dosiahnuť odstránením slabej účinnosti vášho systému rozvodu elektrickej energie. Medzi príčiny, ktoré túto slabú účinnosť spôsobujú, patria:

• veľké neutrálne prúdy spôsobované nesymetrickou záťažou a tretími harmonickými
• preťažené transformátory a to obzvlášť tie, ktoré sú spojené s nelineárnymi záťažami
• staré motory, pohony a iné systémy vybavené motormi
• veľké harmonické skreslenie priebehu napätia/prúdu, ktoré môže spôsobiť neúmerné prehrievanie elektrizačnej sústavy.

Pokutám za prekročenie účinníka môžete predísť jeho korekciou. Vo všeobecnosti je to možné dosiahnuť inštaláciou korekčných kondenzátorov. Avšak tieto kondenzátory môžu predstavovať malý odpor pre harmonické a nainštalovanie nevhodnej korekcie účinnika môže viesť k rezonancii alebo spáleniu kondenzátorov.

Riadením špičkových záťaží môžete zredukovať odber v čase špičkových odberov. Množstvo ľudí nanešťastie prehliada hlavnú zložku týchto nákladov – efekt nízkej kvality elektrickej energie na odber elektrickej energie v čase špičky. Následkom je, že podhodnotia náklady spojené s prekročením účinníka. Aby ste dokázali určiť skutočné náklady na špičkovú záťaž, potrebujete vedieť tieto tri veci:

• spotrebu elektrickej energie v „normálnom“ stave
• spotrebu „čistej“ elektrickej energie
• štruktúru spotreby v čase špičkových odberov

Aby sa podarilo odstrániť problémy spojené s kvalitou elektrickej energie, znížte veľkosť odberu v čase špičky a podmienky, za ktorých sa záťaže opäť pripoja. Vďaka správe záťaží dokážete riadiť, kedy ktoré zariadenie pracuje a následne aj to, ako sa jednotlivé záťaže „hromadia“.

Nech je napr. vaša priemerná spotreba 515 kWh a špičkový odber nech je 650 kWh. Ak ale zavediete systém správy záťaží a presuniete niektoré záťaže do iného časového intervalu, spotreba sa rovnomernejšie rozloží, čím sa vám podarí dosiahnuť novú špičku pohybujúcu sa na úrovni 595 kWh.

Úspora peňazí vďaka kvalite elektrickej energie

Už viete vypočítať náklady na nízku kvalitu elektrickej energie. Teraz ešte potrebujete vedieť znížiť, resp. odstrániť tieto náklady. Nasledujúce kroky by vám k tomu mohli dopomôcť.

Preskúmajte usporiadanie vašich rozvodov a inštalácií. Zistite, ako najlepšie dokážu tieto systémy podporiť vaše procesy a akú infraštruktúru potrebujete, aby ste dokázali poruchám predchádzať. Skontrolujte zaťažiteľnosť obvodov skôr, ako do nich nainštalujete nové zariadenie. Znovu skontrolujte kriticky dôležité zariadenia po vykonaní konfiguračných zmien.

Súlad s normami. Skontrolujte váš systém uzemnenia, či je v zhode s normami, ako napr. IEEE-142, STN EN 50522 a pod. Takisto skontrolujte, či váš systém rozvodu elektrickej energie je v súlade s normami IEEE-141 a ďalšími medzinárodnými predpismi.

Kontrola ochrany napájania. V tejto časti je zahrnutá ochrana pred účinkami blesku a prepätia, ochrana pred prechodovým prepätím a pod. Sú tieto systémy vybrané a nainštalované správne?

Získanie východiskových údajov od všetkých záťaží. Je to nevyhnutné pre realizáciu prediktívnej údržby a umožňujú odhaliť vznikajúce problémy.
Zmiernenie problémov. Zmiernenie problémov s kvalitou elektrickej energie zahŕňa korekcie (napr. opravu zemnenia) či výpočet záťažového K-faktoru pre transformátory. Do úvahy treba vziať aj monitorovanie elektrickej energie a záložné systémy elektrickej energie.

Prehodnotenie činností údržby. Najskôr testujete a potom nasledujú opravy? Začnite vykonávať periodické kontroly kriticky dôležitých bodov – napr. kontrolujte zemniaci vodič voči zemniacemu napätiu a prúdi na prípojniciach a dôležitých odbočkách, Vykonajte na rozvodných zariadeniach kontrolu pomocou termokamier. Odhaľte hlavné príčiny problémov a budete vedieť, ako sa im znovu vyhnúť.

Využitie monitorovania. Všimnete si skreslenie napätia ešte skôr, ako toto prehreje motor? Ak nemáte nainštalovaný systém pre monitorovanie elektrickej energie, pravdepodobne si takýto problém nevšimnete – ale to čo si všimnete, bude neplánovaná odstávka.

V tejto chvíli si už musíte zvážiť náklady na prevenciu a opravy a potom ich porovnať s nákladmi, ktoré plynú zo zlej kvality elektrickej energie. Uvedené porovnanie vám umožní zhodnotiť opodstatnenosť nákladov spojených s riešením problému kvality elektrickej energie. Vzhľadom nato, že tieto rozhodnutia a investície vás možno ešte len čakajú, použite tie správne nástroje a možnosti, ktoré vám samým umožnia monitorovať a testovať kvalitu elektrickej energie bez toho, aby ste museli na to volať externú firmu. Dnes už je to prekvapivo jednoduché a stále to stojí menej, ako náklady spojené s odstávkou.

Zdroj: The cost of poor power quality, Application Note, Fluke Digital Library, dostupné 28. 9. 2014 online.

Obrázky: © Fluke Corporation