Энергосбережение с применением защитного мониторинга электродвигателей
В практике энергосбережения существует техническая политика, которая определяет нормирование и снижение потерь электрической энергии в электрических сетях. Это очевидная и правильная государственная политика в области энергосбережения. Конечный потребитель энергии сейчас нуждается в применении такой политики, и не только на подающих сетях, но и в повышении эффективности использования всего имеющегося электрооборудования. Эффективность можно повысить при использовании «зрячей» защитной техники на парке электродвигателей.
Установлено, что до 70% электрической энергии в нашей стране расходует промышленность, а в промышленном секторе самым внушительным является парк асинхронного электропривода. Асинхронный электропривод с прямым пуском — это самое надежное техническое решение благодаря простейшему составу и малых капитальных вложений. Но это одна сторона «медали», по другую сторону имеем жесткие пусковые нагрузки, перекосы сетей от неполнофазной работы, повышение потребления реактивной мощности при неграмотном выборе электродвигателя, аварии по вине необученного персонала. Сейчас не замечать влияния этих факторов недопустимо, если потребитель стремится к целям энергосбережения.
Большинство защитных устройств, работающих по принципу измерения прямого или косвенного теплового действия тока в электрическом двигателе, плохо реагируют на аварии, связанные с авариями сетевого напряжения. Для защиты от такого вида аварий используют реле для постоянного контроля параметров сетевого напряжения и управления трехфазными электроустановками, в т. ч. электродвигателями, путем отключения их от электрической сети в случае наступления аварийных режимов:
- недопустимых перепадов напряжения (скачки и провалы напряжения);
- обрывов, слипания, перекосов, нарушения последовательности фаз — и последующего автоматического повторного включения электродвигателя после возвращения параметров сети в норму, если иное не предусмотрено технологическим процессом.
Большинство из присутствующих на рынке реле напряжения не обладают указанной универсальностью. Одни из них контролируют только обрыв фаз, другие — превышение или понижение напряжения, третьи — перекос фаз и т. д. Это приводит к необходимости использования нескольких аналогичных реле одновременно, что неоправданно усложняет и удорожает схему, уменьшает надежность. По схемотехнике данный класс реле условно можно разделить на две группы: аналоговые и цифровые.
О преимуществах цифровой техники перед аналоговой сказано достаточно много. Отметим только, что характеристики аналоговых реле напряжения очень сильно зависят от параметров самого измеряемого напряжения и температуры окружающей среды. Их отличает низкая надежность, большие габариты и повышенное энергопотребление, работа по пиковым значениям напряжения, т. к. средствами аналоговой техники практически невозможно вычислить действующее значение напряжения. Реле сохраняют работоспособность в пределах 50–150% от номинального напряжения и выдерживают кратковременные скачки напряжения, превышающие номинал в 2 раза, просты в эксплуатации и настройках.
Суммируя все вышеизложеное, можно сделать ряд выводов об общих недостатках традиционных защитных устройств:
- неоправданная избирательность срабатывания, не поддающаяся корректировке (срабатывание при допустимых рабочих режимах и несрабатывание при аварийных режимах);
- отсутствие отстройки от процесса пуска (если пусковые токи превышают номинальные в 5–10 раз, необходимо загрублять время реакции реле, что практически исключает функцию защиты);
- невозможность отключения при заклинивании ротора за определенное минимальное время;
- отсутствие сигнала о начале перегрузки;
- несогласованность токовременной характеристики с перегрузочной кривой двигателя;
- отсутствие тепловой модели двигателя.
Значительная часть аварий электродвигателей напрямую или косвенно связаны именно с авариями сетевого напряжения. Для защиты электродвигателей наиболее целесообразно применение т. н. мониторов напряжения (тока), контролирующих несколько видов сетевых аварий.
Микропроцессорные мониторы напряжения (тока) способны в одном малогабаритном устройстве совместить большинство функций, работают по действующему значению напряжения (тока), различают виды аварий, имеют множество регулируемых и настраиваемых параметров. Специально для защиты электродвигателей у лучших образцов реле имеется независимая регулируемая (или «зашитая») уставка по минимальному напряжению для отстройки от пусковых посадок. Совмещать эту уставку с временем реакции (срабатывания) реле недопустимо, т. к. точно с такой же задержкой реле будет реагировать и на тяжелые аварии, такие, как обрыв фаз или сильный перекос. Эти мониторы имеют регулировку в широких пределах (для управления оборудованием с длительными переходными процессами), а также возможность контроля контактов магнитного пускателя. Последняя функция наиболее актуальна для мощных двигателей или для двигателей, работающих в стартстопном режиме (например, для электродвигателей компрессоров).
Даже самые лучшие устройства защиты не решают полностью задачу по защите электродвигателей от механических перегрузок, повреждений силового питающего кабеля, перекоса фазных токов. Полноценную защиту способно осуществлять устройство, которое будет не только контролировать сетевое напряжение, фазные токи, протекающие в обмотках электродвигателя, но и, сопоставляя оба эти параметра между собой, делать выводы о наличии той или иной аварии.
В настоящее время попытки создать эффективную защиту предпринимаются различными производителями. Наибольшее распространение получили две идеологии:
- углофазовый метод, реализованный в большинстве импортных дорогостоящих устройств;
- контроль параметров работы двигателя по величине действующего значения тока в каждой из питающих фаз, положенный в основу отечественных устройств.
Дальнейшее развитие защитных приборов видится в создании таких же качественных и недорогих отечественных устройств плавного управления пуском и регулирования скорости вращения электродвигателя при сохранении всех функций защиты.
Такие устройства должны выявлять большинство причин, ведущих к возникновению аварийных режимов: затянутые пуски, токовые перегрузки, механические перегрузки, — путем изменения напряжения и частоты питающей сети. Они позволят оптимизировать работу электродвигателей в различных режимах, обеспечить плавный пуск, бесступенчатое регулирование скорости, равномерное вращение двигателя в зоне перегрузок, высокие показатели эффективности (КПД и коэффициент мощности), улучшат динамику работы электропривода. Это даст возможность снизить энергопотребление и потребление реактивной мощности.
Современные стандарты большинства стран мира, в том числе и России, предъявляют все более высокие требования к повышению безопасности работы персонала и росту экономической эффективности во всех отраслях промышленности. Эти факторы определяют потребность в анализе работы и эффективной защите оборудования и механизмов, приводимых в действие асинхронными электродвигателями. Пренебрежение указанными требованиями приводит к непредвиденному и значительному ущербу от снижению срока службы оборудования, к повышению вероятности травмирования персонала. Одним из элементов такого анализа является работа по выявлению причин перерасхода энергии на базе монитора тока двигателя МТД — RS (рис. 1), проведение которой позволит:
- потребителям (покупателям) получать обьективные данные об энергоиспользовании;
- энергоснабжающей организации (гарантирующему поставщику) и потребителям (покупателям) решить ряд спорных вопросов при оплате за энергию.
Назовем основные причины перерасхода энергии.
1. Нарушение технологического режима работы оборудования.
Под нарушением технологического режима работы оборудования понимается отклонение наиболее значимых технологических параметров от зоны их оптимальных значений. Границы этих зон могут быть определены на основе технологических регламентов работы оборудования.
2. Неплановые простои оборудования (их увеличение).
Данные о количестве и причинах неплановых простоев предоставляются производственно-техническим (ПТО) отделом предприятия.
3. Качество поставляемого сырья.
Изменение качества сырья оказывает существенное влияние на количество потребляемых энергоресурсов. Численное значение расхода энергии может быть определено по статистическим данным при работе оборудования на сырье разного качества.
4. Перебои в снабжении энергией.
Выделим два вида перебоев в энергоснабжении предприятия: условно-плановые и неплановые.
В случае условно-плановых отключений гарантирующий поставщик энергии не несет ответственности за дополнительные расходы энергии, связанные с вновь включаемым в работу оборудованием.
Неплановые отключения энергии вызывают нарушение технологического регламента производства, дополнительные расходы энергии на разогрев оборудования, дополнительные затраты, связанные с возможной потерей части обрабатываемого сырья и т. д., поэтому все перерасходы энергии, возникающие по этой причине компенсируются за счет средств, перечисленных предприятию поставщиками энергии как плата за экономический ущерб.
В связи с вышеизложенным на предприятиях необходимо создавать банк данных по возможным группам причин перерасхода энергии с разбивкой на отдельные составляющие, характерные для данного производства. Так как расчет величины перерасхода энергии зачастую затруднен, то для этих целей возможно применение системы мониторинга и программные средства по составлению энергетических балансов оборудования предприятия (организации). Анализ причин перерасхода энергии поможет найти слабые, с точки зрения экономического расходования энергоресурсов, места и разрабатывать мероприятия по экономии топливно-энергетических ресурсов.
С помощью монитора тока с приемо-передачей данных можно осуществлять контроль работоспособности и экономичности электрооборудования, сбор временных графиков по величинам тока, напряжения, полной потребленной мощности. Контролируемые монитором параметры энергии представлены на рисунке 2, временные графики параметров на рисунке 3.На рисунке 4 представлено конфигурорование контроллера.
Вместе с тем монитор тока двигателя с функцией обмена данными и управлением по интерфейсу в комплекте с первичными преобразователями — датчиками тока — обеспечивает измерение тока, напряжения сети и защитного отключения нагрузки в сетях. Местный визуальный контроль обес-печивает двухстрочный ЖК индикатор с постоянной подсветкой.
Такие приборы могут использоваться в системах контроля, управления и защиты при выполнении технологических процессов в разных отраслях промышленности и жилищно-коммунальной сферы.
Таким образом, при наличии специализированной системы мониторинга энергии у предприятия будет определена своя методика выявления причин и величины перерасхода энергии, которая позволит проанализировать, как данная организация решает задачи повышения эффективности использования энергоресурсов.
| Автор: В. П. Каргапольцев, И. Я. Симахин Дата: 16.04.2007 Журнал Стройпрофиль 2-1-07 Рубрика: электротехническое оборудование Внимание: Публикация является архивной и на текущий момент может быть не достоверной. |