Poprawę niezawodności zasilania w zakładzie przemysłowym można uzyskać dzięki modernizacji zabezpieczeń przekaźnikowych w rozdzielnicy głównej.
Jeszcze nie tak dawno telefon służył tylko do jednego konkretnego celu: rozmów z innymi ludźmi. Na początku XXI wieku producenci telefonów komórkowych zaczęli wykorzystywać nowe technologie. Pozwoliło to użytkownikom nie tylko na wykonywanie rozmów telefonicznych z dowolnego miejsca, ale także i na robienie zdjęć, granie w gry, rozpoznawanie gatunków drzew na podwórku, uzyskiwanie prognozy pogody i tak dalej. Możliwości aplikacji tworzonych na nowoczesne smartfony rozciągają się tak daleko, jak sięga ludzka wyobraźnia.
W czasach rewolucji w dziedzinie smartfonów znaczne postępy uczyniono także w technologii zabezpieczeń elektrycznych oraz systemów sterowania. Nowoczesne przekaźniki mikroprocesorowe potrafią znacznie więcej niż tylko zabezpieczać obwody elektryczne. Realizują komunikację sieciową przy wykorzystaniu wielu protokołów, generują alarmy, ograniczają łuk elektryczny, realizują opóźnienia czasowe i zdalne sterowanie wyłącznikami, raportują o zdarzeniach, zwiększają poziom bezpieczeństwa oraz wykonują inne funkcje.
Instalacje elektryczne w zakładach przemysłowych ulegają starzeniu, jednak zapotrzebowanie na produkcję nie zwalnia. Personel utrzymania ruchu w fabrykach musi dbać o dobry stan techniczny instalacji elektrycznej oraz minimalizować przerwy w zasilaniu. Co prawda możliwa jest całkowita wymiana oryginalnych rozdzielnic i tablic w zakładzie, jednak koszty takiej operacji oraz związany z nią okres braku zasilania maszyn i urządzeń produkcyjnych mogą stać w sprzeczności z budżetem, a także zapotrzebowaniem na produkcję. Alternatywą dla kompletnej wymiany jest wydłużenie żywotności istniejących rozdzielnic oraz zwiększenie niezawodności systemu elektrycznego poprzez modernizację zabezpieczeń przekaźnikowych.
Projekty modernizacji zabezpieczeń przekaźnikowych
Projekty te obejmują wykorzystanie przekaźników mikroprocesorowych, które mają wiele zalet dla całego systemu elektrycznego w zakładzie. Nawet w sytuacjach, w których tradycyjne przekaźniki zabezpieczające są regularnie konserwowane i dzięki temu w pełni funkcjonalne, korzyści z przebudowania ich w nowoczesne przekaźniki mikroprocesorowe mogą uzasadniać wydatki na takie inwestycje. Po podjęciu decyzji o modernizacji zabezpieczeń zrealizowanie tego jako projektu „pod klucz” daje zakładom przemysłowym wiele korzyści. Organizacja prac związanych z modernizacją zabezpieczeń przekaźnikowych w takim projekcie może obejmować kilka oddzielnych faz: opracowanie inżynierskie, prefabrykację paneli rozdzielnicy i montaż ich wyposażenia, testy stanowiskowe u producenta rozdzielnicy, instalowanie nowej rozdzielnicy u klienta, testy odbiorcze i uruchomienie.
Mając na uwadze, że te fazy mają zastosowanie dla dowolnego schematu modernizacji zabezpieczeń, przeanalizujmy następujący przypadek praktyczny.
Pewien zakład produkcyjny wytwarzający półprzewodniki miał problemy z systemem sterowania rozdzielnicy głównej. Do zakładu były doprowadzone dwie linie zasilające średniego napięcia z sieci zakładu energetycznego. Oryginalna rozdzielnica, wyprodukowana jeszcze w latach 70. ubiegłego wieku, zawierała automatyczny przełącznik zasilania (ang. auto throw over, ATO), który sterował wyłącznikiem głównym, pozwalając na utrzymanie zasilania w przypadku awarii jednej z linii. Ten zabytkowy układ ATO składał się z przekaźników sterujących, przekaźników napięciowych, układów czasowych, rezystorów, kondensatorów oraz znacznej ilości oprzewodowania. Elementy tego starego systemu są już przestarzałe i nie są produkowane ani serwisowane przez producentów. Tak więc naprawa tego systemu byłaby trudna i powolna, czego wynikiem byłby przedłużony i być może nieplanowany przestój (patrz Fot.1).
Zespół specjalistów z firmy High Voltage Maintenance (HVM) wykonał inżynierską ocenę tego systemu w celu opracowania zaleceń co do modernizacji. Przekaźniki zabezpieczające były tradycyjnymi elektromechanicznymi zabezpieczeniami nadprądowymi i chociaż przez całe lata były prawidłowo konserwowane, to zespół HVM opracował rozwiązanie, które miało je wykorzystywać w połączeniu z procesorem logicznym, tworząc nowy system sterowania przełączaniem zasilania. System ten wykorzystywał zalety komunikacji sieciowej, funkcje poszczególnych przekaźników oraz konfigurowalną logikę wewnętrzną tych przekaźników do współpracy z oddzielnym sterownikiem logicznym do funkcjonowania jako nowy przełącznik zasilania. Nowe przekaźniki przejęły też rolę zabezpieczania obwodów elektrycznych.
Projekt został zrealizowany jako rozwiązanie gotowe do zainstalowania i uruchomienia. Zakład przy pełnej mocy produkcyjnej wymagał, aby maksymalny czas przerwy w zasilaniu wynosił 36 godzin. Tak więc projekt został podzielony na fazy, tak aby spełnić to wymaganie.
Prace inżynierskie. Faza inżynierska takich projektów zwykle obejmuje zebranie danych, obserwacje wykonane na miejscu, pomiary, recenzje istniejących rysunków technicznych (schematów) oraz analizę funkcjonalności istniejącego systemu. Po zakończeniu zbierania danych można rozpocząć prace inżynierskie. Ponieważ system nie był wymieniany całkowicie na nowy, a wiele z istniejącego oprzewodowania miało pozostać, oryginalne rysunki zostały zmienione i dostosowane do projektu nowego systemu. Oryginalne rysunki były dostępne tylko w postaci papierowej, tak więc w pierwszej kolejności musiały być opracowane od nowa w programie AutoCAD. Po wykonaniu komputerowych wersji rysunków zespół firmy HVM stworzył ich trzy zestawy: do demontażu, montażu oraz instalacji. Zespół instalacyjny wykorzystał zestaw demontażowy do usunięcia urządzeń, komponentów i obwodu, który nie był potrzebny w nowym układzie. Rysunki instalacyjne pokazywały każdą pozycję za pomocą osobnego koloru wraz z odpowiednim opisem. Na przykład urządzenia i przewody do usunięcia były zaznaczone kolorem zielonym, przewody do przemieszczenia kolorem purpurowym, a pozycje do pozostawienia nie zostały wyróżnione. Możliwość dostarczenia klientowi także zestawu końcowych wersji rysunków konstrukcyjnych zapewnia prawidłowe dokumentowanie ukończonej instalacji oraz zapisywanie ewentualnie wymaganych modyfikacji w przyszłości.
Montaż paneli rozdzielnicy oraz testy stanowiskowe. Po zakończeniu fazy prac inżynierskich zrealizowano działania związane z montażem nowych paneli rozdzielnicy oraz przeprowadzeniem testów stanowiskowych jej bardziej zaawansowanych technologicznie komponentów elektrycznych. Faza ta objęła zakup przekaźników zabezpieczających, prefabrykację paneli i drzwi oraz wszelkich komponentów pomocniczych, takich jak przyciski testowe dla przekaźników, przewody itp., wymaganych do uczynienia systemu w pełni funkcjonalnym. Po zakończeniu prefabrykacji i modyfikacji paneli oraz drzwi zainstalowano w nich sprzęt i wykonano jego połączenia przewodami. Następnie wprowadzono do przekaźników ich nastawy (opracowane w fazie inżynierskiej projektu) i poddano przekaźniki testom funkcjonalnym przy zaprogramowanych nastawach. Wykonanie tych wszystkich prac przed zainstalowaniem sprzętu w miejscu docelowym ograniczyło kosztowny czas przestoju w fabryce klienta.
Instalacja na miejscu, testy funkcjonalne i uruchomienie. Po dostarczeniu paneli z nowymi przekaźnikami do zakładu klienta wykonano prace związane z zainstalowaniem nowych paneli rozdzielnicy oraz podłączeniem ich do systemu elektrycznego zgodnie z rysunkami instalacyjnymi. Na złączkach wielotorowych umieszczono oznaczniki wszystkich przewodów. Następnie przeprowadzono wszystkie wymagane testy zainstalowanego sprzętu wraz ze sprawdzeniem połączeń przewodowych od punktu do punktu. Opracowano plan testu funkcjonalnego i według niego wykonano testy, aby zapewnić prawidłowe funkcjonowanie sprzętu (patrz Fot. 2). Ostatni etap projektu wymagał obecności podczas uruchomienia głównego specjalisty od pomiarów technicznych, aby sprawdził kolejność faz, przebiegi napięć i prądów przekaźników, wprowadził nastawy i tak dalej oraz udokumentował wszystko w końcowym raporcie projektu.
Wnioski końcowe
Projekty modernizacji zabezpieczeń przekaźnikowych instalacji elektrycznej w zakładzie przemysłowym w postaci wprowadzenia zaawansowanych technologicznie przekaźników przynoszą wiele korzyści w postaci ulepszenia funkcjonowania systemu, zwiększenia niezawodności i bezpieczeństwa. Przekaźniki te zapewniają bardziej rozbudowane zabezpieczanie instalacji, mają też funkcje sterowania, co wprowadza starą infrastrukturę zakładu w XXI wiek i przedłuża żywotność sprzętu wchodzącego w skład instalacji elektrycznej. Współpraca z wyspecjalizowaną firmą, która jest w stanie dostarczyć kompletne, gotowe do zainstalowania i uruchomienia rozwiązanie, daje też korzyści w postaci stałego wsparcia inżynierskiego podczas realizacji projektu, montażu sprzętu i przetestowania go przed wysyłką do klienta, profesjonalnego zainstalowania i dokładnego przetestowania w zakładzie klienta. Zapewnia to, że projekt będzie w pełni funkcjonalny i dobrze udokumentowany. Prawidłowy podział projektu na fazy realizacji umożliwia zakończenie go przy skróconym czasie przestoju zakładu klienta oraz oferuje większą niezawodność fabryki i dłuższy czas pracy bez przerw. W rezultacie klient oszczędza na kosztach, co ma znaczenie zwłaszcza przy skromnym budżecie.
Jeff Brittain jest regionalnym menedżerem sprzedaży na obszar Środkowego Zachodu w firmie High Voltage Maintenance (HVM). Od początku pracy specjalizuje się w ulepszeniach systemów generacji, przesyłu i dystrybucji energii elektrycznej, które zwiększają niezawodność, wydłużają czas bezawaryjnej pracy oraz poprawiają bezpieczeństwo infrastruktury krytycznej. W ciągu swojej kariery Jeff Brittain pracował na różnych stanowiskach operacyjnych i handlowych, promując utrzymanie ruchu zorientowane na niezawodność, które spełnia potrzeby klienta i mieści się w granicach jego budżetu. Podczas 25 lat pracy w tej branży przemysłu zdobył ogromną wiedzę na temat testów elektrycznych, konserwacji oraz projektowania systemów zasilania.
Andrew Kaster, inżynier elektryk, posiadacz certyfikatu NETA IV, jest menedżerem ds. integracji systemów w firmie Electrical Reliability Services (ERS). Ma ponad 15 lat doświadczenia w projektowaniu, testowaniu i uruchamianiu systemów generacji, przesyłu i dystrybucji energii elektrycznej o napięciach od 208 V do 500 kV.
