Zapewnienie bezpieczeństwa, niezawodności i wydajności pracy w zakładzie przemysłowym wymaga posiadania dokładnej dokumentacji istniejącej sieci energetycznej. Umożliwia ona konserwację, wykrywanie i usuwanie usterek, naprawy, modyfi kacje i analizę projektu sieci.
Do typowych metod prowadzenia dokumentacji sieci elektrycznej zaliczamy:
-
jednokreskowy schemat z ręcznie naniesionymi uwagami,
-
prosty model CAD z bazą danych wyposażenia,
-
oprogramowanie służące do modelowania i analizy sieci energetycznej,
-
oprogramowanie do prezentacji modelu sieci energetycznej (tylko z możliwością podglądu).
Zaletą modelu CAD jest to, że dokumentacji układów mechanicznych,
elektrycznych i sterowania procesami dokonuje się przy użyciu pojedynczego, spójnego programu. Jednak rozwiązanie to nie pozwala na analizę sieci pod kątem takich nieprawidłowości, jak stosowanie urządzeń o zbyt niskich parametrach znamionowych, wyładowania o wysokiej energii czy niedostateczna ochrona urządzeń. Ponadto obsługa oprogramowania typu CAD wymaga zazwyczaj specjalnych szkoleń, a do przeprowadzenia analizy trzeba stworzyć osobny model sieci energetycznej.
Stosowanie inteligentnego oprogramowania obsługującego schemat jednokreskowy i model sieci stanowi najwygodniejszą, najbardziej elastyczną i opłacalną metodę prowadzenia precyzyjnej dokumentacji sieci energetycznej. Wśród zalet oprogramowania służącego do modelowania i analizy sieci należy wymienić:
-
dokumentowanie rozplanowania sieci i połączeń elektrycznych,
-
przechowywanie parametrów urządzeń,
-
uproszczenie analizy sieci energetycznej, Natężenie prądu [A]
-
wykrywanie urządzeń o niewłaściwych parametrach,
-
określanie i dokumentowanie stopnia zagrożenia wyładowaniem łukowym w każdym punkcie obiektu,
-
wyświetlanie punktów awarii i parametrów urządzeń ochronnych,
-
planowanie działań konserwacyjnych i prowadzenie historii napraw.
Typowe programy do modelowania i analizy tylko z możliwością podglądu służą do bezpośredniej prezentacji modelu sieci, ułatwiając prowadzenie czynności konserwacyjnych i wykrywanie usterek, przy czym personel UR nie dokonuje żadnych zmian w istniejącym modelu.
Czy dokumentacja jest potrzebna?
Prowadzenie dokumentacji w formie schematu jednokreskowego jest uzasadnione, poza obowiązkiem zgodności z normami, potrzebami konserwacji, wymaganiami projektowymi w zakresie rozbudowywania lub modernizowania sieci elektrycznej oraz względami bezpieczeństwa.
Konserwacja i wykrywanie usterek
Osoby prowadzące czynności konserwacyjne muszą dysponować dokładnym planem sieci elektrycznej, aby określić, które odbiorniki energii wymagają serwisu, a także bezpiecznie odłączać i podłączać urządzenia do sieci, stosować odpowiednią odzież i sprzęt ochronny oraz prawidłowo rozpoznawać urządzemocy i alternatywnego zasilania. Dzięki niemu łatwiej również tworzyć dokumentacje zagrożeń w poszczególnych lokalizacjach oraz specyfi kacje urządzeń zastępczych i napraw. Wykorzystanie modelu sieci może mieć ogromne znaczenie dla ochrony przeciwporażeniowej, a także zapobiegania uszkodzeniom urządzeń elektrycznych i innych obiektów.
Przywracanie sprawności
Posiadanie dokładnej dokumentacji odgrywa kluczową rolę w trakcie przywracania sprawności zakładów, które poniosły straty w wyniku klęsk żywiołowych. M.in. dzięki szczegółowym modelom sieci elektrycznej udało się w krótkim czasie zamówić odpowiednie urządzenia zastępcze w obiektach przemysłowych dotkniętych klęską huraganów Katrina i Rita w 2005 r. Model sieci elektrycznej okazuje się pomocny również w trakcie nastawiania zastępczego sprzętu ochronnego zgodnie z parametrami projektu pierwotnego.
Projektowanie i analiza
Wszelkie zmiany projektu lub konfiguracji sieci muszą opierać się na szczegółowym schemacie jednokreskowym. W ten sposób oszczędza się czas i pieniądze, a także zwiększa bezpieczeństwo personelu, eliminując konieczność przeprowadzania badań w obiekcie. Nie mniejszą oszczędnością jest rozbudowywanie istniejącej sieci elektrycznej na bazie gotowego, precyzyjnego modelu.
Badania
Każda zmiana w sieci energetycznej wymaga przeprowadzenia nowych badań. Ich celem jest zapewnienie bezpieczeństwa pracownikom, ochrona sprzętu i niezawodna praca urządzeń. Najczęściej przeprowadza się następujące badania:
Analiza obciążenia – polega na sprawdzeniu, czy urządzenia mają odpowiednią charakterystykę znamionową w stosunku do stałych obciążeń. Analizę taką należy przeprowadzać w przypadku przeniesienia istniejących obciążeń, instalacji nowych silników i obciążeń, a także wymiany transformatorów lub zmiany ustawień ich odczepów.
Analiza zwarciowa – jej celem jest sprawdzenie, czy urządzenia mają wystarczającą charakterystykę znamionową, aby przeciwdziałać zwarciom i je przerywać. Analizę taką należy przeprowadzać w przypadku przeniesienia działających lub dodania nowych silników i prądnic, wymiany działających transformatorów, zmiany ustawień odczepów transformatorów lub zwiększenia zasilania.
Koordynacja urządzeń ochronnych – polega na takim ustawieniu urządzeń ochronnych, aby umożliwić normalne działanie sieci i jednocześnie chronić urządzenia i pracowników. Badanie takie należy przeprowadzić w przypadku przeniesienia działających lub dodania nowych silników, obciążeń lub prądnic, zmiany zasilania, wymiany transformatorów lub zmiany ustawień urządzeń ochronnych.
Analiza harmoniczna – jej celem jest ograniczenie zniekształceń harmonicznych przez odnalezienie ich źródeł i przyczyn. Służy ona także do sprawdzenia, czy urządzenia mają odpowiednią charakterystykę znamionową, aby przeciwdziałać zakłóceniom harmonicznym prądu i napięcia. Badanie to należy przeprowadzić w przypadku przeniesienia działających lub dodania nowych obciążeń nieliniowych oraz dodania lub przeniesienia kondensatorów mocy.
Analiza zagrożenia wyładowaniem łukowym – polega na obliczeniu energii zdarzenia uwolnionej w razie wystąpienia łuku. Badanie to jest konieczne w przypadku przeniesienia działających lub dodania nowych silników i prądnic, zmiany zasilania, wymiany transformatorów lub zmiany ustawień urządzeń ochronnych.
Prawidłowe wartości prądu zakłóceniowego
Wartości prądu zwarciowego uznane za bezpieczne mogą okazać się nieodpowiednie, gdy chodzi o zagrożenie powstaniem łuku. Badania te nie zawsze przeprowadza się przed lub po wprowadzeniu niewielkich zmian w sieci, ponieważ wiele sieci energetycznych zaprojektowano z myślą o późniejszym wzroście obciążenia i występowaniu wyższych prądów zakłóceniowych. Niemniej jednak analiza zagrożenia wyładowaniem łukowym wymaga znajomości wartości prądów zakłóceniowych w poszczególnych lokalizacjach i musi być aktualizowana po wprowadzeniu każdej zmiany w sieci.
Niższe wartości prądów zakłóceniowych mogą w rzeczywistości spowodować pojawienie się wyższej energii zdarzenia, ponieważ ilość energii wydzielanej w trakcie wyładowania jest funkcją zarówno wielkości prądu zakłóceniowego, jak i czasu koniecznego do zgaszenia łuku. Każda zmiana w sieci, powodująca wzrost lub spadek maksymalnego prądu zakłóceniowego lub zmianę charakterystyki działających urządzeń ochronnych, może znacząco zwiększyć ilość energii uwalnianej w trakcie wyładowania łukowego.
Wielkość prądu w wyładowaniu łukowym oraz czas rozłączenia obwodu zależy od wielkości prądu zakłóceniowego w zwarciu międzyfazowym. Jest zatem ogromnie ważne, aby możliwie najdokładniej określić wielkość prądu zakłóceniowego. Warto także pozostawić w obliczeniach pewien margines tolerancji. Obliczony zakres możliwych wartości prądu zakłóceniowego służy następnie do określenia stopnia zagrożenia wyładowaniem łukowym.
Zalety aktualnego modelu
Bez dokładnej dokumentacji sieci elektrycznej nie można ustalić maksymalnych wartości prądu zakłóceniowego ani czasu wyładowania. Natomiast dysponując precyzyjną dokumentacją sieci w formie inteligentnego schematu jednokreskowego, mamy do czynienia z grafi czną reprezentacją podobną do tradycyjnych rysunków CAD, która dodatkowo zawiera informacje o połączeniach elektrycznych (do celów analizy), charakterystyki urządzeń ochronnych (do celów koordynacji i oceny czasów wyłączenia zwarcia) oraz informacje z bazy danych (do celów konserwacji).
Zlecając czynności projektowe i analizy zewnętrznym konsultantom, możemy znacznie zaoszczędzić czas i pieniądze, dostarczając im dokładny, zgodny ze stanem rzeczywistym model sieci. Korzyści z prowadzenia szczegółowego modelu sieci elektrycznej to oprócz zapewnienia zgodności z przepisami bezpieczeństwa, także:
-
oszczędność czasu poświęcanego na ocenę proponowanych zmian w sieci,
-
poprawa bezpieczeństwa przez wykrywanie urządzeń o niedostatecznej charakterystyce znamionowej w stosunku do maksymalnego prądu zwarciowego,
-
poprawa bezpieczeństwa i niezawodności przez wykrywanie urządzeń przeciążonych,
-
poprawa bezpieczeństwa i zapewnienie zgodności z przepisami przez informowanie o wymaganiach w zakresie odzieży i sprzętu ochronnego oraz generowanie oznaczeń o zagrożeniu wyładowaniem łukowym i przepustek dla pracowników,
-
skrócenie czasu przestojów dzięki precyzyjnej informacji o koniecznych czynnościach konserwacyjnych i naprawczych.
Jeżeli istniejąca w zakładzie przemysłowym dokumentacja sieci energetycznej ma postać tradycyjnego schematu jednokreskowego w technologii CAD lub nie podlega stałej aktualizacji, konieczność oceny zagrożenia wyładowaniem łukowym stanowi doskonałe uzasadnienie stworzenia i utrzymywania dokładnego modelu sieci energetycznej.
Lon Lindell jest specjalistą ds. przemysłu elektrycznego. Od ponad 20 lat jest dyrektorem generalnym w fi rmie SKM Systems Analysis Inc. Zajmuje się projektowaniem i wdrażaniem oprogramowania inżynierskiego oraz szkoleniami z zakresu jego obsługi. SKM Systems Analysis Inc. jest dostawcą oprogramowania do modelowania sieci energetycznych.
Artykuł pod redakcją Michała Andrzejczaka
