Pramoninė elektros sistema yra sudėtingas ir gyvybiškai svarbus tinklas, paskirstantis energiją ir valdantis įrangą gamyklose. Ji skiriasi nuo namų elektros sistemų, nes veikia daug didesniu mastu, tiekia didžiulius galios kiekius ir naudoja aukštesnę įtampą, dažnai 480 V arba 600 V trifazę galią. Šios sistemos esmė yra pagal užsakymą sukurtas tinklas, kuris saugiai gauna aukštos įtampos energiją, ją transformuoja ir paskirsto sunkiosioms mašinoms.
Pramoninės elektros sistemos struktūra
Norėdami suprasti pramoninę elektros sistemą, turime ją suskirstyti į tris pagrindines dalis, kurios glaudžiai jungiasi:
- Energijos paskirstymas: Tai tarsi kraujotakos sistema, perkelianti elektros energiją iš komunalinio šaltinio į kiekvieną įrenginio naudojimo tašką.
- Valdymo sistemos: Tai sistemos „smegenys ir nervai“, priimantys sprendimus automatizuoti procesus.
- Elektros apkrovos: Tai komponentai, kurie iš tikrųjų sunaudoja elektros energiją darbui atlikti.
Energijos paskirstymas
Energijos paskirstymas prasideda nuo aukštos arba vidutinės įtampos tiekimo iš vietinio komunalinio tinklo. Pirmasis žingsnis objekte yra transformacija, kur dideli galios transformatoriai sumažina aukštą įtampą iki patogesnio skirstymo įrenginio lygio. Iš transformatoriaus galia teka į pagrindinį skirstomąjį įrenginį, kuris yra grandinės pertraukiklių, saugiklių ir jungiklių rinkinys, tarnaujantis kaip pagrindinis viso įrenginio valdymo ir apsaugos centras.
Po pagrindinio skirstomojo įrenginio maitinimas eina į skirstomuosius skydus ir skydus visame objekte. Šie mažesni paskirstymo centrai suskaido pagrindinį maitinimo šaltinį į atskiras grandines. Sunkios variklio apkrovos maitinimas dažnai perduodamas variklio valdymo centrui (MKC), kuris yra centralizuotas kabinetas, turintis kombinuotus starterius keliems varikliams vienoje vietoje.
Valdymo sistemos ir PLC
Valdymo sistemos priima protingus sprendimus automatizuoti procesus. Sistema veikia paprasta, bet galinga kilpa. Įėjimai yra gamyklos pojūčiai, tokie kaip artumo jutikliai (nustatantys gaminio padėtį), temperatūros jutikliai (stebintys proceso šilumą) ir slėgio jutikliai (tikrinantys skysčio lygį).
Apdorojimą tvarko šiuolaikinės automatikos smegenys: programuojamas loginis valdiklis (PLC). PLC yra tvirtas pramoninis kompiuteris, vykdantis vartotojo užprogramuotą instrukcijų rinkinį - valdymo logiką. Rezultatai - tai veiksmai, atliekami remiantis PLC sprendimais. PLC siunčia signalus į pavaras, kurios yra sistemos „raumenys“. Operatoriams stebėti ir sąveikauti su šiuo automatizuotu procesu naudojama žmogaus ir mašinos sąsaja (HMI), kuri paprastai yra jutiklinio ekrano skydelis, suteikiantis grafinį sistemos langą, kuriame rodomos būsenos ir pavojaus signalai.
Iki aštuntojo dešimtmečio automatizuojant mašinų seką buvo naudojamos didžiulės sudėtingos spintos, užpildytos šimtais elektromechaninių relių, laikmačių ir skaitiklių. Šias relių logines plokštes buvo sunku suprojektuoti, šalinti triktis ir pakeisti. PLC viską pakeitė, pakeisdamas fizinį laidų tinklą programine įranga. PLC yra pramoninis kompiuteris, sukurtas taip, kad atlaikytų gamyklos aplinką. Jis nuolat kartoja tris veiksmus:
- Nuskaito visų prijungtų įėjimų (daviklių) būseną.
- Vykdo vartotojo rašytos programos logiką, pagrįstą tais įvestimis.
- Atnaujina visų prijungtų išėjimų (pavarų) būseną.
Programavimo galia yra transformuojanti, suteikianti inžinieriams ir technikams lankstumo lengvai keisti procesus. Stebėdami logiką realiuoju laiku, jie gali greitai diagnozuoti gedimus.
Elektros apkrovos
Pramonėje daugiausia elektros suvartojama dėl variklio apkrovų. Trifaziai kintamosios srovės indukciniai varikliai yra pramonės darbiniai arkliukai. Šildymo ir apšvietimo apkrovos taip pat yra reikšmingos, įskaitant elektrinius proceso šildytuvus ir objekto šildymą. Pačioms valdymo ir prietaisų apkrovoms (PLC, jutikliams, HMI ir kitiems išmaniesiems įrenginiams) taip pat reikia galios.
Programuojamos relės ir jų pritaikymas
Modulinės laiko relės yra elektros prietaisai, skirti automatizuoti ir valdyti įvairias užduotis, susijusias su laiku, pavyzdžiui, įjungimą ar išjungimą, per nustatytus laiko intervalus. Jos gali būti programuojamos aktyvuoti ar dezaktyvuoti elektros grandines tam tikromis sąlygomis, remiantis nustatytu laiko intervalu. Vartotojai gali nustatyti skirtingus laiko intervalus, per kuriuos relė aktyvuos arba išjungia įrenginius. Modulinės laiko relės yra efektyvios ir patikimos priemonės, skirtos automatizuoti ir optimizuoti įvairias užduotis, susijusias su laiku.
Šiuolaikinės programuojamos relės gali būti:
- Modulinė skaitmeninė laiko relė / programuojamas savaitinis laikmatis: skirtas automatiniam elektros įrenginių įjungimui ir išjungimui pagal nustatytą laiką, dieną ar savaitės grafiką.
- Skaitmeninė laiko relė su uždelstu įjungimu: leidžia tiksliai nustatyti, kada įrenginiai turi būti įjungti, pritaikant nustatytą uždelsimo laiką. Šios relės gali reguliuoti laiką nuo 0,1 sekundės iki 99 valandų.
- Skaitmeninė daugiafunkcinė laiko relė: modernus įrenginys, skirtas laiko vėlavimams reguliuoti tiek pramoniniuose, tiek komerciniuose procesuose, palaikantis tiek AC, tiek DC įtampas nuo 12V iki 240V.
- Modulinė ciklinė laiko relė: programuojamas laikmatis, skirtas automatizuotoms sistemoms, veikiančioms pasikartojančiu cikliniu režimu.
Elektros pavara yra įtaisas, kuris pasiekia linijinį arba sukamąjį judesį per elektros variklį, pavarų dėžę ir mechaninį perdavimo mechanizmą. Jos veikimas apima maitinimo įjungimą, rankinį/automatinį perjungimą ir judesių valdymą. Elektrinės pavaros valdiklis gali būti sureguliuotas, kad judėtų automatiniu režimu, o rankiniu režimu elektrinės pavaros rankeną arba operatorių reikia pasukti rankiniu būdu.
Automobilių relės
Automobilių relės yra naudojamos automobiliuose ir pasižymi didele perjungimo galia bei dideliu atsparumu smūgiams ir vibracijai. Jos skirstomos į kelis tipus:
- Elektros jungiklio tipo relė: paprasto jungimo relės.
- Krypties valdymo tipo relė: pavyzdžiui, elektrinės sėdynės sistemos relė, naudojama dvipusio variklio srovės krypčiai valdyti.
- Integruota relė: atlieka kelias funkcijas, pavyzdžiui, automatinį priekinių, rūko žibintų ir galinių rūko žibintų gesinimą bei nutraukia kelią į šviesos valdymą.
Renkant automobilių reles, reikia atsižvelgti į specifinius transporto priemonės reikalavimus, formą, montavimo būdą ir montavimo kojeles. Aplinkos temperatūra turi įtakos relės veikimui ir atleidimo įtampai. Nominali ritės įtampa yra relės veikimo patikimumo garantija, o maksimali ritės darbinė įtampa turi būti mažesnė nei 120 % vardinės įtampos. Atleidimo įtampa paprastai yra 10 % vardinės įtampos.
Renkantis relės išėjimo parametrus, reikia atsižvelgti į kontaktų grupių skaičių, kontaktų formą, kontaktų apkrovą, kontaktų medžiagą, elektrinį ir mechaninį tarnavimo laiką. Dauguma buitinių relių apkrovos žymi tik maksimalią grynąją varžinę apkrovą, tačiau faktiniame automobilių relių naudojime dažnai naudojamos indukcinės, lempų ir variklio apkrovos. Dėl didelės įjungimo srovės, pastovioji kontaktų apkrova turėtų būti sumažinta atsižvelgiant į įjungimo srovės dydį. Kontaktų gedimas yra pagrindinė relės gedimo priežastis. Nuolatinė srovė neturi nulinio kirtimo taško, o lankas susidaro kontakto atsidarymo momentu ir gali sukelti kontaktų apdegimą ir medžiagos perdavimą.
Aukštos temperatūros sąlygomis izoliacinė medžiaga suminkštėja ir išsilydo; esant žemai temperatūrai, medžiaga trūkinėja ir sumažėja izoliacijos varža. Ilgalaikis drėgnas karštis tiesiogiai sumažina izoliacijos varžos lygį. Smėlio ir dulkių tarša gali sukelti gedimus, įstrigusius komponentus, nutrūkusius kontaktus ir koroziją. Aplinkos atmosferoje esantys organiniai garai, deguonis, sieros dioksidas, druskos dulksna ir kt. sukelia relės kontaktų, metalinių dalių, ritinių ir izoliacinių dalių eroziją, dėl ko atsiranda prastas elektrinis kontaktas. Relės taip pat turi atlaikyti vibraciją ir mechaninį smūgį transportavimo ir naudojimo metu.
Relinė apsauga ir automatika
Lietuvos Respublikos ūkio ministro 2007 m. sausio 31 d. įsakymu patvirtintos Elektros įrenginių relinės apsaugos ir automatikos įrengimo taisyklės (toliau - Taisyklės) nustato privalomus reikalavimus elektros energijos gamintojams, tiekėjams, perdavimo ir skirstomojo tinklo operatoriams bei elektros energijos vartotojams. Šios Taisyklės netaikomos atominių elektrinių elektros įrenginių ir aukštosios įtampos nuolatinės srovės perdavimo įrenginių apsaugoms.
Nenormalus režimas - įrenginio darbinio režimo pagrindinių dydžių nuokrypis už nustatytų ribų, pavyzdžiui, perkrova (srovės padidėjimas), įtampos sumažėjimas ar padidėjimas ir t. t.
Valdymas iš įrenginio valdiklio - valdymo būdas, kai valdoma tiesiogiai iš įrenginio individualaus valdiklio (relės) ar valdymo skydelio.
Apsauga iki 1000 V įtampos tinkluose
Elektros tinklo atskirų dalių apsaugos automatinių jungiklių nuostatų ir saugiklių lydiklių vardines sroves reikia parinkti kuo mažesnes pagal šių tinklo dalių skaičiuotinas arba elektros imtuvų vardines sroves, kad apsaugos įtaisai neišjungtų elektros įrenginių trumpalaikių perkrovų metu (paleidimo srovės, technologinių apkrovų padidėjimas, savilaidos srovės ir t. t.). Apsaugai turi būti naudojami automatiniai jungikliai arba saugikliai. Kiekvienas apsaugos įtaisas privalo turėti užrašą su įrašytomis jo atkabiklio nuostato ar lydiklio vardinės srovės vertėmis.
Tinkluose, saugomuose tik nuo trumpojo jungimo srovių (kurių nereikia saugoti nuo perkrovos pagal Taisyklių 17 punktą), trumpojo jungimo srovės kartotinumo tikrinti nėra būtina. Apsaugos įtaisus reikia išdėstyti priežiūrai prieinamose vietose, apsaugant nuo mechaninio pažeidimo. Apsaugos įtaisai turi būti įrengiami saugomų laidininkų prijungimo prie maitinimo linijos vietose.
Saugikliai turi būti įrengiami visuose neįžemintuose poliuose arba fazėse. Automatinių jungiklių, saugančių tinklus su tiesiogiai įžeminta neutrale, atkabikliai turi būti įrengiami visuose neįžemintuose laidininkuose. Trilaidžiuose trifazės srovės izoliuotosios neutralės tinkluose automatinių jungiklių atkabikliai įrengiami dviejose fazėse, o dvilaidžiuose vienfazės arba nuolatinės srovės tinkluose - vienoje fazėje (poliuje).
Apsaugos įtaisai neturi būti įrengti tose maitinimo linijos vietose, kur prijungtos valdymo, signalizacijos ir matavimo grandinės, kurių išjungimas sukeltų pavojingų pasekmių (gaisrinių siurblių, ventiliatorių, saugančių nuo sprogiųjų mišinių susidarymo, elektrinių savųjų reikmių kai kurių mechanizmų sustabdymą ir t. t.). Tokių grandinių laidininkai visais atvejais turi būti tiesiami vamzdžiuose arba privalo turėti nedegų apvalkalą.
Apsauga aukštesnės kaip 1000 V įtampos tinkluose
Šio skyriaus reikalavimai taikomi elektros sistemos objektų, pramonės ir kitų elektros įrenginių, kurių įtampa yra aukštesnė kaip 1000 V (elektros generatorių, transformatorių (autotransformatorių), generatoriaus ir transformatoriaus blokų, elektros linijų, šynų ir sinchroninių kompensatorių) relinės apsaugos įtaisams, nepriklausomai nuo jų konstrukcijos, elementų bazės ir įrengimo. Relinės apsaugos įtaisai būna elektromechaniniai, elektroniniai su analoginėmis mikroschemomis, mikroprocesoriniai ar kitokie.
Relinės apsaugos įtaisai turi išjungti komutavimo aparatus (jungtuvus) ir likviduoti trumpuosius jungimus per kuo trumpesnį laiką, išsaugodami nepažeistos sistemos dalies nenutrūkstamą veikimą. Relinė apsauga, išjungianti jungtuvus, turi veikti selektyviai. Kiekvienam elektros sistemos objektui turi būti numatyta pagrindinė apsauga, greičiausia suveikianti atsiradus trumpiesiems jungimams saugomame elektros įrenginyje.
Jei pagrindinė apsauga yra absoliučiai selektyvi (pavyzdžiui, aukštadažnė apsauga, išilginė ar skersinė srovių diferencinės apsaugos), objektas privalo turėti rezervinę apsaugą, atliekančią ne tik tolimojo, bet ir artimojo rezervavimo funkcijas, t. y. suveikiančią sugedus šio objekto pagrindinei apsaugai arba ją išjungus. Įrengiant atskirą rezervinės apsaugos komplektą, būtina numatyti galimybę atskirai tikrinti pagrindinių ir rezervinių apsaugų veikimą arba jas remontuoti veikiant saugomam objektui.
Linijų maksimaliosios fazių srovės apsaugos, turinčios keletą skirtingų suveikimo srovių ir laikų pakopų, skirtų rezervavimui, srovės ir įtampos elementų jautrumo koeficientas turi būti ne mažesnis kaip 1,3, jei apsauga turi pakopą, skirtą toliau einančių linijų apsaugoms rezervuoti, kurios jautrumo koeficientas ne mažesnis kaip 1,5.
Generatorių ir transformatorių diferencinės apsaugos jautrumas turi būti tikrinamas esant trumpojo jungimo režimui jų išvaduose. Apsaugos suveikimo srovė hidrogeneratoriams ir turbogeneratoriams, kurių apvijų laidininkai aušinami tiesiogiai, turi būti parenkama mažesnė už generatoriaus vardinę srovę nepriklausomai nuo jautrumo koeficiento verčių (Taisyklių 89.3 punktas). Suveikimo srovę, nevertinant stabdymo, autotransformatoriams ir aukštinamiesiems transformatoriams, kurių galia - 63 MVA ir didesnė, reikia parinkti mažesnę už vardinę (autotransformatoriams - mažesnę už srovę, atitinkančią tipinę galią).
Generatoriaus, prijungto prie skirstomųjų šynų, statoriaus apvijos apsaugos nuo vienfazio įžemėjimo, duodančios išjungimo komandą, jautrumas nustatomas pagal suveikimo srovę, kuri turi būti ne didesnė kaip 5 A. Apsaugų su kintamąja operatyviąja srove, sudarytų pagal schemą su išjungimo ričių dešuntavimu, jautrumą reikia tikrinti įvertinant srovės transformatoriaus faktinę srovės paklaidą po dešuntavimo. Minimalioji išjungimo ričių jautrumo koeficiento vertė, nustatoma įvertinant patikimo suveikimo sąlygą, privalo būti apie 20 proc.
Srovės transformatorių, prie kurių prijungta relinė apsauga, sudėtinė arba srovės paklaida turi neviršyti 10 proc. Relinės apsaugos ir elektros matavimo prietaisų srovės grandinės turi būti prijungtos prie skirtingų srovės transformatoriaus apvijų. Išimtiniais atvejais relinė apsauga ir matavimo prietaisai prijungiami prie tų pačių srovės transformatoriaus apvijų, kai tenkinami apsaugos ir matavimo prietaisų tikslumo ir patikimo veikimo reikalavimai.
Išilginės diferencinės apsaugos suveikimo srovė turi būti ne didesnė kaip 60 proc. vardinės srovės. Turi būti naudojama trifazė apsaugos schema. Iki 1 MW galios ir aukštesnės kaip 1000 V įtampos generatorių, veikiančių lygiagrečiai su kitais generatoriais arba su elektros sistema, jų statorių apvijų apsaugai nuo tarpfazių trumpųjų jungimų turi būti įrengta greitaveikė srovės atkirta, prijungiama prie generatoriaus išvadų srovės transformatorių, esančių skirstomųjų šynų pusėje.
Aukštesnės kaip 1000 V įtampos generatoriams turi būti įrengta statoriaus apvijos apsauga nuo vienfazių įžemėjimų, kai talpinė įžemėjimo srovė lygi ar didesnė nei 5 A (nepaisant, ar kompensacija yra, ar jos nėra). Apsauga turi neveikti nuo pereinamųjų procesų srovių. Generatorių, kurių apvijų laidininkai aušinami tiesiogiai, apsauga privalo turėti keletą suveikimo srovių ir laiko pakopų arba priklausomą nuo srovės suveikimo laiko charakteristiką. Atvirkštinės sekos srovės apsauga, išjungianti generatorių, privalo turėti papildomą jautresnį nepriklausomo uždelsimo elementą, įjungiantį signalizaciją.
Didesnės nei 1 ir iki 30 MW galios generatorių apsaugai nuo išorinių simetrinių trumpųjų jungimų turi būti naudojama maksimaliosios srovės apsauga su minimaliosios įtampos paleidimu. Iki 1 MW galios ir aukštesnės kaip 1000 V įtampos generatorių apsaugai nuo išorinių trumpųjų jungimų turi būti naudojama maksimaliosios srovės apsauga, prijungta prie srovės transformatorių, esančių neutralės pusėje. Apsaugos suveikimo srovė parenkama didesnė už apkrovos srovę numatant būtiną atsargą.
Turbogeneratorių žadinimo grandinės apsauga nuo antrojo taško įžemėjimo įrengiama kiekvienam arba kaip vienas komplektas keliems (bet ne daugiau kaip trims) generatoriams, kurių žadinimo grandinių parametrai artimi. Turbogeneratoriams, kurių apvijų laidininkai aušinami tiesiogiai, reikia įrengti apsaugą nuo asinchroninio veikimo režimo, netekus žadinimo. Iki 1 MW galios ir žemesnės kaip 1000 V įtampos su neįžeminta neutrale generatorių apsaugą nuo visų rūšių trumpųjų jungimų ir nenormalių veikimo režimų reikia įrengti prijungiant prie išvadų automatinį jungiklį su maksimaliosios srovės atkabikliais arba jungtuvą su dvifaze maksimaliosios srovės apsauga.
Neįžemintos neutralės transformatoriai, turintys susilpnintą apvijos izoliaciją nulinio išvado pusėje (veikiantys tiesiogiai įžemintos neutralės tinkle), turi būti apsaugoti nuo neutralės įtampos pakilimo (Taisyklių 79 punktas).
Blokuose su 30 MW ir didesnės galios generatoriais turi būti įrengta generatoriaus įtampos grandinių apsauga nuo vienfazių įžemėjimų, apimanti visą statoriaus apviją (100 proc.). Blokuose su 30 MW ir mažesnės galios generatoriais reikia įrengti apsaugos įtaisus, saugančius ne mažiau kaip 85 proc. statoriaus apvijos. Apsauga turi išjungti (ts ≤ 0,5 sekundės) blokus, neturinčius išsišakojusio generatoriaus įtampos tinklo ir turinčius atšakas į savųjų reikmių transformatorius.
tags: #elektros #pavaros #valdymas #panaudojant #programuojamas #reles