Dieselová elektrocentrála pro průmysl: Jak zabránit odstávce výroby při výpadku proudu

Výpadek elektrické energie ve výrobním podniku není pouze krátkodobou provozní komplikací. Během několika sekund může zastavit výrobní linky, čerpadla, kompresory, chlazení, odsávání, řídicí systémy i datovou infrastrukturu. Následkem nemusí být jen nevyrobená produkce. V mnoha provozech vznikají další ztráty spojené se znehodnocením materiálu, nestandardním odstavením technologie, opětovným nastavením strojů a zpožděním dodávek.

Moderní průmyslové podniky jsou stále více závislé na nepřetržitém napájení. Automatizace zvyšuje produktivitu a přesnost výroby, současně však znamená větší citlivost na krátkodobé výpadky, poklesy napětí a nekontrolované vypnutí zařízení. Záložní zdroj se proto stává součástí technické infrastruktury nejen ve velkých závodech, ale také ve středně velkých výrobních firmách, zpracovatelských provozech, skladech a logistických centrech.

Správně navržená elektrocentrála může při výpadku převzít napájení celého objektu nebo pouze předem určených kritických odběrů. Aby však systém při skutečném výpadku spolehlivě fungoval, nestačí vybrat agregát pouze podle výkonu uvedeného v kilowattech. Je nutné posoudit charakter zátěže, rozběhové proudy, způsob přepnutí, požadovanou dobu provozu, palivové hospodářství i podmínky instalace.

Co se ve výrobním podniku děje při výpadku elektřiny

Při náhlém přerušení dodávky se technologie často nezastaví řízeným způsobem. Stroj zůstane v určité fázi pracovního cyklu, dopravník se zastaví s materiálem uvnitř linky a řídicí systém může ztratit aktuální provozní stav. Po obnovení napětí proto nebývá možné okamžitě pokračovat.

Podle typu výroby může být nutné:

• odstranit materiál ze zastavených zařízení,
• prověřit polohu pohyblivých částí,
• znovu nastavit řídicí systémy,
• obnovit tlak, teplotu nebo průtok,
• spustit čerpadla, ventilaci a kompresory,
• zkontrolovat bezpečnostní obvody,
• ověřit kvalitu rozpracované výroby,
• provést zkušební cyklus před návratem k plnému výkonu.

Zvlášť citlivé jsou provozy, ve kterých výrobní proces nelze okamžitě přerušit. Patří sem například zpracování plastů, potravinářská výroba, lakovny, pece, chladicí technologie, obráběcí linky nebo provozy s čerpadly a nucenou ventilací.

Krátký výpadek tak může vyvolat odstávku, která trvá podstatně déle než samotné přerušení dodávky elektrické energie.

Záložní zdroj nemusí napájet celý závod

Při návrhu záložního napájení není vždy nutné zachovat plný provoz všech zařízení. V mnoha podnicích je ekonomicky i technicky výhodnější vyčlenit kritické odběry, které musí zůstat v chodu nebo se musí po výpadku co nejrychleji obnovit.

Může jít například o:

• hlavní řídicí systémy,
• servery a síťovou infrastrukturu,
• bezpečnostní a požární systémy,
• technologické chlazení,
• čerpadla a kompresory,
• ventilaci a odsávání,
• nouzové osvětlení,
• zařízení, která nelze náhle odstavit,
• vybranou část výrobní linky,
• sklady s řízenou teplotou.

Oddělení kritických odběrů umožňuje snížit požadovaný výkon elektrocentrály, a tím také pořizovací a provozní náklady. Současně je ale nutné správně upravit elektrickou instalaci podniku, aby se při přechodu na záložní zdroj nepřipojila zařízení, která nejsou pro zachování provozu nezbytná.

Rozhodnutí, zda zálohovat celý areál, nebo jen část technologie, musí vycházet z analýzy skutečných provozních rizik.

Dieselová elektrocentrála jako zdroj pro průmyslový provoz

Pro průmyslové aplikace se běžně používají dieselové elektrocentrály, které jsou dostupné v širokém rozsahu výkonů a lze je navrhnout pro nouzový záložní provoz i pro delší napájení při výpadku distribuční sítě.

Konkrétní provozní režim musí vždy odpovídat parametrům motoru, alternátoru a doporučením výrobce. Agregát určený především pro nouzové zálohování nemusí být automaticky vhodný pro nepřetržitý provoz po dlouhou dobu. Při návrhu je proto nutné vycházet z předpokládaného počtu provozních hodin, charakteru zatížení a požadované dostupnosti zařízení.

Dieselový motor je pro průmyslové záložní zdroje vhodný především díky robustní konstrukci, provozní spolehlivosti a dostupnosti ve vysokých výkonových rozsazích. Elektrocentrálu lze dodat jako otevřené provedení určené do strojovny, v odhlučněném krytu pro venkovní instalaci nebo jako kompletní kontejnerovou jednotku.

Samotná elektrocentrála je však pouze jednou částí systému. Pro spolehlivé záložní napájení je nutné vyřešit také:

• automatické spuštění,
• přepnutí mezi distribuční sítí a agregátem,
• jištění a ochrany,
• kabelové trasy,
• uzemnění,
• větrání a odvod tepla,
• odvod spalin,
• skladování a doplňování paliva,
• monitoring provozních parametrů,
• pravidelné zkoušky pod zatížením.

Teprve propojením těchto prvků vznikne funkční systém záložního napájení.

Proč nestačí sečíst příkony strojů

Jednou z nejčastějších chyb při výběru elektrocentrály je prostý součet jmenovitých příkonů všech zařízení. Takový výpočet může být pouze výchozím bodem, protože nezohledňuje skutečné chování zátěže.

Ve výrobním podniku často pracují elektromotory, kompresory, čerpadla, dopravníky nebo ventilátory, které při spuštění krátkodobě odebírají několikanásobek svého běžného provozního proudu. Pokud agregát nemá dostatečnou rezervu, může při rozběhu dojít k poklesu napětí a frekvence.

Následkem může být:

• vypnutí citlivé elektroniky,
• opakovaný restart řídicích systémů,
• porucha frekvenčních měničů,
• nestabilní chod motorů,
• aktivace ochran agregátu,
• přerušení již zahájeného přechodu na záložní napájení.

Při návrhu je proto nutné znát nejen výkon jednotlivých zařízení, ale také způsob jejich spouštění, pořadí náběhu a možnost souběžného provozu.

U některých technologií lze zatížení rozdělit do několika kroků. Nejprve se spustí kritické systémy a následně další zařízení. Tím se omezí okamžitý výkonový požadavek a není nutné agregát zbytečně předimenzovat.

Rozdíl mezi výkonem v kW a kVA

U průmyslových elektrocentrál se běžně uvádí činný výkon v kilowattech a zdánlivý výkon v kilovoltampérech. Tyto hodnoty nejsou totožné.

Poměr mezi nimi ovlivňuje účiník zatížení. U zařízení s elektromotory, transformátory, měniči nebo jinými indukčními prvky může být zdánlivý výkon výrazně vyšší než samotný činný výkon.

Při návrhu proto nelze vycházet pouze z údajů v kW. Je nutné posoudit také:

• účiník zařízení,
• podíl motorické zátěže,
• způsob napájení zařízení přes frekvenční měniče,
• nelineární odběry,
• harmonické zkreslení,
• asymetrii mezi jednotlivými fázemi.

Tyto vlastnosti mají přímý vliv na velikost alternátoru, stabilitu napětí a schopnost elektrocentrály bezpečně napájet elektronicky řízené stroje.

Citlivé výrobní technologie mohou klást vyšší požadavky na stabilitu napětí a frekvence než běžné odporové spotřebiče. Výběr alternátoru, regulace a výkonové rezervy proto musí odpovídat charakteru konkrétní instalace.

Automatický přepínač ATS

U průmyslového záložního zdroje je klíčovým prvkem automatický přepínač sítí ATS. Jeho úkolem je sledovat parametry distribuční sítě a při výpadku zahájit přechod na elektrocentrálu.

Typický průběh je následující:

1. systém zaznamená výpadek nebo nepřípustné parametry sítě,
2. vyšle povel ke spuštění motoru,
3. elektrocentrála dosáhne jmenovitých otáček, napětí a frekvence,
4. ATS odpojí veřejnou síť,
5. připojí vybrané odběry k agregátu,
6. po návratu stabilní distribuční sítě přepne provoz zpět,
7. motor elektrocentrály běží krátce bez zatížení a následně se vypne.

Přepínací systém musí být navržen tak, aby v běžném záložním režimu znemožnil současné propojení elektrocentrály s distribuční sítí. Mechanické a elektrické blokování chrání pracovníky, zařízení i veřejnou síť před nebezpečným zpětným napájením.

Zapojení proto musí vždy navrhnout a provést odborně způsobilá osoba podle parametrů konkrétní instalace. Práce v paralelním režimu s distribuční sítí je samostatné technické řešení, které vyžaduje odpovídající ochrany, synchronizaci a schválený způsob provozu.

Doba přechodu závisí na nastavení systému a provozních požadavcích. U běžné elektrocentrály je nutné počítat s krátkým přerušením napájení. Pokud některá zařízení nesmí ztratit napětí ani na několik sekund, je vhodné doplnit systém o UPS.

UPS překlene dobu mezi výpadkem a převzetím zátěže elektrocentrálou. Po spuštění agregátu může dále chránit citlivou elektroniku před krátkodobými změnami napětí.

Při návrhu je zároveň nutné ověřit kompatibilitu UPS s elektrocentrálou. Některé UPS, frekvenční měniče a elektronické zdroje mohou vytvářet nelineární zatížení, které ovlivňuje dimenzování alternátoru a regulaci napětí.

Stacionární a kontejnerové provedení

Volba konstrukčního provedení závisí na výkonu, prostoru, hlučnosti a podmínkách instalace.

Otevřené provedení

Otevřený agregát je určen především do samostatné strojovny. Výhodou je dobrý přístup k motoru, alternátoru a servisním místům. Strojovna však musí mít odpovídající větrání, odvod tepla, odvod spalin a protihluková opatření.

Odhlučněný kryt

Elektrocentrála v odhlučněném krytu je vhodná pro venkovní instalaci na připraveném základu. Kryt chrání zařízení proti povětrnostním vlivům a omezuje šíření hluku.

Kontejnerová elektrocentrála

Kontejnerové řešení se používá především u vyšších výkonů a náročnějších instalací. Kontejner může obsahovat samotný agregát, rozvaděče, automatiku, provozní nádrž, ventilaci, vytápění, tlumení hluku a systém vzdáleného dohledu.

Výhodou je ucelené technické řešení, které lze připravit podle konkrétních požadavků provozu.

Větrání a odvod tepla

Dieselový motor a alternátor během provozu produkují značné množství tepla. Nedostatečné větrání může vést k přehřívání, poklesu výkonu nebo odstavení zařízení ochranou.

Při návrhu je nutné zajistit:

• dostatečný přívod chladného vzduchu,
• odvod ohřátého vzduchu,
• správné proudění přes chladič,
• omezení recirkulace teplého vzduchu,
• vhodnou teplotu ve strojovně nebo kontejneru,
• ochranu vstupních otvorů proti dešti a nečistotám.

Ventilační otvory musí být navrženy podle výkonu motoru, chladiče a skutečných tlakových ztrát. Nestačí pouze vytvořit obecný otvor ve stěně. Nevhodné uspořádání může omezit průtok vzduchu a snížit schopnost agregátu pracovat při plném zatížení.

Odvod spalin a bezpečnost instalace

Výfuková soustava musí bezpečně odvádět spaliny mimo prostor obsluhy a mimo místa nasávání vzduchu do budovy. Je nutné zohlednit teplotu potrubí, dilataci, vibrace a protipožární odstupy.

Důležitá je také:

• ochrana horkých částí,
• správné ukotvení potrubí,
• kompenzace vibrací pružným členem,
• odvod kondenzátu,
• omezení protitlaku ve výfuku,
• umístění vývodu s ohledem na okolní objekty.

Nadměrný protitlak ve výfukové soustavě může negativně ovlivnit výkon motoru a jeho životnost.

Palivové hospodářství a doba provozu

Požadovaná doba provozu bez veřejné sítě patří mezi základní návrhové parametry. Jinou nádrž potřebuje firma, která chce pouze bezpečně dokončit výrobní cyklus, a jinou podnik, který musí pokračovat několik hodin nebo celý den.

Doba autonomie závisí na:

• objemu nádrže,
• skutečném zatížení,
• spotřebě motoru,
• dostupnosti dalšího paliva,
• způsobu doplňování.

U větších zařízení lze použít externí nádrž a automatické přečerpávání. Součástí systému může být také sledování hladiny paliva, alarm nízkého stavu nebo vzdálený přenos informací.

Při dlouhodobém skladování je nutné sledovat také kvalitu paliva. Kontaminace vodou nebo nečistotami může způsobit problémy se vstřikováním a filtry právě ve chvíli, kdy má agregát převzít zátěž.

Pravidelné zkoušky jsou stejně důležité jako samotná instalace

Elektrocentrála, která většinu roku stojí, nemusí být automaticky připravena k okamžitému provozu. Mezi časté příčiny problémů patří:

• vybitá nebo oslabená startovací baterie,
• staré či kontaminované palivo,
• zanesené filtry,
• nízká hladina provozních kapalin,
• závada v nabíjení,
• porucha komunikace s ATS,
• netěsnost palivového nebo chladicího systému.

Nestačí proto pouze ověřit, že motor nastartuje bez zatížení. Pravidelná zkouška by měla zahrnovat také přepnutí sítí a provoz při skutečném nebo simulovaném zatížení.

Při zkoušce pod zatížením se kontroluje zejména:

• stabilita napětí,
• stabilita frekvence,
• reakce na změny odběru,
• teplota motoru a chladicího systému,
• tlak oleje,
• kouřivost,
• správná funkce ochran,
• průběh přepnutí ATS.

Pokud není možné zatížit agregát provozem závodu, lze použít zátěžovou banku. Ta umožňuje ověřit zařízení při předem stanovených stupních výkonu.

Dlouhodobý provoz při nízkém zatížení

Dieselový motor by neměl dlouhodobě pracovat pouze s minimálním zatížením. Při nízké teplotě spalování může docházet k nedokonalému spalování paliva, tvorbě úsad a zanášení výfukové soustavy.

Proto je důležité:

• správně určit výkon agregátu,
• zabránit výraznému předimenzování,
• pravidelně provádět zkoušku při vyšším zatížení,
• sledovat provozní stav motoru.

Záložní zdroj má mít dostatečnou rezervu, ale neměl by být několikanásobně větší než skutečné zatížení.

Vzdálený dohled nad elektrocentrálou

U průmyslových provozů je vhodné doplnit zařízení o vzdálený monitoring. Odpovědný pracovník může sledovat:

• provozní stav,
• napětí a frekvenci,
• zatížení,
• stav paliva,
• teplotu motoru,
• tlak oleje,
• stav baterie,
• poruchová hlášení,
• historii spuštění.

Vzdálený dohled nenahrazuje pravidelný servis, ale zkracuje reakční dobu při závadě a poskytuje přehled o skutečné připravenosti systému.

Jak připravit záložní napájení ve výrobním podniku

Návrh by měl začít technickou analýzou provozu. Je nutné určit:

1. která zařízení jsou kritická,
2. jaký mají činný a zdánlivý výkon,
3. jaké jsou jejich rozběhové proudy,
4. která zařízení se spouštějí současně,
5. jak dlouhé přerušení napájení je přijatelné,
6. zda je nutná spolupráce s UPS,
7. jak dlouho má agregát pracovat bez doplnění paliva,
8. kde bude zařízení umístěno,
9. jak bude řešeno přepnutí a jištění,
10. jak bude probíhat pravidelný servis a zkoušky.

Teprve po zodpovězení těchto otázek lze vybrat vhodný výkon a konstrukční provedení.

Elektrocentrála jako součást provozní bezpečnosti

V řadě českých výrobních podniků je záložní napájení součástí řízení provozních rizik. Význam nemají pouze dlouhé blackouty, ale také krátkodobé výpadky, poklesy napětí a lokální poruchy infrastruktury.

Správně navržený systém pomáhá udržet v provozu kritické technologie, omezit ztráty materiálu a zkrátit dobu potřebnou k obnovení výroby. Tuto funkci však elektrocentrála splní pouze tehdy, pokud je správně navržena, připojena, pravidelně testována a servisována.

Technická konzultace a kontakt

GAPPA TRADE s.r.o. dodává stacionární, odhlučněné a kontejnerové elektrocentrály pro výrobní podniky, průmyslové areály a další firemní provozy. Zajišťujeme návrh řešení, dodávku zařízení, automatické přepnutí, montáž, uvedení do provozu i následný servis.

Telefon: +420 737 740 123
E-mail:
Web: https://gappa.net/

GAPPA TRADE s.r.o.
Opletalova 608/2
736 01 Havířov
Česká republika

IČ: 07138938
DIČ: CZ07138938