Podíváme-li se na výrobní proces jako na celek, jehož účelem je dodávat produkt v dané kvalitě, ceně a daném čase, můžeme směle kvantifikovat jeho spolehlivost a co na ní má vliv. A začneme rovnou jeho základní surovinou – elektrickou energií – bez které se dnes prakticky neobejde žádný moderní výrobní proces. Požádali jsme o rozhovor Jaroslava Smetanu, který má v oboru měření a kvality elektrické energie více než 20leté zkušenosti a osobně konzultoval a analyzuje stavy elektrických jevů v zahraničních i českých výrobních podnicích a laboratořích.
T+T: Můžeme si říci něco o tom, jak zajistit hladký chod výroby z pohledu spolehlivosti dodávky elektřiny?
Pokud se bavíme o vztahu výroby a dodávky elektrické energie, je nejprve třeba říci, že ve většině případů je elektřina dodávána z veřejné distribuční sítě, kde dodávku ke koncovému zákazníkovi má na starosti několik organizací. Tyto organizace mají zajistit spolehlivé a bezpečné dodávky elektřiny až do tzv. odběrného místa. V případě průmyslových velkoobchodních zákazníků je tímto místem primární strana distribučního transformátoru. Za spolehlivost a bezpečnost je odpovědná distribuční společnost. Ta musí ze zákona zajistit kvalitativní parametry elektřiny v rámci evropské normy a české normy ČSN EN 50160, která říká například jaké poklesy a v jaké délce jsou ještě akceptovatelné a jaké již ne.
Výrobní zařízení a stroje však nejsou přímo připojeny na vysokonapěťovou síť, ale mezi nimi a sítí je transformátor převádějící vysoké napětí na napětí vnitřní sítě závodu, což je ve většině případů napětí nízké 230/400V.
T+T: Takže, chápu-li to správně, distributor je zodpovědný v podstatě po transformátor a od transformátoru je to již problém odběratele?
Ano, dá se to takto říci s tím, že samozřejmě jevy z primární strany transformátoru (od dodavatele) se přenášejí na sekundární stranu (k odběrateli). Navíc se zde kombinují s jevy, které vznikají provozem technologie na sekundární straně (nejčastěji výrobními stroji). Je-li síť uvnitř podniku správně koncipována, tak tyto případné jevy vznikající na její straně, tedy na straně nízkého napětí, by se v žádném případě neměli projevovat zpět do distribuční sítě, a ovlivňovat tak ostatní odběratele.
T+T: A děje se to?
Ano může se to dít. Proto má distributor nástroj v podobě již zmíněné normy ČSN EN 50160, kdy má povinnost kontrolovat distribuční síť. V případě že zjistí, že na síti jsou jevy překračující limity této normy, hledá jejich zdroj, což je většinou některý z odběratelů. A následně má povinnost zajistit nápravu.
Na základě našich zkušeností víme, že pouze 5–15 % ze zákazníkem registrovaných problémů lze připsat nadřazené síti a zbylých 85–95 % problémů si zákazník vytváří sám, provozem vlastních zařízení a strojů. Zákazník samozřejmě předpokládá, že každý jeho jednotlivý stroj a část technologie je navržen a certifikován podle příslušných norem, tudíž by neměl vytvářet žádné „špatnosti". Bohužel to platí, pokud je daný stroj sám, ale kombinací a provozem strojů na společné části sítě napájené příslušným transformátorem dochází k vzájemnému ovlivňování, převážně k rychlým poklesům napětí, rušení harmonickými složkami apod. Tím dochází k nespolehlivosti celého provozu.
T+T: Takže 85 % výpadků a problémů je způsobeno právě kombinací vlivů technologie. Tedy, že například některé stroje mají velký špičkový odběr, a způsobují tím výrazné a rychlé poklesy napětí pro stroje ostatní?
Ano přesně tak. Navíc může docházet ke kombinacím situací. Například náhodně dojde ke krátkému poklesu z nadřazené sítě v rámci normy (+/-10 %) a ve stejné chvíli statisticky přijde pokles způsobený rozběhem nějakého stroje. Ten by sám o sobě nebyl nebezpečný, ale součtem obou poklesů dojde k výpadku některé části technologie. Distributor zde není na vině, nicméně výroba byla přerušena nebo došlo k poškození některého zařízení. Eliminací těchto parazitních jevů, kontrolou a nastavením provozních stavů strojů lze předejít mnoha situacím, které by znamenaly výpadek výroby.
T+T: Když si to zopakujeme: na distribuční síti dojde k rychlému poklesu napětí o 5 % a ve stejnou chvíli se zapne stroj, který způsobí nezávisle také snížení o 5 %. Takže v rámci dodržení kvality dodávky dle ČSN EN 50160 je vše v pořádku, ale kumulativní efekt má za následek výpadek technologie?
Správně. Spolehlivost a bezpečnost, potažmo kvalita elektřiny z pohledu dodavatele a distributora je něco jiného, než spolehlivost a bezpečnost dodávky elektřiny přímo k výrobním zařízením. Tu má z velké části v ruce samotný závod, ve kterém jsou stroje provozovány. A kvalita elektřiny má vliv na poruchovost, životnost strojů a technologií. Pokud se kvalita elektřiny v závodě nekontroluje (tedy neměří se) neví se o popsaných souvislostech, a tudíž se ani neví kdo či co situaci způsobilo.
T+T: Jak se tedy kvalita elektrické energie měří a vyhodnocuje?
Vyhodnocování kvality elektřiny podle ČSN EN 50160 vychází z dalších norem, které předepisují, jakým postupem se má měřit daná veličina. Tento postup, například pro změny napětí, určuje průměrování přes 10 period síťové frekvence – tedy přes 200 ms. Pak naměřená hodnota měřicím přístrojem, který měří podle této normy, neodpovídá reálné fyzikální velikosti, například pokles napětí v místě měření je indikován jako mnohem menší.
Bohužel připojené výrobní stroje a PLC nereagují na uměle vypočtené hodnoty, ale na reálný fyzikální stav napětí, a pro vyhodnocení příčiny poruch je třeba znát souvislosti. Nastává tedy situace, kdy je dle normy vše v pořádku, avšak problém zůstává.
T+T: Takže měřením a vyhodnocením podle ČSN EN 50160 uvnitř závodu se zákazník o stavu „své" elektřiny moc nedozví?
Ano, přesně tak to je. Samozřejmě pokud je situace v závodě natolik špatná, něco málo se zákazník dozví, ale určitě ne všechno. Využití takovéto služby, kterou řada distribučních společností nabízí zdarma, je tak plýtvání časem.
Jediný způsob, jak ověřovat kvalitu elektřiny v závodě, je použít zařízení, které se neomezuje metodikou vyžadovanou touto normou a nemá žádný rozhodovací algoritmus na to „co již překročilo či nepřekročilo limit". Může totiž dojít k situaci, že i hodnoty které nepřekročí energetický limit, jsou pro stabilitu provozu závodu kritické. Je tedy třeba měřit a zaznamenávat průběžně všechny potřebné veličiny ve skutečné fyzické hodnotě a vysokou rychlostí, aby bylo možné získat a pochopit souvislosti, a zjistit tak původce poruchy. Pro vyhodnocení celé situace je třeba použít jiné postupy a jako první krok provést hloubkový audit elektrické energie. Bez detailního měření nelze o stavu sítě v závodě říci téměř nic.
T+T: Jak probíhá audit kvality elektrické energie?
Náš audit kvality elektrické energie probíhá tak, že provedeme záznam napětí a proudů na sekundární straně transformátoru a na základě našeho know how vyhodnocujeme situaci v daném místě. Z výsledků analýzy získaných dat jsme pak schopni vyhodnotit stav kvality elektřiny a rozhodnout, zda zachycené jevy přicházejí z nadřazené sítě nebo si je zákazník vytváří sám. Na základě tohoto vyhodnocení můžeme doporučit nápravu. Jsou v zásadě dvě možnosti nebo jejich kombinace. První jsou audity na dalších místech sítě pro identifikaci defektního zařízení, u kterého následně proběhne oprava. V případě, že všechna zařízení jsou v pořádku, ale významně svým provozem ovlivňují kvalitu elektřiny, je druhou možností nasazení aktivní stabilizace napětí, filtrace harmonických složek a podobně. Samozřejmě, že se může ukázat (což se zatím nestalo) že si zákazník sám uvnitř závodu ničím neškodí, a pokud měl kdy nějaké problémy, tak přicházely z nadřazené sítě. Pak zákazník po provedení auditu na 100 % ví, co se mu na připojovacím bodě děje a jak to ovlivňuje stabilitu a spolehlivost jeho výroby. Navíc tím získá nezvratný důkaz pro jednání s dodavatelem el. energie.
T+T: Děkujeme za rozhovor.
