Etm.cz - elektrotechnika on-line

Úspory v rozvodech i spotřebě elektrické energie

Pondělí, 21. září 2009

Ekonomický aspekt projektu v současné době často dostává vyšší prioritu, než samotné technické řešení. V souvislosti s tímto trendem společnost Siemens nabízí zajímavé možnosti v oblasti úspory nákladů díky své propracované nabídce nízkonapěťové techniky Sivacon a Sentron. Ušetřit se dá v mnoha fázích realizace. Již v prvopočátku lze minimalizovat poměrně značné náklady na provedení a provoz vhodným výběrem použitých produktů. Při samotné realizaci je již šance na snižování zbytečných výdajů menší, avšak i tady se nabízí řešení ke snížení investic. Za provozu jsou finanční poměry a návratnost dány především předchozími fázemi, ale i zde společnost Siemens nabízí zajímavé produkty, jež mohou výsledek vylepšit.

Budeme-li postupovat projektem od prvního nápadu na řešení směrem k hotové realizaci a současně se zaměříme na tok energie od zdroje k poslednímu spotřebiči, dostaneme se k zásadním milníkům, tedy produktům, které především určují finální výsledek. Na úrovni nízkého napětí jsou to hlavně způsob přenosu elektrické energie, její spínání a ovládání a v neposlední řadě i měření. Podrobněji se vybraným skupinám produktů a jejich vlivu na výslednou ekonomickou bilanci budeme věnovat níže.

Stále častěji jsou páteřní rozvody elektrické energie řešeny pomocí přípojnicových systémů, které se stávají standardem nejen v průmyslových aplikacích, ale i ve výškových budovách, komerčních centrech a na dalších místech, odkud „vytlačují“ běžné kabely. Důvodů je několik. Především se jedná o bezpečný, spolehlivý a pružný způsob, kterým lze snadno a s malými náklady dopravit elektrickou energii na požadované místo. S přihlédnutím ke stavebním členitostem, požárním požadavkům, prostorovým nárokům a dalším aspektům ovlivňujícím přenos „elektřiny“ se nabízí podstatně více možností, než je tomu s klasickou kabeláží.

Obr. 1 + 2: Porovnání jednoho místa v komerčním komplexu – lad uložení a pravý úhel ve změně směru kabely zkrátka nabídnout nemohou

Společnost Siemens nabízí ucelený program pro bezpečný rozvod proudů do 6300 A na hladině nízkého napětí, který nese obchodní název Sivacon 8PS. Tento program se dělí na jednotlivé typy, jež se od sebe vzájemně liší nejen přenášeným jmenovitým proudem, ale i dalšími vlastnostmi, jakými jsou např. krytí, konstrukce, provozní napětí apod.

Obr. 3: Sortiment přípojnicových systémů Sivacon 8PS nabízí ucelený program pro bezpečný rozvod elektrické energie

Pro základní představení jednotlivých typů je níže ve zkratce uvedeno několik údajů, jimiž lze charakterizovat vlastnosti daného přípojnicového systému (na obrázku č. 3 jsou popisovány odspodu):

CD –L: typ konstruovaný pro osvětlovací systémy a malá zařízení (25 – 40 A, IP55, Ue max 400V)
BD01: flexibilní systém napájení pro dílenské provozy (40 – 160 A, max IP55, Ue max 400V)
BD2: univerzální řešení pro přenos maximálního výkonu s minimálními prostorovými nároky (160 – 1250 A, max IP55, Ue max 690V)
LR: spolehlivý typ navržený pro maximální ochranu v náročných provozních podmínkách (630 – 6300 A, IP68, Ue max 1000V)
LX: typ navržený pro rozvody elektrické energie ve vícepodlažních budovách (800 – 6300 A, max IP55, Ue max 690V)
LD – bezpečné řešení pro průmyslové aplikace (1100 – 5000 A, max IP54, Ue max 1000V)

Příkladem, který umožňuje vytvořit si na danou problematiku vlastní názor, může být srovnání přípojnicového mostu a kabelového propojení mezi dieselagregátem a rozváděčem, z něhož je napájeno zálohové vedení velkého obchodního centra. Vstupní informace jsou následující: přenos 3200 A na vzdálenost řádově 50 m v prostoru s požární odolností 120 minut, stísněné prostory pod stropem technického zázemí v suterénu mezi dalšími technologiemi (kanalizační řád, rozvod tlakové pitné vody, napájecí systém stoupaček požárních hydrantů v celé budově, IT kabeláž z celé budovy, slaboproudé rozvody pro MaR, velká vzduchotechnická vedení apod.).

Finální podoba řešení byla vybrána ze dvou alternativ: přípojnicového systému Sivacon 8PS typu LX a kabelového vedení na roštech/ve žlabu. Pro přípojnice hovořil obsazený prostor (145x287 mm je „průřez“ sendvičového typu přípojnice, který s respektováním požární odolnosti 120 minut přenese 3200 A), schopnost reagovat na změny směru a výšky (např. kolem sloupů či překladů, jiné technologie apod.- přípojnice nemusí mít v rozích budovy nutný rádius) a v neposlední řadě i náklady na pořízení samotného produktu a montážní práce. V porovnání s přípojnicemi bylo 11 kabelových „třístovek“ nejen dražších (vlivem nutnosti volby retardovaného provedení nebo opláštění celého žlabu nehořlavým materiálem – což by způsobilo snížení přenášeného proudu vlivem oteplení v uzavřeném prostoru), ale jejich „svazek“ ani nebyl schopen projít a rozumně využít přidělený prostor.

Obr. 4: Stoupací vedení řešená pomocí připojnicových systémů Sivacon 8PS

U stoupacích vedení (na obrázku vlevo), kdy je průchod jednotlivými patry řešen pomocí patrových rozváděčů, lze velice dobře ilustrovat další možnosti snížení investic. Pokud je páteř dostatečně dimenzována, je velice častým jevem, že se na jednotlivých patrech v průběhu užívání mění odběr podle momentální potřeby. V průběhu provozu tak může být odběr na patře až znásoben, a to bez nutnosti posilovat vedení do daného patra, což by při použití kabelů bylo nezbytné. Pouhým odpojením odbočné skříně od zbytku sítě, přezbrojením její výbavy, vyřešením pár metrů kabelu mezi patrovým rozváděčem a odbočnou skříní, opětovným nasazením zpět na původní nebo jiné, vhodnější místo, se vyřeší otázka změny požadovaného výkonu. Bez nutnosti vypínat ostatní spotřebiče, bez nutnosti stahovat či posilovat stávající kabelový přívod, bez rizika a zbytečných časových prodlev. I toto jsou ve své podstatě náklady. Takže řešení stoupacích vedení skutečně s minimálními náklady.

Tímto předchozímu příkladu jsme se dostali k odbočným skříním. Jedná se o typově zkoušené části přípojnicového systému, které umožňují na libovolném místě „odbočit“ z rozvodu. Toto odbočení je jištěné a elektrická energie dále ke spotřebiči teče krátkým kabelovým spojením. Pro potřeby zákazníků je připraveno velké množství odzkoušených a prověřených skříněk. Stejně tak lze ale v případě zájmu zákazníka sestavit odbočnou krabici podle speciálních potřeb. Odbočné skříně tedy mohou do jisté míry nahrazovat rozvodnice, což jsou další nezanedbatelné finanční prostředky, jež se promítají do výsledné bilance. Jak bylo uvedeno výše, uživatel má možnost zvolit libovolnou „náplň“ odbočné skříně. Také v tomto místě rozvodné soustavy lze najít něco, čím se dá ovlivnit celková spotřeba elektrické energie. Jsou to především měřící přístroje. Zde ale již nehovoříme o úsporách na straně budování a provozu rozvodu. Tady je již hranice mezi „rozvodem“ a „spotřebičem“. Trochu více o možnostech měření a jeho zpracování je rozepsáno na dalších řádcích.

Chceme-li trvale a důsledně snižovat náklady na energii, potřebujeme především přehled o spotřebě elektrické energie a o jejím toku v rozvodném zařízení. Ideální řešení nabízejí multifunkční měřicí přístroje Sentron PAC3200, resp. novinka PAC4200, které přesně a spolehlivě měří veličiny energie vývodů nebo jednotlivých spotřebičů. Tím je zajištěna transparentnost potřebná při snižování nákladů na energii.

Multifunkční měřicí přístroje Sentron PAC3200/4200 lze použít jak v průmyslu, tak i v účelových budovách. Využití najdou všude, kde se spotřebovává elektrická energie. Kompaktní a výkonné přístroje měří všechny údaje o spotřebě mimořádně přesně a spolehlivě, a poskytují tak transparentní informace o toku energie v elektrickém rozvodném zařízení. Následným vyhodnocením uložených dat lze provést odhad spotřeby na další období, což uživatelům může zajistit lepší pozici při vyjednávání cen s dodavatelem energie. Důležitou úlohu v hospodaření s energiemi hraje plánování výroby orientované na spotřebu. Stručně řečeno jde o řízení zátěží a jejich optimalizace, např. odbouráním špiček zatížení. Díky tomu například lze posunout provoz velkého spotřebiče do doby nízkého zatížení, čímž se dosáhne rovnoměrného rozložení odběru energie. Toto aktivní řízení zátěže a realizace řízení odběru energie je možné např. prostřednictvím softwarové nadstavby powerrate fungující v systémech Simatic PCS7 a WinCC z produkce společnosti Siemens. Tyto systémy umožňují monitorovat a řídit nejen elektrickou energii, ale i odběr plynu, tepla či vody. Výsledkem je trvalé snížení provozních nákladů.

Přístroje Sentron PAC3200 a PAC4200 se používají k měření a zobrazování parametrů sítě v rozvodech nízkého napětí. Jsou vhodné pro použití v jedno- nebo vícefázových, tří- nebo čtyřvodičových sítích (TN, TT, IT), a to do napětí až 690 V bez měřicího transformátoru napětí. Pro měření proudu je zapotřebí měřicí transformátor proudu – buď x/1 A nebo x/5 A.

Obr. 5: Multifunkční měřicí přístroje Sentron PAC3200 a PAC4200 lze snadno zahrnout do systémů power managementu

Sentron PAC3200 měří asi padesát elektrických veličin, PAC4200 dokonce dvě stě elektrických veličin, jako je UL-N//UL-L/I/IN/S/±P/±Q/cos fi/fi/f/THD s minimálními, maximálními a středními hodnotami. Měření je čtyřkvadrantové (import a export). Uživatelské ovládání přístrojů je velmi intuitivní a používají se k němu čtyři funkční tlačítka, která umožňují rychlý výběr požadovaného zobrazení na kvalitním grafickém displeji typu LCD s nastavitelným podsvícením. Kromě standardního zobrazení poskytuje PAC4200 navíc možnost uživatelsky nastavit čtyři zobrazení měřených veličin podle vlastní volby. PAC4200 splňuje jako jeden z prvních přístrojů svého druhu na trhu vysoké požadavky nové normy IEC61557-12 a dosahuje přesnosti měření 0,2 % (třída 0,2 S) při měření proudu, napětí, činného výkonu i energie. PAC3200 splňuje požadavky na přesnost třídy 0,5 S dle normy pro elektroměry IEC62053-22. Vedle velmi přesných elektroměrových hodnot pro nízký i vysoký tarif činného, jalového i zdánlivého výkonu poskytuje přístroj PAC4200 navíc údaje pro stanovení kvality sítě, např. THD-UL-L/ THD-UL-N/ THD-I/ 3.–31. vyšší harmonické napětí a proud, fázový úhel, zkreslení průběhu proudu atd.

PAC4200 disponuje pro tato měření mnoha záznamovými funkcemi. Registruje např. přes 4000 provozních, ovládacích a systémových událostí s nastavitelnými úrovněmi pro varování. Dokáže zaznamenávat zátěžovou křivku po dobu čtyřiceti dní (při patnáctiminutové periodě měření) včetně minimálních a maximálních hodnot s datem a časem jejich výskytu. Oba přístroje mají standardně multifunkční digitální vstupy a výstupy. Vstupy lze použít jako čítačový vstup pro kV•A•h, ±kW•h, ±kvar•h (impulzy S0), pro hlídání stavu (např. spínacích přístrojů), pro přepínání tarifů (vysoký/nízký) nebo k synchronizaci měřicí periody. Digitální výstup je možné použít jako impulzní výstup, výstražný výstup k signalizaci překročení mezí, indikace provozního stavu Sentron PAC atd.

Multifunkční měřicí přístroje PAC3200 i PAC4200 lze snadno integrovat do každého systému hospodaření s energií (např. Simatic WinCC powerrate či Simatic PCS7 powerrate) nebo do automatizačního systému přes rozšiřující modul PAC Profibus DP anebo PAC RS485 (Modbus).

Obr. 6: Simatic WinCC powerrate: zvýšením transparentnosti toků energie od napájení ke spotřebiteli lze redukovat provozní náklady

Přístroje pak poskytují měřené údaje přes komunikační rozhraní nadřazeným systémům, kde lze tyto údaje dále zpracovávat, zobrazovat nebo použít v úlohách řízení. Konkrétní spotřeby energie a konkrétní náklady na energie je pak možné přiřadit jednotlivým místům spotřeby. Software navíc umožňuje včasné rozeznání atypických provozních stavů. Další možností začlenění do systému je sériově integrované rozhraní Ethernet 10/100 Mbit/s.

Optimální návrh a realizace systémů přenosu a rozvodu elektrické energie a následné hlídání spotřeby elektrické energie spolu tvoří významný a neoddělitelný celek. Vhodná konfigurace přístrojů i softwarového vybavení v budoucnu může uživatelům přinést velké úspory nákladů. Další informace o produktových skupinách Sivacon a Sentron jsou k dispozici na internetových adresách www.siemens.cz/sivacon, resp. www.siemens.cz/sentron.