nove tehnologije električnih postrojenjaseminar.tvz.hr/materijali/materijali12/12e07.pdf ·...
TRANSCRIPT
1
Program stručnog usavršavanja ovlaštenih inženjera elektrotehnike
ELEKTROTEHNIKA - XII tečaj
Nove tehnologije električnih postrojenja
Osiguranje mikroklimatskih uvjeta u industrijskom postrojenju
mr sc Milivoj Puzak dipl. ing. – viši predavač
Tehničko veleučilište u Zagrebu
Elektrotehnički odjel
ZAGREB 11. 2. 2012.
milivoj.puzak @ tvz.hr
Zahtjevi
Mikroklimatski uvjeti u postrojenju
Temperatura: okolina min/max > procesni uvjeti
u razvodu – osigurati projektom i izvedbom
u ureñaju – skladištenje, nazivni rad, snižene mogućnosti
Vlaga: kondenzacija – sprećavanje održavanje temperature iznad točke rošenja
voda - zaštita prema IP normi
Atmosfera – zagañenja: prašina zaštita prema IP normi
plinovi zaštite prema Ex normi
2
Radne temperature
Mikroklimatski uvjeti u postrojenju
Strojevi: klasa B max: 130 °C srednja 130 °C nadtemperatura 80 °C okolina 40 °C
klasa F max: 155 °C srednja 145 °C nadtemperatura 105 °C okolina 40 °C
Pretvarači: energetski dio 105-115 °C; elektronika 60-80 °C; okolina (0)+5 - 40 (60 °C)
hlañenje vodom < 30 °C
Sklopni aparati: (-20) 0 °C - +40 (50)°C (?) promjena karakteristika! ugradnja
elektronike stabilna popdešenja ali okolina 40 °C !
PLC: (elektronička oprema): (0) +5 – 50 °C
Aku baterije: (velike) prostor < 20 °C; male (lokalni UPS) 50 °C kraći vijek trajanja
Mjerena i oprema za analizu (posebni zahtjevi) + 18 - 25 °C
Spojna mjesta kabela <105 °C; ručni upravljački elementi <60 °C ;
metalne površine: dostupne <65 °C, nedostupne 75 °C
Osiguranje toplinskih radnih uvjeta
Mikroklimatski uvjeti u postrojenju
U ureñaju – izvedbom, instaliranom opremom za
odvoñenje topline i cirkulacije zraka za hlañenje >
zadani uvjeti ugradnje
u razvodu - projektom rasporeda i odvoñenja topline!
u prostoriji – projekt rasporeda, odvoñenje topline ??
Postupci projektiranja:
IEC 890 – iskustvene metode dijagrami za tipične izvedbe
empirijske relacije za proračun zagrijavnaja i potreba hlañenja
Modeliranje toplinskih pojava – za posebno zahtjevne projekte
Korištenje programa za izbor opreme potrebne za hlañenje
3
Tehnike održavanja radne temperature
Mikroklimatski uvjeti u postrojenju
Zagrijavanje:
sprećavanje kondenzacije, osiguranje minimalne
radne temperature > +5°C, grijač + termostat
Hlañenje kroz stijenke ormara:
interna prirodna cirkulacija
voñenje kroz stijanke
odvoñenje vanjskom cirkulacijom
Ventilacija prirodna:
cirkulacija zraka kroz otvore na dnu i vrhu ormara
male brzine zraka, moguć ulaz i taloženje prašine
Tehnike održavanja radne temperature
Mikroklimatski uvjeti u postrojenju
Forsirana ventilacija:
protok zraka iz prostora kroz ormar -osigurava ventilator
rješenja ulaznih i izlaznih rešetki do IP54
Forsirana ventilacija kroz odvojeni prostor:unutarnja prirodna cirkulacija
protok vanjskog zraka osigurava ventilator
moguće postizanje potrebnog IP
Prisilno hlañenje kroz stranicu ormara:
unutarnja prirodna cirkulacija
hlañenje jedne stranice (ovdje krovne) ventilatorom
moguć visok IP
4
Tehnike održavanja radne temperature
Mikroklimatski uvjeti u postrojenju
Hlañenje izmjenjivačem zraka / zrak:
forsirana cirkulacija internog zraka
odvoñenje topline u prostoriju ventilatorom u
vanjskom krugu
Hlañenje izmjenjivačem zraka / voda:
forsirana cirkulacija internog zraka
odvoñenje topline prenošenjem na vodu u vanjskom krugu
ne zagrijava se prostor
Održavanje potrebne temperature i vlažnosti
Mikroklimatski uvjeti u postrojenju
Zagrijavanje prostora ormara:
- ugradnja grijača i termsostata,
- dvostruki termostat za upravljenje
ventilacijom
- grijač s ventilatorom za forsiranu
cirkulaciju internog zraka
Higrometar – tipično za signalizaciju
prekoračenja dopuštene vlage nadzor
sustava s vodom
5
Disipacija topline ugrañene opreme Pd
Mikroklimatski uvjeti u postrojenju
Svi elementi razvoda kroz koje teće struja stvaraju toplinu
sabirnice, vodovi, sklopni aparati, pretvarači
Primjeri tablica gubitaka za standardnu opremu :
Disipacija topline ugrañene opreme - Pd
Mikroklimatski uvjeti u postrojenju
Primjeri tablica gubitaka za standardnu opremu :
sklopnike - svitka i kontaktnog sloga
pretvarače frekvencije – disipacija cca 2% snage napajanog motora
Disipacije sklopnika po jednom polu
Disipacije i potrebni protoci zraka za pretvarače
6
Odvoñenje topline kroz stranice ormara - IEC 890
Mikroklimatski uvjeti u postrojenju
Interna cirkulacija Interna cirkulacija –– voñenje kroz stijenke voñenje kroz stijenke -- vanjska prirodna cirkulacija vanjska prirodna cirkulacija
Interna temperatura zagrijanja
Timax - max.tempereturau ormaru
Temax – max. temperatura okoline
Pd – disipacija u ormaru
K – koeficijent prijenosa topline
S – efektivna površina ormara
- čelični obojeni lim
- poliester
- inox
- aluminij
S = ∑ Ai × bi
A – površina stranice
b - koeficijent odvoñenja
b= 1,4 – gornja površina otvorena
b = 0.7 -gornja površina zaslonjena
b = 0,9 –vertikalne stranice otvorene
b = 0,5 -vertikalne stranice zaslonjene
b = 0 – donja površina
Odvoñenje topline prirodnom konvekcijom - IEC 890
Mikroklimatski uvjeti u postrojenju
Odvoñenje topline cirkulacijom zraka kroz prostor
uvažiti dio koji se disipira kroz oplatu
Potreban otvor na dnu i na vrhu ormara (IP<31) moguć ulaz prašine
Opremu s većom dispacijom topline montirati prema vrhu
Izbjegavanje prepreka cirkulaciji
Brzina protoka zraka nije egzaktno poznata ( računati s očekivanih
0,2m/s) za odreñivanje potrebnih otvora
Jednostavno rješenje, bez održavanja
[ ]h
mTeTi
PV dk
3
maxmax
1.3 ⋅⋅⋅⋅−
=
7
Odvoñenje topline konvekcijom - IEC 890
Mikroklimatski uvjeti u postrojenju
Cirkulacija ostvarena ventilatoromna dnu – ostvaren nadtlak u ormaru smanjen ulaz prašine
na vrhu – podtlak pojačano taloženje prašine
Izbor ventilatora i opreme (rešetki, filtera ) jednostavan; prema
katalogu proizvoñača podržano dijagramima i uputama
Brzine zraka 2 – 5m/s – veće brzine stvaraju vrtloženje i
neravnomjeran protok kroz hlañeni prostor
Odvoñenje topline konvekcijom - IEC 890
Mikroklimatski uvjeti u postrojenju
Cirkulacija ostvarena ventilatorom ugrañenog ureñaja
-potpuno zatvoren ormar –hlañenje kroz
stijenke cirkulacija samo unutar ormara
-ventilacijski otvori za ulaz i izlaz zraka
sprećavanje interne recirkulacije
ugradnja filtera – potreban i dodatni
ventilator za pokrivanje prigušenja
Više pretvarača u ormaru
– rasporedom osigurati da ne doñe
do meñusobnog zagrijavanja
– ugraditi usmjerivače zraka
8
Hlañenje izmjenjivačima zrak/zrak i zrak/voda
Mikroklimatski uvjeti u postrojenju
Visoka toplinska opterećenja razvoda
industrijska rješenja hlañenja
Izmjenivači zrak - zrak primjenjivi za prostore s
dovoljno niskom temperaturom zraka
Izmjenjivači zrak–voda za velike snage hlañenja
temperatura vode za hlañenje do 300C
Zahtjevna rješenja za održavanje
Dodatni gubici energije i s time troškovi
Hlañenje izmjenjivačima
Mikroklimatski uvjeti u postrojenju
Klimatizacijski ureñaji
- zrakom iz prostora nije moguće ohladiti
unutrašnjost ∆T< 5°C
- hlañenje na temperature niže od prostora
– princip hladnjaka
- oprema u agresivnoj atmosferi
- zahtijev za visokom IP zaštitom
9
Ograničenje gubitaka u razvodnom ormaru
Mikroklimatski uvjeti u postrojenju
Modularni sustavi razvoda za motorne pogone
- razvod od standardnih utičnih jedinica sa
svim funkcijama upravljanja mjerenje i
zaštita pogona
- moduli različitih sklopnih funkcija: DOL,
Y/D, reverziranje, dvije brzine ...
- elektronička jedinica zaštite, lokalno i
daljinsko upravljanj te komunikacija s
nadreñenim sustavom
- nije predviñena promjena metode
hlañenja – ormar zatvoren - hlañenje
odvoñenjem kroz stranice
Mikroklimatski uvjeti u postrojenju
- veličine modula prema struji opterećenja i sklopnoj funkciji - tablice
-disipacija jednog modula ovisna o otporu, struji opterećenja + gubici
mjerenja i uklopnih svitaka
Pdm =Rcm×Ie2 + PMm+Ph
Ograničenje gubitaka u modularnom razvodu
10
Ograničenje gubitaka u modularnom razvodu
Mikroklimatski uvjeti u postrojenju
- za standardni ormar odreñena je disipacija za uvjete okoline – tablica
- granična interna srednja temperatura 50°C (60°C na vrhu ormara)
- pri ugradnji više redova malih modula zbog slabije interne cirkulacije još
se smanjuje dopustiva disipacija faktor rk
- potrebno uvažiti faktore stvarnog strujnog opterećenja jedinica te
istovremenost rada pogona α
Pde = α2× ∑ Pdm
Mikroklimatski uvjeti u postrojenju
Primjer:
- raspored modula prema slici
temperatura okoline 35 C
4 reda malih modula rk =0,63
- Dopustiva disipacija ormara
Pd = 550 W
- Moguća efektivna disipacjia
Pde = 550×0,63= 346 W
- broj modula u ormaru 16
faktor istovremenosti α=0,6
-Dopustiva suma disipacija modula
∑ Pdm= 1/ α2 × Pde = 960 W
Ograničenje gubitaka u modularnom razvodu
Ugrañeni moduli ne smiju imati ukupnu dispaciju više od 962 W. Moguća
korekcija broja modula ili faktora istovremenosti – predvidjeti u ormaru rezervne
module, redudantne pogone
11
Mikroklimatski uvjeti u postrojenju
Programska podrška za toplinske proračune
Proizvoñači opreme za hlañenje
– vlastiti programi s bazama podataka ponude opreme
Rittal Therm 4.x Himel ProClima 5.x
Mikroklimatski uvjeti u postrojenju
Održavanje klimatskih uvjeta u prostorijama razvoda
- odvoñenjem topline kroz zidove
- prirodna cirkulacije zraka kroz
otvore: projektirane i tehnološke
(kabelske kanali, prodori )
- ventiliranje odsisnim ili tlačnim
ventilatorima
- hlañenje izmjenjivačima
- hlañenje klima ureñajima
Ukupna toplinska energije za odvesti:
disipacija opreme + unesena zrakom
Zadatak:
održati temperaturu ispod projektirane
za hlañenje opreme Te < 35 °C
Vlažnost: bez rošenja i smrzavanja
12
Mikroklimatski uvjeti u postrojenju
Održavanje toplinskih uvjeta u prostorijama razvoda
- direktno odvoñenje toplog zraka iz
pretvaračkih ureñaja izvan prostorije
- kondicioniranje ulaznog zraka na
zadanu temperaturu (zagrijavanje ili
hlañenje)
- hlañenje vodom ureñaja velike snage
- hlañenje industrijskim klima
ureñajima – pazi>klime za stanove
nisu predviñene za te zahtjeve
Unutarnja jedinica industrijskog klima ureñajaIzmjenjivačka jedinica voda (zrak) / voda
pretvarača 6 MVA
Nadzor temperatura u razvodu
Mikroklimatski uvjeti u postrojenju
Mjerenje temperatura kritičnim dijelovimapretvarači imaju vlastiti sustav nadzora temperature i dojavu
Provjera zagrijavanja u radu
termovizijsko snimanje – otvrñivanje kritičnih mjesta
Termovizijska slika osigurača elektromotornog pogona - velike razlike temperature
13
Nadzor temperatura u razvodu
Mikroklimatski uvjeti u postrojenju
Mjerenje temperatura na kritičnim mjestimanedostupa oprema
otkrivanje vrućih točaka
spojna mjesta s lošim kontakotom
Termovizijska slika sabirničkih kanala – nadzor nedstupnih dijelova razvoda
Literatura
1. C. Kilidjian: Thermal study of LV electric switchboard, Cahier Technique Schneider
no 145 Grenoble 1997.
2. ** Thermal management for electrical control panels: Himel
http://www.himelenclosures.com”
3. MNS-is Engineering Guideline; ABB Automation Products GmbH 2007.
4. M. Puzak, D Ban, I. Pavić: Analiza stanja i raspoloživosti TS 10/0,4 kV
Kalinovac za nadogradnju kompresorske stanice; studija, FER –ZESA
Zagreb 2006.
5. ** Therm 6.1 Software Rittal Schneider 2010
www.rittal.com/services_support/engineering/Plan_calculate/therm.html
6. Pro-Clima 5.1 Thermal Calculation Software, Himel, SchneiderElectric 2010.
7. ** ACS 800 Hardware Manual: ABB Automation, Helsinki 2004.
Mikroklimatski uvjeti u postrojenju