13
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

Nove tehnologije električnih postrojenjaseminar.tvz.hr/materijali/materijali12/12E07.pdf · Mjerenje temperatura kritičnim dijelovima pretvarači imaju vlastiti sustav nadzora temperature

  • Upload
    others

  • View
    7

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Nove tehnologije električnih postrojenjaseminar.tvz.hr/materijali/materijali12/12E07.pdf · Mjerenje temperatura kritičnim dijelovima pretvarači imaju vlastiti sustav nadzora temperature

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

Page 2: Nove tehnologije električnih postrojenjaseminar.tvz.hr/materijali/materijali12/12E07.pdf · Mjerenje temperatura kritičnim dijelovima pretvarači imaju vlastiti sustav nadzora temperature

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

Page 3: Nove tehnologije električnih postrojenjaseminar.tvz.hr/materijali/materijali12/12E07.pdf · Mjerenje temperatura kritičnim dijelovima pretvarači imaju vlastiti sustav nadzora temperature

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

Page 4: Nove tehnologije električnih postrojenjaseminar.tvz.hr/materijali/materijali12/12E07.pdf · Mjerenje temperatura kritičnim dijelovima pretvarači imaju vlastiti sustav nadzora temperature

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

Page 5: Nove tehnologije električnih postrojenjaseminar.tvz.hr/materijali/materijali12/12E07.pdf · Mjerenje temperatura kritičnim dijelovima pretvarači imaju vlastiti sustav nadzora temperature

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

Page 6: Nove tehnologije električnih postrojenjaseminar.tvz.hr/materijali/materijali12/12E07.pdf · Mjerenje temperatura kritičnim dijelovima pretvarači imaju vlastiti sustav nadzora temperature

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 ⋅⋅⋅⋅−

=

Page 7: Nove tehnologije električnih postrojenjaseminar.tvz.hr/materijali/materijali12/12E07.pdf · Mjerenje temperatura kritičnim dijelovima pretvarači imaju vlastiti sustav nadzora temperature

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

Page 8: Nove tehnologije električnih postrojenjaseminar.tvz.hr/materijali/materijali12/12E07.pdf · Mjerenje temperatura kritičnim dijelovima pretvarači imaju vlastiti sustav nadzora temperature

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

Page 9: Nove tehnologije električnih postrojenjaseminar.tvz.hr/materijali/materijali12/12E07.pdf · Mjerenje temperatura kritičnim dijelovima pretvarači imaju vlastiti sustav nadzora temperature

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

Page 10: Nove tehnologije električnih postrojenjaseminar.tvz.hr/materijali/materijali12/12E07.pdf · Mjerenje temperatura kritičnim dijelovima pretvarači imaju vlastiti sustav nadzora temperature

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

Page 11: Nove tehnologije električnih postrojenjaseminar.tvz.hr/materijali/materijali12/12E07.pdf · Mjerenje temperatura kritičnim dijelovima pretvarači imaju vlastiti sustav nadzora temperature

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

Page 12: Nove tehnologije električnih postrojenjaseminar.tvz.hr/materijali/materijali12/12E07.pdf · Mjerenje temperatura kritičnim dijelovima pretvarači imaju vlastiti sustav nadzora temperature

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

Page 13: Nove tehnologije električnih postrojenjaseminar.tvz.hr/materijali/materijali12/12E07.pdf · Mjerenje temperatura kritičnim dijelovima pretvarači imaju vlastiti sustav nadzora 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