Опасность скачков напряжения электросети для современного оборудования.
Исполнительные механизмы современного технологического оборудования перемещаются с помощью «шаговых» электродвигателей, поэтому при снижении и повышении напряжения возможны сбои позиционирования этих узлов. Кроме того, при снижении напряжения могут возникать сбои, приводящие к потере данных, которые передаются на автоматический станок от сканирующего устройства или от измерительной системы, сканирующей очковую линзу в рабочей камере станка. Как результат – существенно ухудшается технологический процесс, что в итоге приводит к браку обрабатываемых на данном оборудовании очковых линз. Также возможен выход из строя как отдельных узлов, так и автоматического станка в целом.
Напряжение электрического тока в электросети постоянно меняется с изменением нагрузки, режима работы источника питания оборудования, сопротивлений цепи. Отклонения напряжения не всегда находятся в интервалах допустимых значений.
Согласно ГОСТ 13109–97 «Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения» напряжение в российской электрической сети не должно выходить за рамки диапазона ±10% от ее номинального напряжения 220 В. ГОСТ 13109–97 регламентирует нормальное и предельное отклонения напряжения:
| Напряжение сети, кВ | Нормальное отклонение, % | Предельное отклонение, % |
|---|---|---|
| До 1 | 5 | 10 |
| 6-20 | - | 10 |
Значения отклонений при нормальном режиме работы электрической сети не должны выходить за пределы максимальных значений, при этом в течение не менее 95% времени каждых суток значения должны не выходить за пределы нормальных значений.
Нормальное отклонение от номинальной частоты Δf допускается в пределах ±0,2 Гц, а предельное отклонение – ±0,4 Гц. Форма колебаний напряжения должна быть синусоидальной с максимальным коэффициентом искажения до 12%. Но, к сожалению, данные требования, как правило, не соблюдаются. Наиболее характерным для России является следующее: повышенное или пониженное напряжение, кратковременные или длительные пропадания напряжения, кратковременные выбросы высокого напряжения (импульсные помехи), постоянные радиопомехи и т. д. Причинами этого являются:
- потери напряжения, вызываемые токами нагрузки, которые протекают по элементам электросети;
- неправильный выбор сечений токоведущих элементов – электрических кабелей;
- неправильно построенные схемы электросети в помещение, где установлено оборудование.
Влияние перепадов напряжения электросети на качество работы современного оборудования.
Изменение напряжения электрической сети вызывают изменения технических и экономических показателей работы электрических приборов. Снижение частоты электрического тока на 1% увеличивает потери электроэнергии на 2%. Частота вращения асинхронного электродвигателя пропорциональна изменению частоты сети, а производительность технологического оборудования зависит от частоты вращения двигателя. Значительное повышение частоты электрического тока в электрической сети может привести к повреждению оборудования. Пониженная частота в электрической сети влияет на срок службы оборудования, содержащего элементы со сталью, за счет увеличения тока намагничивания в таких аппаратах и дополнительного нагрева стальных элементов, как то: электродвигатели, трансформаторы.
В современных автоматических станках для обработки очковых линз электродвигатель подключен к сети через специальный блок управления – инвертор, который чувствителен к перепадам напряжения. Блок питания имеет обратную связь с центральным процессором станка, и в случаях перепада напряжения он передает сигнал об ошибке. При изменении входного напряжения более чем на 10% существенно возрастает сила тока. Например, инвертор, управляющий электромотором мощностью 600 Вт, при напряжении в электросети 220 В потребляет 2,7 А. Так как входные параметры инвертора ограничены допуском 10%, то при снижении напряжения, например, на 15% сила тока, потребляемого инвертором, должна возрасти до 3,2 А. Это превышает заданные возможности работы инвертора в два раза и приводит к его поломке, так как он не рассчитан на такую нагрузку, даже при кратковременном падении напряжения (на несколько миллисекунд).
При снижении напряжения сила тока, потребляемого от сети, увеличивается, что влечет разогрев обмоток электродвигателя и сокращение срока его службы. При длительной работе с пониженным на 10% напряжением срок службы электродвигателя снижается вдвое. При повышении напряжения на 1% увеличивается потребляемая электродвигателем реактивная мощность и на 3–7% снижается эффективность работы приводов. Это, в свою очередь может приводить к следующим сообщениям на мониторе станка или сбоям в работе.
- сообщение об ошибке (ERROR) или (WARNING);
- остановка или сбой цикла обработки очковой линзы;
- неправильное расположение V-образного фацета или паза под леску (внутреннего фацета) на торцевой части очковой линзы;
- выгоранию элементов и повреждение механических узлов.
Контроль за отклонениями напряжения электросети проводится тремя способами:
- по уровню (осуществляется путем сравнения реальных отклонений напряжения с допустимыми значениями);
- по месту в электрической системе (ведется в определенных точках сети, например в начале или конце электрической линии);
- по длительности существования отклонения напряжения.
Для выполнения контроля используются специальные регистраторы, предназначенные для измерения и регистрации показателей качества электрической энергии и оценки их соответствия нормам. Регистратор обеспечивает измерение и регистрацию на карте памяти следующих характеристик:
- установившееся значение отклонения напряжения основной частоты;
- установившееся значение отклонения частоты переменного тока;
- коэффициент n-й гармонической составляющей напряжения;
- коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения;
- глубина и длительность провала напряжения;
- коэффициент и длительность временного перенапряжения.
На основании данных, записанных регистратором на карту памяти, осуществляется оценка соответствия ПКЭ установленным нормам с вычислением:
- верхних и нижних значений ПКЭ за сутки (интервал);
- относительного времени выхода за нормально и предельно допустимые значения ПКЭ за сутки (интервал);
- наибольших и наименьших значений ПКЭ за сутки (интервал).
Использование регистраторов качества электрической энергии позволяет решить следующие задачи:
- мониторинг проблем с электроснабжением в отдельно взятом помещении;
- формирование доказательной базы при разрешении (в судебном или досудебном порядке) конфликтов между энергосбытовыми организациями и потребителями электроэнергии;
- проведение внутренних проверок и выяснение источника ухудшения качества электроэнергии в помещениях с большим количеством потребителей;
- разрешение вопросов с гарантийным ремонтом современного автоматического оборудования.
На рис. 1 представлены результаты замеров напряжения, на основании которых можно сделать вывод о том, что наблюдается превышение напряжения на 6,5% от номинально допустимого, составляющего 220 В, при норме ±5%. Но при этом не отмечается превышения предельно допустимых отклонений, составляющие ±10%.
Рис. 1. Результаты замеров отклонений напряжения электросети
Приборы для стабилизации напряжения электросети в салоне оптики.
Для решения проблем с повышенным или пониженным напряжением необходимо использовать современные электронные стабилизаторы напряжения. Не стоит путать стабилизатор напряжения и источник бесперебойного питания (ИБП). Стабилизатор – это специальный электронный прибор, позволяющий получить стабильное напряжение при широком интервале входных напряжений. Что касается источников бесперебойного питания, то их существует два типа: BACK и SMART. ИБП типа BACK позволяют справиться с проблемами напряжения только при кратковременном падения напряжения. Но при этом они не могут работать с реактивной нагрузкой, которая характерна для электродвигателей привода шлифовальных кругов. ИБП типа SMART, в свою очередь, делятся тоже на две группы: способные работать с высокоточным оборудованием с реактивной нагрузкой и неспособные это делать. Также необходимо учитывать, что мощность ИБП типа SMART должна вдвое превышать потребляемую оборудованием мощность.
Среди электронных стабилизаторов напряжения с положительной стороны зарекомендовали себя приборы российского производитель компании «Штиль» серии ИнСТАБ, относящиеся к электронным инверторным стабилизаторам и, в отличие от более дешевых электромеханических, не включающие в себя подвижные элементы. Это позволяет им быть бесшумными и иметь высокую износостойкость, что удовлетворяет требованиям МСанПИН 001–96, предъявляемым к характеристикам бытовой техники и ПЭВМ. Допустимо их круглосуточное использование для обеспечения стабилизированным напряжением автоматического оборудования. Для таких стабилизаторов характерны следующие параметры: точность стабилизации – до 1 %, диапазон стабилизации выходного напряжения – до 50%, скорость обработки управляющих сигналов 0,1 м/с.
Очень часто для стабилизации напряжения используются недорогие стабилизаторы, в описании которых сообщено, что они электронные; речь идет, например, о таких стабилизаторах, «Ресанта» или «Штиль» серии R. Диапазон выходного напряжения (точность стабилизации) у них составляет ±(6–8)%, что незначительно, но все же превышает номинально допустимое значение 5%. Помимо этого у них низкая скорость срабатывания при скачках или падении напряжения. Поэтому мы не рекомендуем подключать к электрической сети автоматические станки для обработки линз через данные стабилизаторы.
При периодических отключениях подачи электроэнергии на продолжительное время вместе с автоматическими станками целесообразно использовать источники бесперебойного питания типа SMART. По своей сути данный ИПБ является cиcтeмой peзepвнoгo питaния и имeeт форму напряжения в видe чиcтoгo cинуca (форму выходного сигнала /колебаний напряжения – чистый синус), что положительно сказывается на работе подключенного к нему высокоточного оборудования. Точность стабилизации составляет 5%. Еще одним немаловажным преимуществом использования источников бесперебойного питания типа SMART является их полная автономность. К стабилизатору можно подсоединить от 2 до 8 cпeциaльных 12-вoльтoвых aккумулятopов. Продолжительность работы с двумя аккумуляторами емкостью 100 А/ч составляет 40–50 мин, а с восемью – до 5 ч.
Затраты на подобное оборудование значительно ниже тех затрат, которые может понести организация, используя технологическое оборудование с нарушением правил его эксплуатации. Игнорирование рекомендаций производителя и его представителей приводит к браку линз, поломке и снижению срока службы оборудования, нарушению сроков изготовления заказов, дополнительным расходам на обслуживание и ремонт оборудования. Своевременное выполнение рекомендаций и установка специальных дополнительных приборов защиты с первых минут работы оборудования – залог его успешной работы и спокойствия как всех сотрудников салона оптики, так и их клиентов.
