Feszültségingadozás és pillanatnyi áramkimaradás: Milyen károkat okoz és hogyan védekezzünk?

Elegendő akár egy pillanatnyi áramkimaradás, vagy frekvencia ingadozás és az erre érzékeny gépek leállhatnak, munkafázisok szakadhatnak meg, vagy adat veszhet el. Ha ezek komoly gazdasági kárral járnak, akkor van szükség áram kondicionálásra, szünetmentes áramellátásra.

Hol kritikus a feszültségingadozás

A számítógépekről köztudott, hogy védeni kell őket a hálózati problémákkal szemben. Ugyanígy kézenfekvő a távközlés zavarmentes tápigénye is. A két terület összeolvadása ezt még egyértelműbbé teszi.

Az egyre nagyobb mértékű automatizálás következtében a mai és még inkább a jövőorientált gyártási folyamatok megbízható és minőségi áramellátást igényelnek.

A speciális gyártási folyamatok érzékenyek lehetnek az áramellátási minőség ingadozására. Egyértelműen védeni kell azokat a folyamatokat, ahol az ellátási-minőség ingadozása súlyos kieséseket és/vagy komoly következmény, károkat okoz.

Érzékeny folyamatok lehetnek:

• Számítástechnika, adatközpont
• Távközlés, adatkommunikáció
• TV, Rádió, műsorszórás
• Elektronikai alkatrész és chip-gyártás
• Speciális elektronika és gép-gyártás
• Műszál és fóliagyártás
• Nyomdaipar
• Élelmiszeripari folyamatok
• Gyógyszergyártás, vegyipar

Az áramellátás nem kielégítő minősége veszteséget, illetve többletköltséget okoz. Ezek végső soron közvetlenül a cég eredményességét, nyereségét csökkentik.

Nézzük csak, milyen veszteségek keletkezhetnek:

• Szolgáltatás-, termeléskiesés
• Kártérítések, Selejttermelés
• Just-in-Time kötelezettségek elmulasztásából adódó terhek
• Adatvesztés, kommunikációs veszteség
• Termelés szüneteltetése (tisztítás, újraindítás miatt)
• Termelő berendezés meghibásodása
• A biztonság, a működő-képesség csökkenése, elvesztése
• Image és piacvesztések
• Életveszély

Az egyes veszteségek szétszórtan, a szervezeti rendszer különböző kompetencia helyein keletkeznek. Ennek következtében a teljes veszteségtömeget a felhasználó gyakran nem ismeri. Érdemes tehát a cég profit oldaláról elemezni a kérdést, és mindent számításba venni, amikor arról döntünk, hogy milyen tápegységet vegyünk.

A feszültségingadozás és hálózati zavarok fő okai

Áram kondicionálásra zavarok esetén van szükség, amelyek közül megkülönböztetünk külső, az áramszolgáltató oldalán keletkezett és belső, a fogyasztói oldalon kialakult zavarokat. Mindkettő bekövetkezése még a legnagyobb elővigyázatosság mellett is csak idő kérdése.

Külső zavarok

Az áramszolgáltató a rendszer adottságaiból kifolyólag nem tudja garantálni a zavarmentes, egyenletes áramellátás. A frekvencia ingadozását és az áramkimaradásokat – amelyek lehetnek akár csak milliszekundum hosszúak is –, külső zavarnak nevezzük.

Modern kockázati tényezőként ma már számolni kell a megújuló energiaforrások (nap- és szélerőművek) időjárásfüggő termeléséből adódó hálózati ingadozásokkal is.

Nemcsak a tartós feszültségesés okozhat gondot, hanem a milliszekundum ezredrészéig tartó, de rendkívül nagy feszültségű tüskék (tranziensek) is. Ezeket okozhatja egy távoli villámcsapás, vagy akár egy nagy teljesítményű gép ki-bekapcsolása a szomszédos üzemcsarnokban. Ezek a tüskék azonnal, figyelmeztetés nélkül tehetik tönkre a félvezető áramköröket.

Általánosan a zavarok az alábbiak lehetnek:

• Rövid és hosszú kimaradások
• Feszültség ingadozás
• Feszültség betörések
• Feszültség tüskék
• Túlfeszültségek
• Torzítás, felharmonikusok
• Flicker
• Frekvenciaingadozás

Feszültség kimaradás statisztika

A tapasztalatok azt mutatják, hogy a hosszú, több órás kimaradások ritkák. A rövid kimaradások előfordulása éves szinten azonban akár több száz is lehet, ez erősen függ az ellátó hálózat kialakításától.

Miért nem elég a „szabványos” áram?

Sokan nem tudják, hogy az áramszolgáltatók az MSZ EN 50160 szabvány szerint szolgáltatnak. Ez a szabvány megengedi a névleges feszültségtől való ±10%-os eltérést is huzamosabb ideig.

Ez a gyakorlatban azt jelenti, hogy a konnektorban a 230 V helyett a 207 és 253 V közötti érték még „szabványosnak” minősül.

A probléma: A modern, érzékeny IT eszközök, orvosi műszerek és vezérlések tűréshatára ennél sokkal szűkebb – gyakran csak ±3–5%. Így előfordulhat az a paradox helyzet, hogy a szolgáltató jogilag hibátlan áramot ad, az Ön berendezése mégis leáll vagy meghibásodik a feszültségingadozás miatt.

Belső zavarok

Legalább olyan veszélyesek, mint a külső zavarok, mégis gyakran ezzel a tényezővel nem számolnak, pedig igen komoly veszélyforrás. Adódhat a belső fogyasztói hálózat helytelen kialakításából vagy elhanyagolásából, valamint a fogyasztók maguk is előidézhetnek nem kívánt zavarokat.

A belső zavarok gyakran tovagyűrűznek. A feszültségingadozás harmonikus torzítást vihet vissza a hálózatba, így egy nagy teljesítményű gép hibája vagy indítása a telephelyen lévő másik, teljesen hibátlan berendezés működésében is zavart, minőségromlást okozhat.

Nem csak a leállás a veszély: a „néma gyilkosok” is

Sokan csak akkor gondolnak az áramellátás védelmére, amikor a gépek már leálltak. A feszültségingadozás (voltage fluctuation) azonban sokkal alattomosabb fizikai károkat is okozhatnak, amelyek nem azonnal jelentkeznek:

• Hardveres túlmelegedés (Overheating): A névlegestől eltérő feszültség miatt az áramkörök és motorok hőtermelése megnő. Ez az állandó hőterhelés tönkreteszi a szigeteléseket, és az érzékeny elektronikai alkatrészek, szerverek vagy precíziós műszerek maradandó károsodását okozza.
• Idő előtti elöregedés (Shortened lifespan): A folyamatos feszültség-stressz drasztikusan felgyorsítja az alkatrészek kopását. Egy 10 évre tervezett vezérlőegység instabil hálózaton feleannyi idő alatt tönkremehet, ami váratlan és költséges cserékhez vezet.
• Rejtett működési hibák: Még ha a rendszer nem is áll le, a villódzó fények vagy a bizonytalan feszültség (flickering) írási/olvasási hibákat, rendszerfagyást okozhatnak, ami lassítja a termelést.

Hatékony védelem áramkimaradás és ingadozás ellen

A zavarkárok elhárítására számtalan megoldás használható. Nem feltétlen kell drága berendezést választani ott, ahol műszakilag egyszerűbb megoldás is megfelelő eredményt ad. A két véglet – a drága és túlzó illetve az olcsó de elégtelen – között kell megtalálni a megoldást arra, hogy milyen tápegységet vegyünk.

Ritkán bizonyul elegendőnek az áramszolgáltató által végzett beavatkozás a külső hálózaton, vagy a saját belső hálózat átrendezése, felújítása. Ha ténylegesen prémium ellátásra van szükség, akkor további megoldások kellenek.

Hosszú kimaradások ellen javasolt a hálózat-pótló aggregát alkalmazása a rendszerben. Az érzékeny fogyasztók védelmét szünetmentes áramellátó berendezéssel javasolt megoldani. A torzítások, felharmonikusok ellen védekezhetünk passzív vagy aktív szűrőkkel, vagy a torzítást okozó fogyasztók szeparálásával. Túlfeszültségek ellen túlfeszültség védelmet kell alkalmazni.

Többféle megoldás kombinált használatával költség-hatékony eredményt érhetünk el. Szakértőink segítenek a legjobb megoldás kiválasztásában. Szakértőink segítenek a legjobb megoldás megtalálásában és választásban, hogy milyen tápegységet vegyen a hatékony működés érdekében.

A szünetmentes áramellátás többszintű védelmet kínál. A védelmi szintek szempontjából megkülönböztetünk belső és külső védelmi szintet. A belső szint alatt az UPS saját topológiáját és tulajdonságait (kimenet jellemzőinek függését az hálózati táplálástól, a létrehozott kimeneti feszültség jelalakját és az UPS dinamikus viselkedését) értjük, míg a külsőn a létrehozott rendszerből (a redundanciák képzéséből, az áramellátó rendszer teljes felépítéséből és az UPS környezetéből) adódó védelmi tulajdonságokat.

Milyen védelmet nyújt egy ipari szünetmentes tápegység (UPS)?

Mindegyik ipari szünetmentes tápegység, védelmet nyújt, de nem mindegyik UPS nyújtja az adott rendszer számára a leginkább szükséges védelmet!

Magán az ipari szünetmentes tápegységen túl nagyon fontos a rendszertechnika, a redundanciák képzése, az áramellátó rendszer teljes felépítése és az UPS környezete.

Gyakori hiányosság a közös hibapontok és a soros hibaforrások felderítetlensége, figyelmen kívül hagyása. Az ilyen hiba eredménye a drága, látszólag komoly rendszer, amely éppen a kritikus helyzetben nem ad kellő védelmet.

Bypass-szal ellátott szünetmentes tápegység kapcsolási rajza

A rendszerek kialakítását mindenkor összhangba kell hozni a védelmi és a fogyasztói rendszer követelményeivel. Eligazíthat ebben például az Uptime Institute által megalkotott TIER osztályozás (a számító központ infrastruktúrák megbízhatósági osztályba sorolása).

A kritikus pillanat

Ipari környezetben kritikus pillanat, amikor egy áramszünet után a hálózat „visszatér”. Ha ilyenkor minden berendezés egyszerre próbál újraindulni, az olyan mértékű indítási áramlökést (inrush current) eredményezhet, ami azonnal újra levágja a biztosítékokat, másodlagos leállást okozva.

Egy megfelelően méretezett UPS vagy áramkondicionáló rendszer képes ezt a terhelést tompítani, vagy lehetővé teszi a rendszerek lépcsőzetes, biztonságos visszakapcsolását.

Hosszabb áramkimaradás

Az UPS-eket általában rövid áram kimaradásra áthidalására tervezik. Hosszabb kimaradások esetében gazdaságos lehet egy hálózat-pótló generátor alkalmazása a rendszerben. Az érzékeny fogyasztók védelmét azonban ebben az esetben is szünetmentes áramellátó berendezéssel javasolt megoldani. A generátor nem tudja átvenni az UPS szerepét, csak kiegészíti azt.

Így válasszon megfelelő áramellátó rendszert: Tervezési szempontok

Műszaki elemzés

Meg kell vizsgálni a meglévő rendszer paramétereit és ahhoz igazítani az UPS igényt. Minden esetben elemezni kell a megoldások esetleges gyenge pontjait. Ezzel elkerülhetjük a felesleges költségeket és ami még fontosabb, a látszatmegoldásokat.

Az UPS-ek esetén az alábbi paramétereket kell mérlegelni:

• hálózati visszahatás, szinuszos hálózati áramfelvétel,
• hatásfok,
• kimeneti teljesítmény,
• kapacitív terhelhetőség,
• akkumulátorkímélő, intelligens akkumulátor kezelés,
• súly és méretek,
• EMC besorolás,
• kommunikációs lehetőségek.

Gazdasági, kár- és rizikó elemzés

Az áram kondicionálás mindig gazdasági kérdés. Ha az áramkimaradás nem okoz gazdasági hátrányt, akkor nincs szükség rá, ha igen, akkor viszont elengedhetetlen.

Kevesen számolnak vele, de a rossz minőségű áramellátás növeli a villanyszámlát. Az instabil feszültségen üzemelő berendezések hatásfoka romlik: a kompenzálás érdekében többletáramot vesznek fel, vagyis a „szennyezett” áramért ugyanannyit fizet, miközben gépei rosszabbul teljesítenek.

Az UPS telepítése előtt minden esetben kár- és rizikóelemzést kell végezni, amelynek alapján megállapítható, hogy mi ellen kell védelmet nyújtania a rendszernek, és ez milyen költséget érhet meg az adott vállalkozásnak.

TCO elemzés

A költségelemzésre akkor kapunk valós képet, ha azt a teljes élettartamra vetítve végezzük el. A TCO (Total Cost of Ownership = teljes tulajdonlási költség) elemzéssel például a tervezett beruházási alternatívák egy adott időszakra vonatkozó összes költsége hasonlítható össze.

Ezáltal elkerülhetjük a költségcsapdákat. Például a bekerülési költsége egy terméknek alacsony, de a magas üzemeltetési és karbantartási költsége miatt végül többe kerül, mint egy drágábban beszerezhető, de költséghatékonyabban üzemeltethető berendezés.

A TCO-elemzés nagymértékben megkönnyíti a különböző termékek közti választást.

Ipari áramellátási és védelmi megoldások a Balmextől

A Balmexnél több mint negyedévszázados tapasztalattal rendelkezünk szünetmentes áramellátásban és áram kondicionálásban.

Segítünk a legmegfelelőbb rendszer kiválasztásában, amivel elkerülhetők a látszatmegoldások, a kellemetlen meglepetések, illetve az is, hogy fölöslegesen sokat költsön egy olyan rendszerre, amire valójában nincs szüksége.

Tekintse meg referenciáinkat, akár az ipari áramellátás, az IT vagy a kritikus infrastruktúra területén. Ha további kérdése van, keresse szakembereinket.