Промышленность – технически самая совершенная отрасль материального производства....

uk.wikipedia.org

Специалистам давно известно, что организация систем электроснабжения является важным и приоритетным фактором успешной работы промышленного предприятия в целом.

Цель, которая ставится при создании системы энергоснабжения промышленных предприятий – обеспечение внутренних потребителей электроэнергией надлежащего качества с допустимыми показателями надежности.

Почему же с допустимыми, а не с лучшими? Здесь следует понять, что целью функционирования большинства организаций, в том числе и промышленных предприятий, является получение материальной выгоды, которая вычисляется как доходы за вычетом затрат. Повышение прибыли может быть достигнуто как за счет увеличения доходов, так и за счет снижения расходов, желательно без ущерба качеству продукции. Поэтому к системам энергообеспечения предъявляются точно такие же требования, как и ко всем системам предприятия - быть надежными и эффективно-экономичными.

Для правильного проектирования систем электроснабжения нужно понимать, какие группы потребителей и с какой требуемой надежностью энергообеспечение есть на промпроизводстве (также употребляется термин «приемники»).

Их делят на первую, вторую и третью группу и особую категорию (в рамках первой группы).

Первая категория

Согласно определению, к первой категории электроснабжения относятся наиболее важные потребители, перерыв в электроснабжении которых может привести к несчастным случаям, крупным авариям, и может привести к большому материальному ущербу из-за выхода из строя целых комплексов оборудования, взаимосвязанных систем.

Весь список потребителей первой группы, с полным перечнем объектов стратегического назначения находится на официальных информационных государственных ресурсах (этот список периодически изменяется).

Снижение требований надежности для объектов этой группы объектов не допускается, а перенос их во вторую группу происходит нечасто – если такое и случается, то это, как правило, связано либо с появлением резервирования объекта, либо в связи с изменением статуса предприятия (процедура проводится под наблюдением контролирующих органов с предварительным анализом возможных последствий).

Напротив, повышение требований к надежности может инициировать менеджмент коммерческих предприятий, если перерыв в электроснабжении приводит к убыткам или недополучению прибыли. Но это уже будет их решение (как правило, экономически обоснованное), а не требование регулирующих органов.

Для потребителей первой категории надежности перерыв в электроснабжении допускается только при переключении автоматического ввода резерва (АВР). При этом электроснабжение должно производиться от двух независимых источников питания. Независимым источником питания является источник, на котором сохраняется напряжение при исчезновении его на другом или других источниках питания.

В рамках категории №1 выделяется ОСОБАЯ ГРУППА потребителей, бесперебойная работа которых необходима для безаварийной остановки производства с целью предотвращения угрозы жизни людей, взрывов, пожаров и повреждений.

Для особой группы должен быть предусмотрен ТРЕТИЙ, независимый, источник питания.

Данное решение должно обеспечивать как перевод его в «горячий» резерв при отказе одного из основных источников питания, так и автоматическое переключение на него при исчезновении напряжения на двух основных источниках. В качестве третьих источников питания могут быть использованы резервные электростанции (ДГУ), системы бесперебойного электропитания и т.п. Повторимся, что основное предназначение третьего, независимого, источника питания в данном случае – обеспечить безаварийную остановку производства.

Вторая категория

Потребители данной категории – это электроприемники, перерыв в питании которых приводит к значительному сбою выпуска продукции, массовым перерывам в работе сотрудников, нарушению нормального функционирования значительного количества крупных населенных пунктов или множеству небольших.

Вторая категория электроснабжения предполагает питание потребителей от двух независимых источников. При этом допускается перерыв в электроснабжении на время, в течение которого обслуживающий персонал в ручном или полуавтоматическом режиме выполнит необходимые переключения.

Электроприемники второй категории не требуют специального резервирования

Третья категория

Третья категория электроснабжения потребителей включает в себя всех потребителей, не вошедших в первые две категории.

Потребители третьей категории получают питание от одного источника питания. Перерыв в электроснабжении потребителей данной категории возможен – на время выполнения восстановительных работ.

Понимая, что реальное предприятие является достаточно сложным «организмом», нужно принять тот факт, что в его структуре могут присутствовать элементы всех категорий, подход к энергообеспечению которых внутри предприятия будет строится по такому принципу - при исчезновении (а иногда и при риске исчезновения ) напряжения, в первую очередь на резервные системы энергообеспечения переводится оборудование первой и второй категории, а третья выводится из эксплуатации, потом «гасится» вторая категория. Все делается для того, чтобы максимально долго поддерживать работоспособность (или возможность корректного выключения) подсистем первой категории. В ИБП Riello такой алгоритм может быть реализован как на программном, так и на аппаратном уровне (функция EnergyShare).

 Основные принципы построения надежных систем электроснабжения выражаются в классическом подходе – снижении количества последовательных элементов с повышением количества параллельных.

Одним из признаков правильного проектирования является отсутствие «холодных», неработающих резервных систем (хотя при первичной оценке их наличие может выглядеть экономически более целесообразным). Исключение составляют ДГУ, где проводятся плановые периодические испытания работоспособности. То есть всем элементам системы электроснабжения предприятия при работе в нормальном режиме полезно находиться под нагрузкой, даже минимальной.

Другими, «золотыми» принципами проектирования промышленных систем электроснабжения являются:

  • простота – там, где можно избежать сложных схем надо пытаться сделать это
  • возможность масштабирования и модернизации
  • адаптивность к изменению характеристик нагрузки и питающей сети.
  • безопасность для человека и окружающей среды.

Отдельно хочется обратить внимание на текущее состояние сетей электроснабжения – оно оставляет желать лучшего на данный момент и вряд ли эта ситуация изменится в ближайшем будущем, по крайней мере в перспективе нескольких лет.

Учитывая это, можно спрогнозировать что руководству предприятий и дальше придется реализовывать дополнительные меры, повышающие надежность (а там, где необходимо и непрерывность) производственных процессов не рассчитывая на 100% надежность поставщиков электроэнергии в вопросах качества и непрерывности предоставляемых ими услуг. Экстремальные погодные условия также вносят свою лепту – «В Украине из-за непогоды обесточено ХХ населенных пунктов» – такие сообщения стали «обычным» явлением».

Основными потребителями электроэнергии на современном предприятии являются:

  • Производственные линии
  • Автоматизированные системы управления, контроля и мониторинга (в перспективе IoT)
  • Фронт и бэк-офис с бухгалтерией, складским учетом и необходимым ПО для обмена и обработки информации
  • Видеонаблюдение и охранные комплексы, включая СКД, пожарную сигнализацию, системы связи и оповещения
  • Освещение, охлаждение, обогрев и вентиляция
  • Лифтовое и другое силовое оборудование

Все эти системы необходимо рассматривать в комплексе с выстраиванием приоритета в соответствии со специализацией. Например, система вентиляции на химическом предприятии играет более важную роль, чем в логистическом комплексе, а система поддержания температуры и влажности – одна из важнейших для пищевой промышленности.

Как правило, ИБП для предприятий приходится эксплуатировать в условиях, которые были спроектированы для оптимального функционирования основного оборудования (станки, автоматические линии и др.).

Поэтому требования к электропитанию, предъявляемые производителями «основного» оборудования предприятия автоматически переносятся на ИБП, а размещать его приходится, учитывая условия в которых размещается основное оборудование. Более того, с помощью ИБП организации пытаются устранить те проблемы в подключении и работе основного оборудования, которые не получилось решить другими штатными средствами.

На что следует обращать внимание при выборе ИБП на предприятии.

  • Считается, что электрическое оборудование на предприятиях обычно мощное, часто с большими пусковыми токами, его влияние на сеть питания может быть значительным.
  • ИБП должен быть устойчив к воздействию окружающей среды и/или иметь соответствующую защиту.
  • ИБП не должен создавать помехи в сети, которые могут отрицательно повлиять на работу другого оборудования
  • Необходимо учитывать тип заземления электросети предприятия (TN-C, TN-S и др.)

Классическая структурная схема системы гарантированного электропитания промышленных предприятий, можно сказать, одна из ее "максимальных версий" представлена на рисунке ниже.

Следует обратить внимание, что для бесперебойного питания разного оборудования могут применяться ИБП разного (оптимального для соответствующего потребителям) типа.

Industry scheme RUS

Условные обозначения:

ДГУ - Дизель-генераторная установка

АВР - автомат ввода резерва

РЩ - Распределительный щит

РЩ ДП - Распределительный щит гарантированного питания

ИБП – Источник бесперебойного питания

Ближайшее будущее промышленных предприятий, а для многих уже и настоящее – это роботизация.

Роботизация простыми словами – это с одной стороны дорогие машины, с другой стороны непрерывный и высокоточный процесс. Внезапное прекращение питания, провалы или скачки напряжения, низкое его качество не только нежелательны, а просто недопустимы.

В данном случае резервирование высококачественными, разработанными для использования в промышленности, ИБП – стандарт, а не желание или прихоть.

Интернет вещей (IoT, также Internet of Everything (IoE)) в разрезе применения в производстве пока не слишком часто встречаемая ситуация, но это только пока )).

Технологичность производства, его рентабельность (произвести больше товаров с меньшими затратами) всегда были значимыми для промышленности, но сейчас стали жизненно необходимым приоритетом для желающих сохранить позиции предприятий или просто выжить на современном высоко конкурентном рынке.

И хотя системы IoT пока не являются стандартом, это «пока» очень быстро перерастет как минимум в осознанную необходимость для выживания в условиях жесткой конкуренции, а в перспективе станет основной стабильного прибыльного бизнеса. Поэтому интерес к таким системам все больше и больше обрастает «монетизацией» – осознанной обоснованностью необходимости их применения. Речь не столько о рекламно-ориентированном (ради хайпа) применении. Речь о постоянном контроле всех элементов, для того чтобы:

  • иметь инструмент анализа возможности дальнейшей оптимизации, чтобы быть на шаг впереди конкурентов
  • иметь возможность прогнозирования реакции на будущие изменения, как увеличение нагрузки на производство, или на объективный износ оборудования, или изменение конъюнктуры спроса и т.д.
  • оперативно и интеллектуально (что более важно) реагировать на сбои в элементах производственной цепи.

Для IoT на производстве требуется высоконадежная система гарантированного электропитания с резервированием компонентов – об этом с учетом вышесказанного не стоит дополнительно много писать.

Говоря простыми словами: Данные о том как работает оборудование, сколько времени выполнялась операция конкретным исполнителем (или человеком, или роботом), сколько израсходовано материала, сколько готовой продукции на складе, объем комплектующих и др., а также сколько израсходовано электроэнергии на той или иной производственную цепь (может ее стоит модернизировать, отремонтировать или поменять), или какие есть выбросы в атмосферу при производстве конкретного вида продукции – все это полезная для предприятий информация, которая в реалиях существующего мира не может собираться по старинке или быть «высосаной из пальца». А что говорить, если предприятие является только отдельной цепочкой производства концерна?

Информация IoT, полученная от всех предприятий концерна, становится на «вес золота».

Все это также справедливо для "цепочки" смежных предприятий, или как модно сейчас говорить – экосистемы. Когда системы считывания и анализа информации во всех элементах конкретного производства кроме влияния на операционную и стратегическую деятельность этого же предприятия объединены совместной аналитикой со смежными отраслевыми предприятиями или дополнительно используют данные из посторонних источников - будь то информация о рыночной (о конкурентах) стоимости профильной продукции , ее объеме производства, тенденции, или, например, информация об изменениях тарифов на энергоносители, налоги, квоты и многое другое - то роль гарантированного энергообеспечения работы такой системы сбора информации возрастает многократно.

Подводя итог, можно сказать – важность систем гарантированного электропитания будет только возрастать. 

Потребность в них не иссякнет ни в ближайшем, ни в далеком будущем. 

И чем раньше менеджмент и владельцы промышленных предприятий осознают и начнут держаться в русле этих тенденций, тем более долгое и успешное будущее будет обеспечено их бизнесу.