Minimalizowanie zagrożeń w szafach rozdzielczych

Źródło: Eaton

Nadmierne temperatury stanowią poważne zagrożenie dla rozdzielnic. Po pierwsze stwarzają zagrożenie dla osób znajdujących się w ich pobliżu. Po drugie w przypadku usterki mogą powodować przerwy w pracy. W procesach przemysłowych, centrach przetwarzania danych lub budynkach komercyjnych w szczególności, takie przerwy mogą się wiązać z ogromnymi kosztami. W celu zminimalizowania tego ryzyka można zastosować nowoczesny system diagnostyczny, pozwalający na monitorowanie temperatury w obszarach krytycznych rozdzielnicy w sposób ciągły i skuteczny.

Główne urządzenia dystrybucyjne niskiego napięcia odgrywają zasadniczą rolę w dostarczaniu energii elektrycznej. Przeważnie użytkownik oczekuje niezawodnej pracy i żywotności urządzeń przez kilka dekad. Nawet jeśli urządzenia są zaplanowane, konstruowane i testowane zgodnie z odpowiednią wersją normy IEC 61439, w rzeczywistości przewidywalne warunki mogą nie pozostawać takie same przez cały okres ich użytkowania: wymagania mogą się zmieniać, można rozbudowywać lub zmieniać okoliczności konstrukcyjne związane z dodatkowymi instalacjami. Może to oznaczać, że aparatura będzie przeciążona niedopuszczalnym wzrostem temperatury, stwarzając zagrożenie dla bezpieczeństwa osób i sprzętu.

Przez główny obwód rozdzielnicy może przepływać aż do kilku tysięcy amperów. Przeciążone szyny zbiorcze, połączenia w obwodzie głównym, które nie są ustawione na odpowiedni moment obrotowy lub mają zablokowane otwory wentylacyjne, mogą się przyczyniać do powstania miejsc o niedopuszczalnie wysokich temperaturach. Wszystkie te czynniki mogą również stopniowo wpływać na właściwości izolacyjne. Ma to wpływ na wytrzymałość mechaniczną oraz rezystencje połączeń i tym samym zmniejsza wydajność urządzenia. Efekt ten jest często związany z faktem, że stopniowe zwiększanie zapotrzebowania na energię i starzenie się urządzeń dodatkowo zwiększa ryzyko awarii. Usterki urządzeń mogą powodować zwarcia łukowe, które mogą doprowadzić do pożaru lub eksplozji. Zwarcia łukowe niszczą urządzenia, uniemożliwiając im dalsze działanie.

Z tych wszystkich względów wykrywanie przeciążenia termicznego w odpowiednim czasie ma kluczowe znaczenie. Wykrywanie gorących miejsc jest obecnie możliwe dzięki standardowej metodzie termowizyjnej. Jednakże ta metoda zapewnia jedynie chwilową wartość pomiaru i nie dociera do wszystkich obszarów rozdzielnicy. To oznacza, że nie pokazuje ona połączeń za głównymi urządzeniami, głównymi szynami lub szynami zbiorczymi.

Fot. 1. Nadmierne temperatury w głównej jednostce niskiego napięcia stwarzają ryzyko, które musi zostać zminimalizowane. Źródło: Eaton

Bezprzewodowe, bezobsługowe i kompleksowe rozwiązanie monitorowania

Obecnie alternatywę stanowią nowoczesne systemy diagnostyczne. Tego typu systemy są w stanie stale monitorować temperaturę w krytycznych punktach, rejestrować trendy i komunikować się z systemem sterowania. W skład tego rozwiązania wchodzą: urządzenie sterujące (kontroler diagnostyczny), specjalne czujniki temperatury do monitorowania wszystkich szyn zbiorczych i punktów połączeń oraz uniwersalne czujniki temperatury do monitorowania wszystkich innych punktów pomiarowych. Wartości temperatury są przesyłane za pomocą sieci bezprzewodowej do sterownika. To sprawia, że instalacja jest szybka i łatwa, nawet w kilku obszarach. Oznacza to również, że obszar szyn zbiorczych pozostaje wolny od potencjalnych punktów zagrożenia, w przeciwieństwie do konwencjonalnych rozwiązań czujników z oprzewodowaniem.

Do głównego obszaru prądu wykorzystywany jest inteligentny blok funkcyjny obejmujący czujniki, które są po prostu umieszczone lub mocno przykręcone do szyn zasilających i zasilane niezależnie przez pole elektromagnetyczne szyn, co oznacza, że zewnętrzny zasilacz lub akumulator nie jest potrzebny. Taka koncepcja pozwala również na umieszczenie sprzętu w miejscach trudno dostępnych.

Z kolei w łatwo dostępnych miejscach mogą być dowolnie instalowane czujniki systemowe, które są przeznaczone głównie do rejestrowania pomiarów niedotyczących szyn zbiorczych, a także do przesyłania danych bezprzewodowo do sterownika.

Rys. 1. System zawiera urządzenie sterujące i różne czujniki, które bezprzewodowo przesyłają dane pomiarowe. Źródło: Eaton

Zoptymalizowane profile ostrzegania i alarmu

Wartości graniczne dla systemów rozdzielczych są przechowywane w kontrolerze, w tzw. mózgu systemu. Wartości te opierają się na obszernej bazie wiedzy systemu i są wynikiem analizy zachowania termicznego systemów w wielu testach i odwzorowania jej w operacjach matematycznych. Użytkownik korzysta z faktu, że odpowiedni profil ostrzegawczy i alarmowy umożliwia bezpieczną pracę urządzenia przez cały okres jego użytkowania, niezależnie od występujących usterek.

Centralny kontroler diagnostyczny jest wyposażony w model rozdzielnicy. Do konfiguracji urządzenia za pośrednictwem serwera FTP nie jest wymagana żadna znajomość programowania. Wszystkie czujniki temperatury są rejestrowane po uruchomieniu i monitorowane przez kontroler.

Dane pomiarowe są przechowywane bezpośrednio w kontrolerze diagnostycznym lub raportowane i analizowane za pośrednictwem serwera FTP. Serwer jest chroniony hasłem, aby mieć pewność, że tylko osoby upoważnione mogą uzyskać dostęp do danych na nim zawartych, a dane mogą być pobierane w formacie Excel oraz analizowane i archiwizowane zewnętrznie. Ze względu na krótki odstęp pomiarowy wynoszący 10 minut udostępnianych jest wiele danych, które są również przydatne do analizy trendów. W ten sposób system wspiera konserwację zapobiegawczą urządzeń.

W przypadku odchyleń od normy system generuje ostrzeżenie o trwającym błędzie lub wyzwala alarm, jeśli przekroczone zostaną określone wartości graniczne. Te powiadomienia są przesyłane do punktu kontrolnego, który może następnie naprawić błędy. Teoretycznie możliwe jest wyłączenie niezależnych od siebie części systemu. Dodatkowo tego rodzaju system dostarcza informacji na temat dokładnej lokalizacji usterek oraz porad, jak je naprawić.

Rys. 2. Wcześniejsze sytuacje krytyczne można rozpoznać przy użyciu analiz funkcji i trendów. Źródło: Eaton

Otwarty i rozbudowywany system

Fot. 2. Czujniki temperatury bezprzewodowo przesyłają dane do kontrolera co 10 min. Źródło: Eaton

W celu integracji z systemem zarządzania budynkiem interfejs kontrolera Modbus TCP zapewnia prosty sposób na przetwarzanie i analizowanie danych. Adres IP kontrolera jest przypisywany automatycznie przez serwer DHCP routera, ale można też przydzielić stały adres.

Powiadomienia na ogół pozostają w inteligentnym dzienniku zdarzeń kontrolera, dopóki przyczyna usterki nie zostanie usunięta i potwierdzona. Wyklucza to „ciche błędy”, które pojawiają się, a następnie same się naprawiają.

Korzystając z takich wartości jak różnica między temperaturą bieżącą a temperaturą graniczną, system diagnostyczny pomaga użytkownikowi zaplanować rozbudowę systemu – na przykład przez wskazanie, w jakim zakresie obecna przestrzeń może być wykorzystana w przyszłości. W celu monitorowania systemów rozdzielnic różnych producentów muszą być one poddane modelowaniu w kontrolerze, a kontroler musi być ręcznie skonfigurowany. W celu późniejszego montażu systemów rozdzielnic do systemów pochodzących od różnych producentów, należy najpierw ocenić ich strukturę i zaplanować rozmieszczenie czujników w już istniejącym systemie.

Ciągła kontrola temperatury stanowi idealną podstawę do zapewnienia przejrzystości rozdzielnicy, zwiększenia bezpieczeństwa, a tym samym zebrania ważnych informacji w celu zapobiegawczej konserwacji urządzeń. Aby zwiększyć bezpieczeństwo rozdzielnic, szczególnie w odniesieniu do ochrony personelu w przypadku zwarcia łukowego, zaleca się stosowanie aktywnego systemu ochrony.


Steffen Lobgesang – Field Product Manager oraz Lutz Graumann – Product Sales Support Manager pracują w firmie Eaton w Bonn.