Планирование энергоснабжения
Когда планируются системы электроснабжения завода по производству автомобилей, каждая отдельная проблема может быть решена различными способами: с помощью технических решений, которые имеют особые технические преимущества.
Проектирование первичного и вторичного распределения электроэнергии на автомобильных заводах (BMW, VW …)
Это означает, что необходимы как глубокое знание соответствующей промышленной технологии, так и всеобъемлющее ноу-хау в отношении рассматриваемого оборудования и систем.
Это ноу-хау будет подробно описано на основе планирования электроснабжения, связанного с процессом, для завода по производству автомобилей.
При планировании системы электропитания должны быть приняты решения в отношении проектирования энергосистемы, рейтингов и режима работы. Эти решения должны быть сосредоточены на конкретных требованиях к процессу в прессовом цехе, кузове, красящем цехе и окончательной сборке автомобилей.
Здесь будут продемонстрированы сетевые и технологические решения для оптимального выполнения требований, предъявляемых к электроснабжению завода по производству автомобилей.
Содержание:
- Требования к системе электропитания, установленной в процессе
- Оптимальная система питания и конфигурация установки
- Режим работы - среднее напряжение (MV)
- Режим работы - Низкое напряжение (LV)
- Зависимые от процесса особенности для разработки подсистем
- Пресс-магазин
- Кузовной магазин
- Магазин краски
- Финальная сборка автомобилей
- Резюме
1. Требования к системе электропитания, установленной в процессе
Технологический поток на заводе по производству автомобилей определяет требования к системе электроснабжения.
Должны соблюдаться следующие требования:
- Покрытие ориентированной на процесс потребности в мощности
- Обеспечение высокой степени безопасности поставок путем освоения принципа (n-1)
- Обеспечение высокого качества электроэнергии в соответствии с DIN EN 50160: 2000-03 (свойства напряжения питания) и DIN EN 61000-2-4 (VDE 0839, часть 2-4): 2003-05 (уровень электромагнитной совместимости)
- Обеспечение высокой степени безопасности для человека и техники при нормальных условиях эксплуатации, а также в условиях сбоя
- Высокая адаптивность к изменяющимся производственным процессам
- Снижение эксплуатационных расходов из-за низких затрат на техническое обслуживание и низких потерь мощности
- Простая оперативность и удобные для пользователя системы
На автомобильных заводах конфигурация сети, показанная на рисунке 1, доказала свою эффективность в отношении технически и экономически эффективного выполнения этих требований.
Рисунок 1 - Модельная сеть (110/20/6 / 0, 4 кВ) для обеспечения производственных процессов на автомобильном заводе (диаграмма для увеличения)
Вернуться к содержанию ↑
2. Оптимальная система питания и конфигурация установки
Электроснабжение производственных цехов на заводе по производству автомобилей распределяется с помощью систем среднего напряжения среднего напряжения.
Каждая система центра нагрузки МВ эксплуатируется в сочетании с низковольтной системой, созданной из силовых шин и систем магистральных шин (рис. 2 и 3). Эти высоковольтные шины и сборные шины заменяют типичную линейную сеть и ее основные и вспомогательные устройства, которые используются для поставки потребителей.
Испытанная в соответствии с DIN EN 61330 испытательная площадка для трансформаторной нагрузки, протестированная PEHLA (TS station), зарекомендовала себя как экономичный и безопасный элемент в распределенном источнике питания.
Рисунок 2 - Сеть центра нагрузки в сочетании с системой TN-CS, построенной из систем магистральных шин (нажмите, чтобы увеличить диаграмму)
Защита станций TS, оснащенных трансформаторами из литой смолы, обеспечивается комбинацией предохранителей нагрузки, которая оценивается и выбирается в соответствии с критериями, приведенными в МЭК 62271-105: 2002-08 или DIN EN 60420 (часть VDE 303): 1994-09.
Соответствующий стандарт для выбора высоковольтных предохранителей высокой разрыва (HV HRC-предохранителей) соответствует стандарту DIN VDE 0670-402 (VDE 0670 часть 402): 1998-05.
Вернуться к содержанию ↑
3. Режим работы - среднее напряжение (МВ)
Наиболее благоприятным режимом работы с точки зрения энергетики является среднее напряжение (МВ). Режим работы энергосистемы MV определяется типом подключения нейтральной точки.
Наиболее важными типами нейтральных точечных соединений в системах МВ в соответствии с DIN VDE 0101 (VDE 0101): 2000-01 являются:
- Изолированные нейтральные
- Компенсация замыкания на землю или резонансное нейтральное заземление (RESPE)
- Низкопрочное нейтральное заземление (NOSPE)
Существует общая тенденция к замене резонансного заземления нейтральной точки низкоомным нейтральным заземлением в кабельных сетях MV в автомобильной промышленности.
Для этой тенденции решающими являются следующие преимущества:
- (n-1) -резервуарная конструкция сети позволяет выборочное отключение 1-полюсных неисправностей
- Защитное отключение места повреждения выполняется без прерывания питания
- Четко определенные защитные трипсипы и изменения состояния переключения позволяют интегрировать автоматизацию питания
- Низкостойкая заземленная нейтральная работа (сопротивление) предотвращает высокие переходные долгосрочные рабочие перенапряжения
- Исключена опасность повреждения и двойных замыканий на землю.
- Короткое время отключения ограничивает последующие повреждения замыканий на землю в месте повреждения
Опыт эксплуатации, собранный в сетях NOSPE, используемых на заводах Volkswagen AG, Adam Opel AG и DaimlerChrysler AG, подтверждает преимущества низкоомного нейтрального заземления.
BMW AG является еще одним автомобильным производителем, который решил в пользу низкоомного нейтрального заземления 20-киловольтной силовой установки, которая будет установлена на их новом заводе в Лейпциге.
Вернуться к содержанию ↑
4. Режим работы - Низкое напряжение (LV)
Типы систем, подходящие для работы в качестве систем LV, определены в IEC 60364-1: 2001-08 или DIN VDE 0100-300 (VDE 0100, часть 300): 1996-01.
Что касается типа соединения с землей источника питания системы и типа подключения к земле проводящих частей в электрической потребительской системе, могут быть сделаны различия между системами ИТ, TT и TN.
Система TN является предпочтительным типом системы для подачи электроэнергии на автомобильные заводы. Для распределенных трансформаторных вводов (высокотоковая шина) система LV, соответствующая VDE, может быть спроектирована только как система TN-C с общим нейтральным и защитным проводником (проводник PEN).
Только на более низком уровне может быть построена система TN-S с отдельным нейтральным проводником (N-проводник) и защитным заземляющим проводом (PE-проводник).
Следовательно, системы LV для автомобильной промышленности до сих пор были разработаны исключительно как системы TN-CS.
На современном автомобилестроительном заводе также предъявляются повышенные требования к электромагнитной совместимости, чтобы предотвратить негативное воздействие на производственный процесс электромагнитными помехами систем связи и информационных технологий.
Рисунок 3 - Сеть центра нагрузки в сочетании с системой TN-S, построенной из систем магистральных шин (щелкните, чтобы развернуть диаграмму)
Соответствующая система электромагнитной совместимости ЭМС с постоянно обесточенным PE-проводником должна быть разработана как система TN-S. В системах с несколькими источниками питания система TN-S возможна только в том случае, если проводники PEN или отдельные цепи питания могут быть заземлены в центральной точке.
В настоящее время форма дизайна, представленная на рисунке 3, не подкрепляется национальными или международными стандартами. До тех пор пока действительный стандарт не будет принят, он несет ответственность за установщика коммутатора или оператора установки.
До сих пор только Adam Opel AG управлял системой LV с несколькими источниками питания в качестве системы TN-S.
Вернуться к содержанию ↑
5. Особенности, зависящие от процесса проектирования подсистем
5.1 Пресс-магазин
В прессовом цехе установлено большое количество приводных приводов для формования металлических листов в части кузова. Индивидуальная выходная мощность этих приводов относительно высока по сравнению с общей потребностью в мощности цеха пресса, и она создает тип перенапряжения, прерывистую нагрузку на энергосистему.
Другое возмущение системы вызвано тиристорными контроллерами приводов пресса, поскольку они генерируют гармоники V-го порядка.
Из-за мощности короткого замыкания сети изменения напряжения из-за перенапряжений должны быть ограничены таким образом, чтобы безопасность эксплуатации потребителей не подвергалась опасности, а оптическое напряжение на человеческий глаз колебаниями тока в системе освещения остается в разумных пределах.
Пример того, как удовлетворить это требование качества электроэнергии, показан на рисунке 4.
Рисунок 4 - рейтинг системы LV в цехе пресса в соответствии с изменением напряжения Δu ' perm в зависимости от частоты n
Еще одно требование для системы LV в магазине пресса - это допустимые уровни совместимости для содержания гармоник, как определено в DIN EN 61000-2-4 (VDE Parts 2-4): 2003-05.
Для поддержания этих уровней система компенсации распределительных устройств должна быть обычно индуктивной.
Оптимальная степень удушья p зависит от гармонического содержания v- го порядка (v = 5, 7, 11, 13, 17, 19, 23 и 25 для трехфазных мостовых схем), которые в основном присутствуют.
На практике в основном используются индуктор-конденсаторные блоки со степенью удушья между р = 6% и р = 7%.
Вернуться к содержанию ↑
5.2 Магазин для тела
Соединение сварочных аппаратов в системе 400 В кузовного цеха осуществляется группами симметричным распределением фазных проводников L1-L2, L1-L3, L2-L3 (рис. 5).
Из-за их прерывистого режима работы машины для сварки частей кузова, соединенных в цепь, не представляют собой непрерывную нагрузку.
Поэтому оборудование в сварочной цепи должно быть рассчитано в соответствии с его тепловым эквивалентным током.
Тепловой эквивалентный ток должен быть рассчитан как последовательность случайно перекрывающихся сварочных импульсов. Расчет осуществляется с помощью метода теплового эквивалентного тока путем установления квадратного среднего значения, расчета вероятности на основе биномиально распределенных токов сварки.
Однако для оценки сварочной сети тепловой эквивалентный ток, однако, имеет лишь второстепенное значение.
Рисунок 5 - Эксплуатация сварочных аппаратов, расположенных группами в энергосистеме 0, 4 кВ цеха кузова (система TN-S)
Более важным является падение напряжения, вызванное случайно перекрывающимися сварочными импульсами. Расчет вероятности этих провалов напряжения снова основан на биномиальном распределении.
Чтобы применить формулу Бернулли, различные типы сварочных машин объединяются в одну равноценную эквивалентную сварочную машину с идентичным пиковым сварочным током I w, идентичным коэффициентом мощности cosφ и тем же самым относительным периодом OP OP.
Этот расчет вероятности пиковой нагрузки обеспечивает необходимый показатель для оценки качества электропитания в магазине кузова.
Что важно для качественной сварки частей тела, это наличие провалов напряжения, которые не превышают предел Δu '= 10% в среднем по статистике. Другим показателем качества является скорость лома для дефектных сварных соединений, связанных с напряжением λ (Δu ' perm. > 10%). Допустимое предельное значение для этой ставки лома составляет λ perm = 1 ‰.
Обычно в кузове можно компенсировать компенсацию. Для метода без затухания компенсация соблюдения допустимого уровня совместимости для содержания гармоник была подтверждена измерениями в нескольких сварочных сетях 400 В в автомобильной промышленности.
Благоприятным решением в области энергетики является использование конденсаторов с номинальным напряжением 480 В ≤ U м ≤ 525 В.
Вернуться к содержанию ↑
5.3 Магазин красок
Процессы лакокрасочных цехов характеризуются высокой плотностью нагрузки и продолжительными периодами включения потребителей. Что особенно характерно, это негативное влияние на качество электроэнергии, вызванное выпрямителями для процесса электроосаждения или катафорезной окраски.
Для того, чтобы снять систему LV от гармонического удара, эти выпрямители предпочтительно подаются непосредственно из системы MV через отдельные трансформаторы.
Важным, как соблюдение допустимых уровней совместимости для содержания гармоник, является строгое соблюдение требований безопасности при поставке, установленных самим процессом окраски.
Это включает в себя бесперебойное обращение с одной неисправностью путем защитного отключения места повреждения от питания.
Трансформаторы с литой смолой на станции TS обеспечивают мгновенную резервную или «горячую» избыточность для обработки таких одиночных неисправностей. Кроме того, резервное питание предоставляется для чувствительных и критически важных потребителей.
Вернуться к содержанию ↑
5.4. Окончательная сборка автомобиля
Связанная мощность потребителей в окончательной сборке автомобилей относительно низка по сравнению с номинальной мощностью подающих трансформаторов. По этой причине максимальная потребляемая мощность всех потребителей в сетке важна для оценки системы.
На спрос на энергию в значительной степени влияет коэффициент одновременности g, степень использования a, коэффициент мощности cos φ и эффективность η.
В секции окончательной сборки большая часть нелинейных потребителей подключена к одной фазе между фазным проводником (L1vL2vL3) и нейтральным проводником (N). В этом типе соединения все токовые гармоники порядка v, которые можно разделить на 3, складываются в нейтральный проводник N.
Точная гармоника, при которой v = 3, является особенно отличительной.
Для предотвращения тепловой перегрузки, вызванной токовыми гармониками, фазные проводники (L1, L2, L3), нейтральный проводник (N) и проводник PEN системы TN-CS (рис. 2) или TN-S сконструированы с одинаковыми сечениями, как в принципе.
Вернуться к содержанию ↑
6. Резюме
Сеть центра нагрузки в сочетании с системой TN, состоящей из шинопроводов, является идеальной конфигурацией сети для питания производственных цехов на заводе по производству автомобилей.
Низкоустойчивое заземление нейтральной точки является наиболее выгодным для работы системы МВ. Соответствующая электромагнитной совместимости система низкого напряжения с постоянно обесточенным защитным проводником (PE) должна быть спроектирована как система TN-S.
В настоящее время нет стандарта привязки для проектирования системы LV с множественным питанием, как система TN-S.
Существует только единообразно оптимальное решение для проектирования и эксплуатации сетей электроснабжения. Оценка сетей поставок для процессов, обрабатываемых в производственных цехах, приводит к инженерным различиям, таким как количество и размер подающих трансформаторов и метод компенсации.
Вернуться к содержанию ↑
Ссылка // Полностью интегрированная мощность от Siemens