Ubora mbaya wa nguvu? Upande wa usambazaji wa usahihi unawezesha ustahimilivu wa voltage

Kuelewa Ubora wa Nguvu na Ustahimilivu wa Voltage katika Mifumo ya Viwandani

Kufafanua Ubora wa Nguvu na Uthabiti Wake kwenye Utendaji wa Viwandani

Ubora wa umeme kwa msingi unamaanisha jinsi nguvu ya umeme inavyowekwa kwa suala la voltage, mzunguko, na harmonics hizo zaovu ambazo hakuna anayependa. Wakati ubora wa umeme unapungua, hasa ikiwa voltaji inapungua chini ya 90% ya thamani yake kulingana na viwango vya IEEE kutoka mwaka 2022, mstari wote wa uzalishaji unaweza kukata. Vijiko hivyo vinawezesha vituo vya uzalishaji kuongeza kiasi cha malipo yao ya nishati kati ya asilimia 12 hadi 18, bila kuhesabika kwamba mashine haziishi kama ilivyostahili katika mazingira haya. Kazi zote kubwa zinategemea vibambo vyao vya usambazaji ili kudumisha utendaji wenye stahili. Kufuata viwango vya ubora si jambo la lazima tu tena. Kitivo cha Ponemon kiliripoti mwaka 2023 kwamba matatizo ya umeme yanayosababisha vibadiliko vinawasilisha wafanyabiashara kuharibu karibu dola milioni 200 kila mwaka kwa wastani. Fedha hiyo inaongezeka haraka kwa ajili ya mpiga siasa wowote anayekabidhiwa kwenye faida.

Jukumu la Ustahili wa Voltage katika Kutunza Utendaji Unaofaa

Kudumisha voltage inayosimama inamaanisha kuwa vifaa vinapokea umeme unaobaki kiasi cha takriban 5% cha kinachotarajiwa, ambacho huzuia matatizo kutokana na vifaa vya kiholela kama vile PLC na mikono ya kiharusi ambayo tunategemea siku hizi. Wakati mambo yakipokuwa haijasimama vizuri, mambo mabaya hutokea haraka. Angalia mashine za CNC - kama kuna kupungua kwa 15% katika voltage, mstari wote wa uzalishaji unaweza kusimama kwa muda wa kati ya saa 8 hadi 12 zisizojulikana. Aina hii ya muda usiofaa inatoa gharama! Pia, kudumisha viwango vya voltage bora hukokoa nishati pia. Utafiti fulani unadhihirisha kwamba mitandao inayofanya kazi ndani ya madiyo hayo ya IEEE inaharumu umeme kwa takriban 9% chini. Huchangia maana kweli, kwa sababu mambo yote yanafanya kazi vizuri zaidi wakati hayatumiki kuingiliana na ubora mbaya wa umeme.

Matatizo ya Kawaida ya Ubora wa Umeme: Kupungua kwa Voltage, Kuongezeka, na Mabadiliko

• Kupungua kwa voltage (dip): kupungua kwa 10→90% kila kitu kilichopita 0.5→60 cycles, mara nyingi kinachotokana na uanzaji wa mota
• Ongezeko la voltage: kuenea kwa 110→180% kutokana na kupungua kwa moja kwa moja kwa mzigo, kinachodhuru ubao wa uvumo
• Mabadiliko: ±5% mabadiliko yanayoharibu vifaa vya kupiga kioo na vifaa vya MRI

Masuala haya yanachukua asilimia 73 ya viungo vya umeme vinavyosababisha vibadiliko katika viwandani vikali (Ripoti ya Ustahimilivu wa Mtandao 2024).

Vistandaradi vya IEEE 519 na EN 50160 kwa Tathmini ya Ubora wa Umeme

IEEE 519-2022 inapunguza uharibifu wa jumla wa harmonic (THD) hadi <5% kwa voltage na <8% kwa sasa, wakati EN 50160 inaruhusu mabadiliko ya voltage ya ±10% mitandani ya voltage ya chini. Kufuata vistandaradi hivi hupunguza potea za trafo zinazosababishwa na harmonics kwa asilimia 25% na kuhakikisha ukilinganishwaji na mitandao ya jua/ujizi yanayounganishwa na mtandao.

Jinsi Maandalizi Maalum ya Panel ya Usambazaji Yanavyoboresha Usimamizi wa Voltage

Kazi za msingi za paneli maalum ya usambazaji katika usimamizi wa voltage

Vipande vya kundi vya ubora wa juu hutumia vifaa vya shaba vya kisasa vinavyoendeshwa kwa umeme bila kupungua karibu zaidi na vina nyenzo mbalimbali za udhibiti wa voltage ili kudumisha voltage ndani ya takriban 2% ya thamani zao za kawaida, kufuata miongozo kutoka kwa standadi ya hivi karibuni za IEEE. Mifumo ya kisasa inatoa vipengele mbalimbali ikiwemo vituo vya ustahimilivu wa voltage, vifaa vya kuchoma kelele (harmonic filtering) na vifaa vinavyoshughulikia mafuriko makubwa ya voltage. Vilevile husaidia kushughulikia matatizo yanayotokea mara kwa mara ya voltage yanapobadilika kiasi cha uwezo katika mitaa na mashine. Wakati hizi vifaa huweza kupunguza upinzani chini ya 0.01 ohms katika diari kawaida ya 50 hadi 60 heresi, humwezesha mtiririko wa umeme kwa usimamizi wa kudumu kwa mashine muhimu kama vile zana za utengenezaji zenye kompyuta na vituo vya kudumu vya kiprogramu. Uthabiti huu unafanya tofauti kubwa kwa uendeshaji wa vifaa vya kidijitali vinavyotumika kila siku.

Kupunguza mafuriko ya voltage kwa njia ya kuwepo kwa mpango bora wa busbar na muunganisho

Utafiti kutoka mwaka wa 2023 juu ya uvumbuzi wa joto umbonisha kitu cha kuvutia kuhusu uundaji wa busbar. Wakati waliozanzi wanapowakumbatia njia hizi za sasa zilizopigwa badala ya tu za flati, wanaupunguza upotevu wa voltage kwa takriban asilimia 40%. Vipande vipya vya kuwemo vinajulikana kama compression lugs ambavyo vinazo uwezo wa kupinga chini ya mikroohm 5. Pia kuna mifumo ya msambamba iliyounganishwa ambayo inawezesha sasa iwe na densiti inayoweza kusimamia chini ya amper 1.5 kwa milimita ya mraba, hata katika mazingira magumu ya kupakia mara tatu ambayo huathiriwa mara kwa mara. Maana yake yote ni nini? Ni kwamba inazima upotevu mbaya wa voltage usipitie asilimia 8%, na tunajua kutokana na uzoefu kwamba upotevu huu husababisha kama robo ya kila vipindi vya kuzima kwa sababu isiyojulikana katika vituo vya uzalishaji nchini.

Kujumlishwa kwa ukaguzi wa wakati halisi kwa ajili ya ustahimilivu wa voltage

Vibao vya usambazaji vya leo vinajengwa kwa sensa za IoT zinazofanya usomaji wa voltage kwa kasi kubwa ya sampuli 10,000 kila sekunde moja. Usomaji huu unatumiwa moja kwa moja kwenye algorithmu za busara ambazo kisha zinabadilisha benki za capacitor na tap changers kwa muda mfupi wa millisecond 10 tu. Kulingana na ripoti ya hivi karibuni ya mwaka 2023 kutoka kwa Wizara ya Nishati ya Ulaya, vituo vya viwandani vilivyonakili mifumo hiyo viliona kupungua kwa mapumziko ya voltage kama theluthi mbili wakati wa masaa magumu ya maombi ya juu ambapo kila mtu anapata nguvu mara moja. Kitu kinachowafanya teknolojia hii kionekane ni uwezo wake wa kuzima moja kwa moja makusanyo yasiyohitajika pale ingine pembe tumbo inapungua chini ya 0.9, bado husimamia shughuli muhimu kwa upole ndani ya dakika +/- 1% ya voltage. Uthabiti wa aina hii husaidia kudumisha huduma thabiti ya umeme hata katika hali ngumu za grid.

Mapigo, THD, na Jukumu la Vibao vya Usambazaji katika Kupunguza

Vyanzo vya mapigo katika mifumo iliyounganishwa na grid na makusanyo yasiyozingatia sheria

Mifumo ya kisasa ya viwandani inashughulikia uharibifu wa harmonic hasa kwa sababu ya vipimo vingi visivyolingana ambavyo tunaona kila mahali sasa hivi - fikiria udhibiti wa mawaka yanayobadilika (VFDs), vifaa vya kuunganisha, au hata nuru zote za LED. Kinachotokea ni kwamba vifaa hivi vinachukua umeme katika mapigo mfupi badala ya mapigo sawa ya sine, ambayo huunda mawaka haya ya harmonic yanayosumbua. Na unajua nini? Mawaka hayo yanakwama mitambo ya neutral na kusababia transformatari kufanya kazi zaidi kuliko inapaswa. Kulingana na utafiti uliochapishwa na EPRI mwaka 2023, takriban theluthi mbili (68%) ya matatizo yote ya vifaa yanayohusiana na harmonic yanatokana na viwandani vya kuchagua umeme. Habari njema? Kuna suluhisho zinazopatikana. Vipande vya usambazaji wa usahihi vinashughulikia tatizo hili moja kwa moja kwa kuongeza vichujio vya passive pamoja na transformatari za kuzima. Vifaa hivi haviruhusu sasa ya mawaka juu kupita mbele kabla ya kusambaa kote mtandao wa umeme.

Kukokotoa uharibifu wa jumla wa harmoniki (THD) kwenye mifumo ya usambazaji

Uharibifu wa jumla wa harmoniki unahesabu tofauti ya mkondo wa voltage/sasa kutoka kwa vipengee vya sinusoidal vinavyofaa. Vigezo vya IEEE 519-2022 vinapendekeza kuwawezesha THD chini ya 5% kwa voltage na 8% kwa sasa katika vituo vya viwandani. Vipande vya usambazaji vya kisasa vyenye analyzers za ubora wa nguvu zimefanikisha ukaguzi wa wakati halisi wa THD kupitia:

• Vifungu vingi vya sensors vya voltage/sasa
• Algorithim za Fast Fourier transform (FFT)
• Ripoti zilizotolewa kiotomatiki zinazolingana na miradi ya majaribio ya EN 61000-4-7
  Kwa mfano, mstari wa matumizi wa 480V ulipunguza sasa THD kutoka 15% hadi 3% baada ya kuboresha mfumo maalum wa usambazaji unaowasilishia ufuatiliaji wa mara kwa mara wa harmoniki.

Mchango: kupunguza THD kwa kutumia vipande vya usambazaji wa maandalizi

Kitovu cha utengenezaji wa semiconductor kimesababisha uharibifu wa voltage wa 12% ukisababisha makadiria mara kwa mara ya vifaa vya EUV lithography. Umewekwa kipande maalum cha usambazaji kinachotumia filta za activi za harmoniki na vikundi vilivyotengwa vya mwayo kufanikisha:

Ipozi ya $185,000/kila mwaka kutokana na kupunguza vipindi vya kukata kwa vifaa na uchafuzi wa nishati imeonyesha jinsi muundo bora wa paneli unavyoweza kupunguza mizani harama huku ukizingatia uendeshaji wa kudumu.

Vichujio vya Mizani Harmu Vinavyowezesha na Usimamizi wa Nguvu isiyo ya Kweli Katika Vipande vya Kusasa

Jukumu la Vichujio vya Mizani Harmu Vinavyowezesha na Vifungo vya Umeme Vinavyopaswa Kuwekwa Pamoja Kupunguza

Vichujili vya utaratibu vinavyojulikana kama vile AHFs vinaangalia mara kwa mara mfumo wa umeme wanalipata uviridi wa utaratibu unaotokana na pembe za kisasa ambazo hazilingani. Wakati wanapogundua matatizo haya, vichujili huvipa sasa ambacho husimamia haraka ili kuzima. Mchakato huu unapunguza kiwango cha uviridi wa jumla (THD) chini ya 5%, ambacho ni muhimu sana ikiwa kampuni inataka kufuata standadi za IEEE 519. Vijiji vingi pia vinaunganisha vichujili hivi na vifaa vya uwezo wa mkondo ili kusaidia kudhibiti mahitaji ya nguvu isiyo ya kweli. Kipengele hiki hufanya kazi nzuri katika kupunguza joto lililojaa katika transformatari na vipengele vingine vya umeme. Miradi ya uzalishaji ambayo imeweka mifumo iliyowekwa pamoja yanayojumuisha AHFs na vifaa vya uwezo vinawasilishwa kuwa yamefanya usahihi wa utaratibu kuhusu asilimia 63% ikiwa kulinganishwa na njia za kawaida zilizotumika peke yake.

Usajili wa Nguvu isiyo ya Kweli Kwa Kutumia Vifaa Vinavyosaidia

Mizungumzo ya sasa ya umeme mara nyingi inajumuisha kipengele cha kuwawezesha VAR au SVC pamoja na kondensima za synchronous ili kudhibiti nguvu ya kinetic kama inavyotakiwa. Vifaa hivi vinasaidia kudumisha sababu ya nguvu juu ya 0.95 kila wakati, ambayo inamaanisha hakuna malipo ya ziada kutoka kwa makampuni ya umeme na pia kupunguza kiasi cha nguvu kinachopotea katika mistari ya usambazaji kwa asilimia 18 hadi 22. Utafiti wa hivi karibuni kutoka kwa masoko ya uundaji wa chuma mwaka 2023 unawashawishi pia. Wakati vifaa vya SVC vilivyoanzishwa vilivyoanza kufanya kazi, vilisaidia kuimarisha ustahimilivu wa voltage kwa asilimia 27 karibu wakati wa maghai. Uboreshaji wa utendaji kama huu hautobaki tu kunata bili za pesa bali pia unaruhusu mashine za viwandani kuendesha kwa muda mrefu kabla ya mahitaji ya urembo au ubadilishaji.

Vifaa vya FACTS kwa ajili ya Kuimarisha Ustahimilivu wa Voltage Katika Mitandao ya Usambazaji

Kiwango cha umeme kwenye mtandao wa umeme kinawezeshwa kwa kutumia kifaa kama STATCOM kwa kupunguza au kuongeza nguvu ya kushindana wakati inahitajika. Mifumo hii inaweza kudumisha voltage ya mtandao kwa ufanisi, karibu sawa na asilimia moja chini au juu ya kiwango cha kawaida, hata pale ambapo kuna mabadiliko kutokana na vyanzo vya kuzima kama vile upepo au jua. Kama mfano, fanya kumbukumbu juu ya mradi mkubwa wa jua somewhere katika Texas ambapo baada ya kuongeza teknolojia ya STATCOM kwenye mfumo wao uliopo, kulipata kupungua kikwazo cha voltage isiyo ya thabiti. Idadi ya matatizo haya ikapungua kama karibu asilimia 90, ambacho husababisha tofauti kubwa juu ya ufanisi wa usambazaji wa umeme kwelikweli nyumbani na kwenye biashara.

Kitu cha Data: Uboreshaji wa Asilimia 40 Katika Ustahimilivu wa Voltage Kwa Kutumia Usimbaji

Mifumo inayowasilisha AHFs, STATCOMs, na vitambaa vya udhibiti wa kisasa vinaonyesha ustahimilivu wa voltage 40% zaidi kuliko mifumo ya kawaida (ElectroTech Review 2024). Mbinu hii iliyowasilishwa inazuia voltage sags/swells kwa asilimia 92 katika mchakato muhimu, ikiwaendana na viwango vya ubora wa nguvu EN 50160.

Mbinu za Udhibiti wa Kimatajiri: Usimamizi wa Wakati Halisi Katika Vipande vya Usambazaji wa Ukarabati

Kutekeleza Mbinu za Udhibiti wa Usimamizi wa Nguvu wa Wakati Halisi

Vibao vya usambazaji vya kisasa vinakuja vyenye mifumo ya ustawi wa nishati ya wakati halisi inayoweza kufuatilia mitambo ya kupakia, kuchunguza viwango vya voltage, na kugundua mapungufu ya harmonic kila sekunde 50 hadi 100. Mifumo hii ya busara inabadilisha usambazaji wa nguvu kupitia PLCs na vitu vya kusoma vilivyowasilishwa kwenye mtandao, ikipunguza matumizi ya nguvu kiasi cha asilimia 18 ikilinganishwa na mifumo iliyopita iliyowekwa kwa kudumu kulingana na utafiti kutoka kwa Energy Systems Journal mwaka jana. Kama mfano, kiwanda cha chakula nchini Ujerumani kilionekana kuwa ameupunguza gharama za maghombo kama vile asilimia 22 baada ya kutekeleza mikakati hii ya kupunguza mzigo ambayo inalinda kifaa muhimu kila mara vinapotokea kupungua kwa umeme.

Ustahimilivu wa Voltage na Usimamizi wa Voltage ya DC-Link katika Mifumo ya Kibridi

Wakati vyanzo vya nishati yenye ubora vinachanganywa na nguvu za mitaalamu kawaida katika mifumo ya kibridi, paneli maalum za udhibiti huweza kudumisha ustahimilivu kwa kudhibiti voltage ya muunganiko wa DC. Inverta hizi zenye ujuzi zinaweza kufanya kazi nzuri sana kudumisha voltaji za DC bus karibu na thamani zao zenye malengo, zikisimama ndani ya kiasi cha asilimia moja chanya au hasi hata wakati kuna mabadiliko ya mara kwa mara katika nguvu ya mwanga wa jua au wakati mirija ya upepo inapoanza kutoa nguvu kidogo zaidi ya walionyoosha. Bila ustahimilivu kama huo, matatizo mengi yanaweza kutokana kwa vifaa vyenye uvumbuzi kama vile zana za matengenezo zinazosimamiwa kwa kompyuta. Tunazungumzia pesa halisi pia. Kulingana na utafiti kutoka kwa Ponemon Institute mwaka wa 2023, mgunduzi mdogo tu wa voltaji uliopita asilimia mbili unaweza kusababisha kupotea kwa muda wa uzalishaji wa watu kumielfu sabini na arobaini kwa sababu ya shida hizo kwa kila mwaka kwa makampuni yanayotegemea mifumo haya.

Trend: Udhibiti unaotokana na AI katika Paneli za Usambazaji Smart

Watu wengi wa kibunifu wanazua kuweka mafunzo ya mashine katika shughuli zao sasa hivi. Mifumo hii inatathmini data ya ubora wa nguvu uliopita na kujaribu kutambua matatizo kabla ya kutokea. Kulikuwa na jaribio moja la kuvutia mwaka jana Korea Kusini ambapo vituo vya uuzaji vilipata matokeo mazuri. Vipande vya AI vilipunguza uviridhio wa voltage kutoka kwa pana 8.2% mpaka 3.1%. Jinsi gani? Vilisahihisha kivunjikaji cha harmonic mapema ili kila kitu kifanye kazi bora zaidi wakati uzalishaji ulipoanza. Kitu kinachofurahisha ni kwamba mifumo haya inaendelea kuwa bora zaidi kwa wakati. Mifano inajifunza peke yake bila hitaji la usimamizi mara kwa mara, na kila mwezi kuna mbovu ya takriban 0.8% katika usahihi wake wa kutabiri matatizo. Aina hii ya maendeleo yanayotegemea huwapa tofauti kubwa katika kudumisha uendeshaji thabiti.