АББ ревю 4 2010 by ABB in Russia

AББ

Ревю Рабочее место оператора в будущем 6 Трансформаторы и землетрясения 16 Интеллектуальное управление двигателями 27 Активные фильтры повышают качество энергии 51

В центре внимания – производительность

4 | 10 Корпоративный технический журнал

Часто говорят, что целое может быть больше суммы его частей. Это справедливо почти для всех аспектов промышленной деятельности. Задачу минимизации отходов, нестабильности и незапланированных простоев необходимо решать не только посредством оптимизации отдельных аспектов и компонентов, следует учитывать то, как взаимодействуют различные ресурсы и компоненты. В этом выпуске AББ Ревю «В центре внимания – производительность» рассматриваются как специальные технологии, так и их расширенное взаимодействие, что в целом служит достижению цели повышения производительности.

AББ ревю 4|10

Содержание

Производительность и безопасность

Эффективность работы оператора Рабочее место оператора системы System 800xA отвечает требованиям настоящего и будущего

Безопасность приводных систем Функциональная безопасность механического оборудования, в частности, приводов переменного тока

16 Эксплуатационные характеристики в условиях сейсмической активности Углубленный анализ сейсмостойкости объектов энергетики

Производительность и управление

Доставка энергии

Указатель 2010

Применение силовой электроники энергокомпаниями Полупроводники – важнейшее средство реализации энергосетей

Интеллектуальное управление двигателями UMC100 - отличный пример гибкого, модульного и масштабируемого контроллера электродвигателя

Сберегая лучшее на будущее Устройства плавного пуска или приводы с регулируемой скоростью?

Простая экстраординарность Знакомство с новым семейством самых современных автоматических выключателей в литом корпусе Tmax XT компании AББ

Делаем трансформаторы мобильными Быстро перемещаемые и монтируемые модульные трансформаторы для высоковольтных систем передачи электроэнергии

Активное улучшение качества Активные фильтры PQF компании AББ улучшают рабочие характеристики и КПД системыy

Передача энергии с берега на судно Решение «под ключ» компании AББ эффективно снижает вредные выбросы в портовой зоне

Обзор AББ в 2010 году Указатель статей

Содержание

От редакции

Производительность

Петер Тервиш Глава департамента технологий ABB Ltd.

Уважаемый читатель,

нормальную работу. Мы посвящаем отдельную

Процесс производства заключается в

статью сейсмической устойчивости больших

преобразовании сырья, капиталовложений,

трансформаторов.

рабочей силы и энергии в продукты и услуги.

Несмотря на все меры предосторожности, могут

Производители постоянно стремятся

возникнуть ситуации с неожиданным выходом из

минимизировать объем своих используемых

строя крупных компонентов. Вследствие

ресурсов и вместе с тем максимально увеличить

определенного периода времени, необходимого

выпуск продукции с учетом безопасности,

для изготовления и транспортировки, большие

охраны окружающей среды, действующих

силовые трансформаторы невозможно заменить

нормативов и других факторов. Поиск

по первому требованию. Одним из решений

повышения производительности сместился от

такой проблемы является использование

оптимизации отдельных изолированных

мобильных трансформаторов. Их размеры и вес

компонентов и все чаще обращается в сторону

достаточно малы, что позволяет доставлять такие

расширенного процесса. Этот поиск

трансформаторы по первому требованию с

поддерживается техническим прогрессом в таких

помощью существующей транспортной

областях, как мониторинг, коммуникации,

инфраструктуры, быстро монтировать их на

интеграция и анализ в реальном масштабе

объекте эксплуатации и тем самым обеспечивать

времени.

временное решение проблемы до выполнения

В статье, открывающей этот выпуск,

ремонта или замены неисправного агрегата. До

рассматривается обмен информацией между

настоящего времени напряжение мобильных

технологической установкой и эксплуатирующим

трансформаторов не превышало 250 кВ, но

ее персоналом. Дизайн человеко-машинных

компания AББ недавно выпустила

интерфейсов оказывает большое влияние на

трансформатор на 400 кВ.

способность оператора обнаруживать

За последние десятилетия силовая электроника

аномальные ситуации и реагировать до их

стала областью, позволившей осуществить

перехода на критический уровень. Наглядность

значительные усовершенствования в

определенных деталей в дизайне интерфейса

производительности. К ее преимуществам

может способствовать раннему обнаружению и,

относятся энергосбережение, улучшение

следовательно, реально влиять на

управляемости и более простое обслуживание.

производительность технологической установки.

AББ Ревю посвящает ряд статей предложениям

Но всех аномальных ситуаций невозможно

компании в области силовой электроники в

избежать с помощью одной лишь бдительности

диапазоне от полупроводников до

оператора. Здесь вступают в действие системы

интеллектуального управления

обеспечения безопасности, непрерывно

электродвигателями.

контролирующие оборудование и процессы и

В остальных статьях рассматриваются последнее

реагирующие при выходе параметров за

поколение автоматических выключателей,

установленные пределы. Системы обеспечения

системы активных фильтров для энергосистем и

безопасности традиционно отделялись от

снижение потребления топлива судами,

систем управления и требовали специальной

находящимися в порту.

кабельной проводки и оборудования. Тем не

Еще я хочу поблагодарить всех читателей,

менее, функции безопасности все в большей

участвовавших в обзоре, представленном в

степени могут интегрироваться с системами

предыдущем выпуске этого журнала. Мы

управления. Мы обсудим это на примере

опубликуем результаты в предстоящем выпуске

приводов переменного тока.

AББ Ревю.

Исключение аномальных ситуаций с помощью

Я надеюсь, что этот выпуск даст некоторые

надлежащей практики эксплуатации и высокой

новые обновленные представления о

культуры безопасности – это наилучший способ

захватывающем мире промышленной

избежать простоев и снижения

производительности и повысит вашу

производительности. Но есть ситуации, в

осведомленность о широком ассортименте

которых нарушение нормальной работы

решений, предлагаемых компанией AББ.

вызывается исключительно внешним

Приятного чтения!

воздействием, например, землетрясением. Оборудование должно быть достаточно прочным,

AББ ревю 4|10

чтобы сохранить работоспособность в таких

Петер Тервиеш

ситуациях и как можно быстрее возобновить

Глава департамента технологий ABB Ltd.

От редакции

Эффективность работы оператора Рабочее место оператора системы 800xA отвечает требованиям настоящего и будущего.

ХОНГИУ ПЕИ БРИВОЛЬД, МАРТИН ОЛУССОН, СЮЗАННА ТИМСЬО, МАГНУС ЛАРСОН, РОЙ ТАННЕР – В глобальных масштабах ежегодные убытки предприятий перерабатывающих отраслей промышленности оцениваются примерно в 20 млрд. долл. и составляет 5% общего объема продукции 1. 80% этих убытков можно предотвратить, притом ровно половина из них происходит по причине ошибок операторов. Если найти способ предотвращения ошибок, то доходы можно увеличить на 6,4 млрд. долл. Эффективность работы операторов – принципиальный фактор поддержания экономической ценности контроля и управления технологическими процессами. Повысить эффективность можно за счет расширения функциональных возможностей операторов и оптимизации качества управления нештатными ситуациями в условиях повышенной ситуационной осведомленности. Это позволит операторам принимать более точные решения, которые помогут повысить безопасность производственных процессов и увеличить полезное эксплуатационное время систем.

AББ ревю 4|10

Система 800xA, разработанная компанией АББ, обеспечивает заказчикам возможность органичного обобщения и приведения к рациональному виду данных, полученных из различных источников. туитивно-понятный доступ к обрабатываемой информации и возможность динамичного и эффективного манипулирования ее графическим представлением. Эти характеристики способствуют сокращению времени для определения необходимых действий.

процессе усовершенствования эффективности работы операторов возникает ряд серьезных проблем, связанных как с технологическим процессом, так и с вопросами управления. Например, управление и контроль производственных процессов сопряжены с неизбежной технологической модернизацией, истощением базы знаний вследствие демографических изменений параметров рабочей силы и постоянным ростом уровня сложности технологических операций. При отсутствии должного учета эффективности работы оператора эти факторы могут стать причиной существенного увеличения расходов. В компании АББ убеждены, что при разработке эффективных человекомашинных интерфейсов (ЧМИ) необходимо учитывать организацию работы и требования к оператору. Последние исследования эффективности работы операторов

Ссылка: 1 Т. Аткинсон, М. Холлендер, 2010, Эффективность работы оператора, Совместные системы автоматизации производства, ISBN 978-1-936007-10-3.

показали, что эту точку зрения разделяет множество заказчиков компании АББ. Четыре условия эффективности работы оператора В соответствии с концепцией расширенной системы управления 800хА компании АББ, на эффективность работы оператора влияют четыре основных фактора. К ним относятся: – Интегрирование функций – Дизайн, обеспечивающий высокую эффективность – Учет человеческого фактора – Компетентность оператора Ниже рассматриваются указанные факторы. Интегрирование функций Система 800xA, разработанная компанией АББ, предоставляет заказчикам возможность органичного обобщения и приведения к рациональному виду данных, полученных из различных источников. Она использует взаимодействие различных компьютерных программ и систем. Операторам предоставляется вся необходимая информация. Предусмотрен ин-

Современное промышленное производство может содержать множество платформ на базе контроллеров, включая, в частности, ПЛК (программируемые логические контроллеры (PLC)), распределенные системы управления (DCS), системы безопасности, автоматизированные системы управления оборудованием помещений (FAS) и электрические системы управления (ECS). Кроме того, используются информационные системы производства, например, компьютеризированные системы управления техническим обслуживанием (CMMS), системы планирования ресурсов предприятия (ERP), системы видеонаблюдения и архивы данных, которые содержат полезную информацию в помощь операторам при принятии решений. Использованная в системе 800хА технология Aspect Object не только обеспечивает доступ и органичное представление информации из всех упомянутых источников, но и предусматривает возможность фильтрации данных по признаку уровня доступа в систему и ответственности пользователя. Например, чтобы отследить источники различных графических данных, достаточно щелкнуть правой клавишей мыши и сделать выбор в контекстном меню. Дизайн, обеспечивающий высокую эффективность Над разработкой различных концепций ЧМИ работали и продолжают работать множество организаций стандартизации и Эффективность работы оператора

1 Сравнение традиционного и заказного варианта представления данных с различным воздействием на ситуативную осведомленность

39.4

°C

– Инфокривая (слабый тренд) при наведении курсора отображает исторические данные. – Тренд указывает на приближение к порогу подачи аварийного сигнала или на восстановление нормального состояния.

– Температура падает или поднимается? – Приближается ли значение к порогу подачи аварийного сигнала? – Какие еще признаки будут затронуты?

6 единиц времени

Используя программу моделирования, операторы технологического процесса и обслуживающий персонал могут отрабатывать действия в безопасных и реалистичных условиях научно-исследовательских институтов. Результаты их работы послужили основой при разработке дизайна интерфейса, определении эргономических характеристик, параметров ситуативной осведомленности и оперативных решений в условиях аварийной ситуации. На основании этих знаний, а также собственного обширного опыта, компания АББ стремится способствовать введению справедливых стандартов, активно участвуя в деятельности различных технических комитетов, рабочих групп и научно-исследовательских комиссий при организациях, разрабатывающих стандарты. Одной из областей, оказывающих наибольшее влияние на разработку ЧМИ, является управление нештатными ситуациями. Нештатными ситуациями считаются нарушения нормальной работы или непредвиденные отказы, которые не могут быть урегулированы системой управления самостоятельно и требуют вмешательства оператора. Компания АББ проводит активную работу по определению параметров эффективного диспетчерского контроля и вмешательства операторов в целях развития их навыков по выявлению и урегулированию нештатных ситуаций. Эти меры компания внедрила в свою систему 800хА. К примеру, система 800хА 8

AББ ревю 4|10

2 Расширенное рабочее место оператора, разработанное компанией AББ

24 часа

поддерживает адаптацию компоновки рабочего места в соответствии с концепцией функциональности, определенной заказчиком, а также обеспечивает поддержку при внедрении высокоэффективных стратегий управления аварийными ситуациями, предусматривающих функции “отложенный аварийный сигнал” (блокировка аварийного сигнала по инициативе оператора) и “скрытый аварийный сигнал” (блокировка аварийного сигнала в соответствии с параметрами аварийной ситуации). Эти функции сокращают количество незначительных и некритичных аварийных сигналов, обеспечивая, таким образом, для конечного пользователя соответствие или превышение условий действующих руководств и стандартов, например EEMUA 191 2 и ISA SP 18.2 3. Другим принципиальным фактором при разработке высокоэффективных ЧМИ является ситуативная осведомленность. Специалист по управлению нештатными ситуациями Ян Ниммо (из отдела оказания услуг по разработке дизайна, ориентированного на пользователя, соавтор “Руководства пользователя высокоэффективного ЧМИ” 4) считает, что “достаточный уровень ситуативной осведомленности подразумевает точное осознание оператором текущего состояния процесса и оборудования, а также правильное понимание значений различных тенденций установки в целом”. Среди ключевых принципов обеспечения ситуативной осведомленности – определение и использование цветов в целях максимально понятного визуального представления нештатных ситуаций. Концепция ситуационной осведомленности известна давно. Тем не менее, она остается предметом дискуссии ряда организаций. Одним из обсуждаемых аспектов является применение полутонов или холодных тонов для графических схем технологического про-

цесса. Кроме того, в целях предупреждения и полного предотвращения нештатных ситуаций используются методы навигации и графическое отображение для быстрого реагирования в условиях нештатной ситуации и представление информации. В упомянутом выше “Руководстве пользователя высокоэффективного ЧМИ” приведен убедительный пример, касающийся ситуативной осведомленности: приведены два графика, содержащих одну и ту же информацию, но имеющих совершенно разное воздействие на степень ситуационной осведомленности. Многоцветный график с черным фоном создавал низкую ситуативную осведомленность даже в обычных условиях, при этом график с полутоновой шкалой и ярким цветом отображения аварийного сигнала обеспечивал высокую ситуационную осведомленность. На уровень ситуативной осведомленности могут оказать влияние следующие факторы: – Повышение коэффициента результативности урегулирования нештатных ситуаций и восстановления нормального режима работы. – Сокращение времени, необходимого операторам установки для завершения выполнения текущих заданий в условиях нештатной ситуации. – Увеличение частоты случаев выявления нештатных ситуаций операторами на рабочих местах прежде, чем произойдет подача аварийного сигнала. На рис. 1 приведен пример двух вариантов оценки технологического процесса. В Ссылки 2 http://www.eemua.co.uk/ (август 2010 г.) 3 http://www.isa.org/ (август 2010 г.) 4 Б. Холлифильд, Д. Оливер, Я. Ниммо, Э. Хабиби, 2008, Руководство пользователя высокоэффективного ЧМИ, ISBN-10: 0977896919, ISBN-13:9780977896912, Сервисные компоненты систем автоматизации производства.

3 Схема компоновки диспетчерской

результате создаются разные уровни информированности, определяющие степень ситуативной осведомленности и возможность быстрого принятия оператором правильного решения. Учет человеческого фактора Компания АББ хорошо осознает необходимость прямого учета человеческих факторов. Одной из главных причин является признание компанией того факта, что благоприятные условия рабочей среды оператора способствуют ослаблению его стрессового состояния, в результате чего, в свою очередь, значительно повышается его работоспособность и эффективность урегулирования нештатных ситуаций, а также сокращается количество проблем, связанных со здоровьем и текучестью кадров.

выполнять раздельные регулировки положения стола и мониторов, акустической системой направленного действия и осветительными приборами с регулируемой яркостью. Кроме того, при разработке рабочей среды диспетчерских пунктов комфортность дизайна является основным условием производительности группы операторов. Пример приведен на рис. 3. Перечисленные факторы способствуют оптимизации рабочей среды оператора и повышению внимательности операторов в диспетчерской. Соблюдение установленного порядка работы диспетчерской имеет большое значение для обеспечения систематичности работы. Рабочие инструкции помогут оператору при выполнении нерегулярных действий. В качестве примера полезных вспомогательных средств можно привести применение оператором контрольного перечня действий в рамках установленных рабочих инструкций при возникновении определенных обстоятельств. Четкая формулировка служебных функций и обязанностей еще один фактор первостепенного значения, определяющий успешность работы. Это означает, что все задачи, которые должен выполнить оператор, должны быть идентифицированы и оформлены документально, включая задачи, которые в обычном режиме работы не выполняются. Создав систему 800хА, компания АББ

Нештатными ситуациями считаются нарушения нормальной работы или непредвиденные отказы, которые не могут быть урегулированы системой управления самостоятельно и требуют вмешательства оператора. Убедительной иллюстрацией понимания важности человеческого фактора и, как результат, усовершенствования эффективности работы оператора является расширенное рабочее место оператора, разработанное компанией АББ (см. рис. 2). Рабочее место оснащено новейшими клавишными пультами с оперативными кнопками для работы с несколькими клиентами, электроприводом, позволяющим

определила новые стандарты диспетчерских пунктов (интеллектуальных центров управления), при проектировании которых в центре внимания находится оператор. При содействии своего партнера, компании CGM - поставщика обстановки для диспетчерских, специалисты АББ присоединяются к работам по реализации проектов на ранних этапах и могут вместе с конечным пользователем определить оптимальную компоновку диспетчерской с учетом человеческого фактора и эргономических характеристик. Чтобы получить новейшую информацию по оптимальному дизайну диспетчерских, стоит посетить “Центр производственной деятельности будущего” в Буросе, Швеция. Среди прочего, там освещены такие темы, как акустические характеристики, звукопоглощение, материал напольного покрытия, регулировка освещения и цветовое решение для отображения состояния технологического процесса. Компетентность оператора Взаимодействие оператора и технологического процесса часто имеет значительные коммерческие последствия, в особенности в случаях возникновения исключительных условий процесса, когда оператор должен осознать ситуацию и выполнить сложные действия для восстановления нормального режима работы. В системе 800хА компании АББ предусмотрена база для повышения квалификации операторов и их подготовки к работе в нештатных ситуациях с использованием программ моделирования, создающих точную рабочую среду (графика и логические схемы управления). Моделирующие программы создают безопасные, реалистичные условия, в которых операторы технологического процесса и обслуживающий персонал могут отрабатывать навыки управления процессом и повышать степень своей профессиональной надежности (см. рис. 4). Основополагающие меры по повышению эффективности работы операторов В свете стремительного развития технологий, смены поколений рабочей силы и возрастающей сложности рабочих операций возникает необходимость в прямых мерах по повышению эффективности работы операторов на протяжении всего цикла эксплуатации систем управления технологическим процессом. В целях обеспечения максимальной продуктивности четырех основных факторов повышения эффективности работы операторов постоянно ведутся работы в области: Эффективность работы оператора

4 С помощью программы моделирования в комплексе системы 800xA можно создать безопасные, но реалистичные условия тренировки Система моделирования

Технологический процесс

I/O

Сбор отзывов операторов проводился в целях накопления полезного опыта и выявления областей, требующих усовершенствования, с учетом ежедневно выполняемых задач. – Разработки дизайна, ориентированного на пользователя – Изучения перспектив. Дизайн, ориентированный на пользователя Чтобы разработать эффективный дизайн ЧМИ, необходимо в центр внимания поместить организацию рабочего процесса оператора в диспетчерской и выполняемые им задачи. В целях правильного понимания последовательности действий оператора и оценки качества выполнения оператором значительного количества рабочих задач, компания АББ совместно с операторами провела анализ рабочих задач оператора на основе изучения пользователей. Способы изучения пользователей включали опросы, исследования на месте эксплуатации и результаты наблюдений. Вопросы направлялись операторам заранее, чтобы убедиться в соответствии их специализации и навыков, а также в наличии хорошего уровня их подготовки. Вопросы могли быть структурированными или неструктурированными как в том виде, в каком они заданы, так и в форме возможного ответа. Исследования на месте эксплуатации и 1 0

AББ ревю 4|10

Модель технологического процесса и рабочее место инструктора

Контроллер АББ

Система управления

Производство

Программируемые контроллеры Функции моделирования имитационной системы ввода-вывода

наблюдения предоставляют возможность идентификации целей и потребностей операторов и расстановки их приоритетов. В аспекте проблем и потребностей операторов данные, полученные в результате посещения пользователей в привычной рабочей среде и наблюдения за выполнением ими рабочих задач, представляют собой информацию “из первых рук”. Этот способ идеально подходит для выявления неправильной или неэффективной работы, когда операторы не получили соответствующие инструкции. Кроме того, в целях накопления полезного опыта и выявления возможностей для усовершенствований, были собраны мнения всех операторов и отзывы непосредственных пользователей. Собранные данные подвергались анализу и обобщению. Процесс обобщения данных включал идентификацию основных принципов и критериев по каждому пользователю и анализ их взаимосвязи с повышением эффективности работы оператора. Другим эффективным способом изучения потребностей пользователя при разработке дизайна является создание контрольных групп заказчиков (SRG), объединяющих пользователей из различных отраслей промышленности. При организации контрольных групп были поставлены три цели: – Предоставление потребителям информации по текущим и запланированным научно-техническим разработкам непосредственно от изготовителя. – Обеспечение потребителям возможности активного влияния на процесс разработки операторского интерфейса системы 800хА компании АББ. – Организация форума для обмена мнениями и проверки предположений в области потребностей пользователей,

тенденций развития и организации новых производств в будущем с целью повышения производительности и увеличения доходов заказчиков. Взгляд на перспективу В результате постоянного совершенствования средств программного обеспечения, предназначенных для оснащения пользовательских интерфейсов и обмена информацией, создалась необходимость совершенствования современного человеко-машинного интерфейса. Компания АББ имеет опыт хорошо оснащенного пользователя и лабораторию для исследования восприятия обмена информацией. Исследователи смотрят в будущее, анализируют последствия воздействия новых технологий и изучают эффективное применение и рациональное сочетание существующих и новых технологий. В частности, компания АББ недавно освоила новую область исследований, ориентированную на повышение эффективности работы операторов. Одна из задач включает проверку новых технологий, представленных на рынке, и рассмотрение возможности их практического применения в различных отраслях производства. В качестве примеров можно привести способы обмена данными, средства визуализации и методики проектирования. В процессе разработки инновационных решений и работ по усовершенствованию продуктов компании АББ возникло множество новаторских замыслов. Например, на рис. 5 показан новый дисплей для отображения состояния процесса, который обеспечивает поддержку оператора в нештатной ситуации посредством интуитивно-понятного отображения аварийного сигнала, привлекающего внимание оператора. Другой пример – инновационные идеи, возникшие в контексте ориентирования дизайна эффективного ЧМИ на рабочий процесс оператора и выполняемые им задачи. Хорошо известно, что управление процессом осуществляется коллективно. Персонал разных смен должен обмениваться информацией и взаимодействовать. Поэтому, для реализации этих действий компания АББ предложила в помощь операторам инновационное решение – так называемую панель совместной работы, на которой операторы могут оставлять сообщения, привязанные к отдельным дисплеям отображения состояния процесса (см. рис. 6), или использовать выпадающую белую панель для схематического обсуждения вопросов (см. рис. 7). Панель совместной работы

5 Концепция дисплея состояния процесса, появляющийся только при возникновении нештатной ситуации

6 Электронные заметки на рабочей области панели совместной работы

7 Выпадающая белая панель для обсуждения вопросов

разработана для различного персонала – руководства предприятия, системных администраторов, диспетчеров, технического персонала и операторов. Эффективность работы оператора – характеристика постоянная и неизменно актуальная. В этой связи, помимо повышения эффективности работы современного поколения операторов компания АББ принимает во внимание и будущее поколение. Некоторые заказчики компании АББ заявляют, что по мере увеличения возраста персонала растут и ожидания операторов.

Секрет эффективности работы оператора Эффективность работы оператора – проблемная область. Компания АББ достигла высочайших результатов продуктивности четырех основных условий повышения эффективности работы оператора за счет: 1. Оптимизации платформы автоматизации производства до уровня, обеспечивающего дальнейшее развитие платформы в собственном формате и достижение степени интегрирования и централизации, необходимой для стимулирования среды коллективной работы. 2. Достижения статуса поставщика систем автоматического управления и контроля, способного оказать заказчику помощь в его стремлении к соответствию стандартам и принципам дизайна в отношении ситуативной осведомленности и управлении нештатными ситуациями, а также оптимизации системы автоматического управления до уровня, обеспечивающего ее гибкость и соответствие конкретным требованиям заказчика. 3. Достижения статуса поставщика систем автоматического управления и контроля, объединяющих человеческий фактор и передовые технологии в целях обеспечения максимального уровня эффективности работы оператора. 4. Достижения статуса поставщика систем автоматического управления и контроля, способных обеспечить не только обучение и повышение квалификации оператора, но и рабочую среду, создающую условия для повышения профессиональной уверенности и компетентности оператора в результате реализации наиболее ценных ресурсов и фактической интеллектуальной собственности. Кроме того, компания АББ активно занимается организацией среды, благоприятной для повышения эффективности рабо-

ты оператора, постоянно ведет работы, например, в области разработки дизайна, ориентированного на пользователя, отслеживает перспективные технологии и возможности их практического применения для повышения эффективности работы оператора. Потенциальным следствием этой деятельности является сокращение области возникновения ошибок, например, в результате более эффективного использования практического опыта оператора в сфере управления технологическими процессами, обеспечения быстрого доступа к релевантной информации в любых условиях рабочего процесса, поддержки оператора в процессе принятия решений. Все эти меры ориентированы на достижение стабильной экономической рентабельности заказчиков. Компания АББ уже достигла значительных успехов в области повышения качества рабочего процесса в результате того, что действительно поместила в центр внимания потребности операторов и создала исключительные интерфейсы системы управления производственным процессом, упрощающие процесс принятия оператором правильных решений в любом режиме работы. Компания АББ настроена на сохранение передовых позиций в этой области в результате постоянной исследовательской и проектно-конструкторской деятельности, ориентированной на повышение качества производственного процесса на предприятиях заказчиков.

Эффективность работы оператора – характеристика постоянная и неизменно актуальная. Многие операторы, поступающие на работу в наше время, выросли рядом с компьютером, и цифровая информация их родная среда. Для этого нового поколения визуальные средства обучения являются идеальным способом ознакомления с работой установки. Результаты изучения работы этого персонала по управлению процессом показывают, что они используют больше экранов, чем персонал старшего возраста. Кроме того, они выражают потребность в более точной адаптации своих экранов. Молодые операторы предпочитают графическое отображение состояния работы установки, в то время как операторы старшего возраста стремятся понять принцип работы установки как последовательность. Поэтому компания АББ проводит активную деятельность по отслеживанию и применению технологий будущего и новых решений в области дизайна, ориентированных на следующие поколения, квалификация и рабочие навыки которых сильно отличаются от нынешних.

Хонгиу Пеи Бривольд, Мартин Олуссон , Сюзанна Тимсьо, Магнус Ларссон ABB Corporate Research, Вестерос, Швеция hongyu.pei-breivold@se.abb.com martin.olausson@se.abb.com susanne.timsjo@se.abb.com magnus.larsson@se.abb.com Рой Таннер ABB Inc., Уиклифф, США roy.tanner@us.abb.com Эффективность работы оператора

1 1

Безопасность приводных систем Функциональная безопасность механического оборудования, в частности, приводов переменного тока.

МИККО РИСТОЛАЙНЕН – Безопасность играет важнейшую роль в производстве и должна иметь наивысший приоритет в каждой компании. Эта цель иногда вступает в противоречие со стремлением быть как можно более продуктивным. Тем не менее, благодаря усовершенствованным концепциям в области управления и контроля, сегодня эти цели стали скорее не конфликтующими, а дополняющими друг друга. Прежде безопасность часто обеспечивалась посредством отдельного внешнего оборудования, а сегодня интеграция позволяет защите, управлению и контролю все теснее взаимодействовать друг с другом, используя общие данные и функции, создавая тем самым комбинированную функциональность, немыслимую ранее. Одной из областей такого взаимодействия являются приводы переменного тока. Предлагаются самые различные варианты, от защитного останова до сложных функций контроля, открывающие новые возможности в области безопасности механического оборудования.

1 2

AББ ревю 4|10

езопасность важна. Законы стран Европейского Союза требуют, чтобы механическое оборудование отвечало обязательным требованиям по охране труда и технике безопасности. Это означает, что все новое механическое оборудование должно отвечать одним и тем же законодательным требованиям при его поставке в пределах ЕС. Соблюдение этих требований обязательно для изготовителей или импортеров механического оборудования. После гармонизации национальных требований появилась Директива по механическому оборудованию 2006/42/EC (заменившая 29 декабря 2009 года старую директиву 98/37/EC). Она призвана гарантировать, что механическое оборудование является безопасным, спроектировано и сконструировано таким образом, что может использоваться, настраиваться и обслуживаться на всех этапах своего срока службы с минимальным риском для людей и окружающей среды. Согласно этим требованиям, изготовители (или их представители) должны выполнять и документировать оценки рисков и учитывать их результаты в конструкции машины. Любые риски должны быть снижены до допустимого уровня посредством изменения конструкции или применения соответствующих защитных мер. После применения всех мер по снижению рисков должны быть задокументированы все остаточные риски. Один из способов выполнения процесса снижения рисков и обеспечения соответствия с упомянутыми выше требованиями – это применение соответствующих стандартов, гармонизированных в рамках Директивы по механическому оборудованию.

При разработке и создании машин согласно соответствующим гармонизированным стандартам предполагается, что данное механическое оборудование отвечает обязательным требованиям по охране труда и технике безопасности и обычно не требует сертификации сторонними организациями. Изготовители могут сами делать заявление о соответствии упомянутой Директиве в своей документации и наносить знак соответствия европейским стандартам (марку CE) на машину в качестве подтверждения соответствия уста-

Конфигурируемые системы обеспечения безопасности сегодня могут использоваться при реализации самых различных стандартных защитных функций для приводов в соответствии со стандартом EN 61800-5-2.

Наиболее эффективно снижение или исключение рисков осуществляется на стадии проектирования. Но если при проектировании снижение рисков невозможно или нецелесообразно, то решением может быть обеспечение защиты посредством стационарных ограждений или функциональной безопасности. Преимущество функциональной безопасности заключается в том, что она часто может использоваться для увеличения производительности, времени безотказной работы машины, достижения более плавной работы системы безопасности при одновременном соблюдении законодательных требований. Машины могут останавливаться быстрее и безопаснее, и что еще лучше, в определенное время работать на пониженной скорости для снижения риска. В тех отраслях, где люди работают в непосредственной близости от машин, технология функциональной безопасности может обеспечивать их защиту без останова процессов. При встраивании систем обеспечения безопасности в рабочие процессы на стадии проектирования, безопасность становится частью процесса, обеспечивается защита людей и поддерживается высокая производительность.

новленным требованиям. Гармонизированные стандарты также являются руководством по определению области применения машины и ее эксплуатационных ограничений, потенциальных факторов риска, а также средством оценки и измерения идентифицированных рисков. Стандарты помогут решить, необходимо ли снижение рисков, и выработать общий стратегический подход к снижению рисков до допустимого уровня.

Обновленные стандарты для обновленных технологий В результате развития технологий и стандартов были обновлены требования к реализации систем управления, связанных с обеспечением безопасности. Прежде было сравнительно легко проектировать системы обеспечения безопасности согласно стандарту EN 954-1 («Безопасность механического оборудования – Детали систем управления, обеспечивающие безопасность. Безопасность приводных систем

1 3

Стоимость установки усовершенствованной системы безопасности интегрированного типа обычно ниже, чем в случае, когда та же функциональность достигается с помощью внешних компонентов защиты, особенно при реализации нескольких функций защиты. Часть 1: Общие принципы проектирования»), который обеспечивал довольно простые правила проектирования для достижения определенного уровня безопасности (категории безопасности). Этот стандарт основан на причинно-следственном подходе с упором на использование проверенных компонентов и методов. EN 954-1 является относительно простым стандартом, главным образом, для механических и электромеханических систем. Он не охватывает сложных или программно-конфигурируемых электрических систем управления, связанных с безопасностью, которые стали стандартным решением для функциональной безопасности. Детерминистический подход к проектированию в стандарте EN 954-1 был заменен такими концепциями, как вероятность отказов и теория жизненного цикла. Целью стал охват всего жизненного цикла машины от первоначальной концепции до вывода из эксплуатации. Переходный период для стандарта EN 9541 заканчивается в декабре 2011 года, после чего он станет устаревшим. Хотя EN 954-1 по-прежнему обеспечивает первостепенность соответствия Директиве по механическому оборудованию до конца 2011 года, он не отвечает современному уровню. Современными гармонизированными стандартами согласно Директиве по механическому оборудованию являются EN 62061:2005 («Безопасность механического оборудования. Функциональная безопасность электрических, электронных и программируемых электронных систем управления, связанных с безопасностью») для электронных систем управления и EN ISO 13849-1:2008 («Безопасность механического оборудования. Элементы систем управления, связанные с безопасностью Часть 1: Общие принципы проектирова1 4

AББ ревю 4|10

ния») для различных типов систем, связанных с безопасностью (включая, например, гидравлическое и пневматическое оборудование). Оба эти стандарта основаны на обобщающем стандарте IEC 61508-1…7 («Функциональная безопасность электрических, электронных и программируемых электронных систем управления, связанных с безопасностью»), определяющем общие требования к проектированию электрических и электронных систем управления, связанных с безопасностью. Важным преимуществом является поддержка Внедрение системы безопасности машины от начала и до конца с соблюдением новых стандартов может оказаться сложным мероприятием. Какой стандарт следует использовать? Как выполнять необходимые расчеты и подтвердить правильность проектных решений? И так далее. Более того, поставщикам компонентов необходимо обеспечивать заказчиков поддержкой в процессах проектирования систем безопасности. Прогнозируется, что компании, обеспечивающие поддержку и предоставляющие свои знания для проектирования систем безопасности в дополнение к поставляемым компонентам, будут в более выгодном положении при получении заказов. Такая поддержка вполне может стать стандартным требованием для продажи продукции обеспечения безопасности, а от поставщиков компонентов защиты потребуется проведение консультаций в области безопасности при продаже таких изделий. Эволюция функциональной безопасности в приводах переменного тока Эволюционное развитие электронных си-

стем управления также затронуло технологии безопасности, используемые в приводах переменного тока. Традиционно в системах автоматизации, содержащих приводы, используются электромеханические реле защиты. На эти реле поступают сигналы от различных устройств защиты, таких как концевые выключатели и кнопки аварийного останова, и реле обеспучивают защитное отключение электропитания системы силовых приводов при превышении заданных параметров. В современных системах защиты приводов переменного тока все чаще используется электроника. Эта тенденция усилилась настолько, что в 2008 году был принят новый стандарт для требований к функциональной безопасности приводных систем EN (IEC) 61800-5-2:2007 («Системы силовых электрических приводов с регулируемой скоростью – Часть 5-2: Требования безопасности – Функциональная безопасность»). Этот стандарт определяет требования к принципам проектирования приводных систем, связанных с безопасностью, а также ряд стандартных функций безопасности для приводов. Эти определения помогают определить маркетинговую терминологию, используемую для продвижения функций безопасности на рынок. Контакторы для безопасного останова вращающихся двигателей при аварии или предотвращения запуска, теперь могут быть исключены, благодаря новой функции, встроенной в секцию электропитания привода. Функция безопасного отключения момента (Safe Torque Off, STO) просто отключает модуляцию на выходе привода и полностью исключает возможность привода создавать в электродвигателе крутящий момент. Производительность процессов может

повыситься при использовании функции STO для защитного останова двигателя без отключения электропитания или цепи постоянного тока привода. Привод может быть быстро запущен повторно без перезарядки цепей постоянного тока или переустановки параметров управления. Если требуются дополнительные функции, то функции STO можно расширить, комбинируя ее с более совершенными функциями контроля. Предложения по внешнему оборудованию включают, например, реле выдержки времени или так называемые конфигурируемые системы безопасности. Они, обычно, занимают промежуточное положение между ПЛК и полупроводниковыми реле защиты. Конфигурируемые системы безопасности сегодня могут использоваться для реализации разнообразных стандартных функций защиты для приводов в соответствии с EN 61800-5-2. Типичные функции включают в себя различные функции защитного останова (категории останова 0, 1, 2 по стандарту EN 60204-1), безопасное ограничение скорости (Safely-Limited Speed, SLS), безопасное направление (Safe Direction, SDI), безопасный рабочий (фиксированный) останов (Safe Operating Stop, SOS), безопасное (механическое) управление тормозом (Safe Brake Control, SBC) и т.д. – всего около 17 функций. Такие конфигурируемые системы стали

При этом потребуются подробные инструкции поставщика привода для поддержки такой конфигурации. Если необходима надежная связь, то в системе часто предусматриваются две отдельные шины Fieldbus: одна шина для экстренной связи с устройством защиты, и одна шина, работающая в нормальном режиме, для связи с приводом с целью управления. С другой стороны, конфигурируемые системы безопасности (часто с множеством дополнительных входов и выходов) могут обеспечивать дополнительные функции управления для других однотипных систем машин за пределами сферы обеспечения безопасности. Оставляя позади использование внешних компонентов, следующим логическим шагом в безопасности приводов будет интегрирование функций безопасности в сам привод. Это дает ряд преимуществ: уменьшается количество кабелей, освобождаются входы и выходы привода, экономится пространство, а конфигурирование может выполняться через единственное соединение с одним комплектом средств настройки. Так как интегрированные функции безопасности являются специализированными для каждого привода, то процесс ввода в эксплуатацию, в основном, сводится к заданию значений параметров и опций поведения. Полного программирования базового набора функций больше не требуется в отличие от внешних систем, для которых необходимо блочное программирование функциональной логики. Более того, может использоваться единственное соединение по шине Fieldbus как для связи в нормальном режиме, так и для экстренной связи. Общая функциональность обеспечения безопасности может быть оптимизирована при обмене по шине информацией о состоянии между защитной и управляющей частями привода. И, разумеется, система становится внешне более привлекательной без всех этих отдельных блоков и проводов. Разработка защиты, интегрированной в привод, ставит сложные задачи перед изготовителями приводов. Тем не менее, стоимость установки усовершенствованной интегрированной системы безопасности обычно ниже, чем в случае, когда та же функциональность достигается с помощью внешних компонентов, особенно при реализации нескольких функций защиты.

Контакторы для безопасного останова вращения двигателей в аварийных ситуациях теперь могут быть исключены благодаря новой функции, встроенной в секцию электропитания привода. целесообразным вариантом при реализации нескольких функций безопасности в одной системе. Для одиночных функций безопасности по-прежнему более целесообразно использовать специализированные компоненты с одной функцией, например, реле выдержки времени или два реле с ручным управлением. Внешние компоненты обеспечения безопасности обычно требуют подсоединения и настройки для совместной работы с приводом. Разработка такой системы обычно предусматривает два отдельных устройства, подключаемых и конфигурируемых для совместной работы. Это, в принципе, может приводить к значительным усилиям при проектировании, монтаже и вводе в эксплуатацию такой системы.

Пользоваться точной информацией Интегрированные системы безопасности часто рекламируются в отраслевых журналах, на торгово-промышленных выставках и в научных статьях. Поэтому функции безопасности часто становятся отличительным качеством изделия, и безопасность преподносится как «обязательно необходимая» функция. Компоненты функциональной безопасности могут значительно повысить производительность и эксплуатационную пригодность машины с одновременным соблюдением требований безопасности. Но потребуется время для действительного понимания возможностей, предлагаемых функциями безопасности, и их последствий, а также для обеспечения того, чтобы эти функции совпали с действительными потребностями конкретного применения. Многие машиностроительные компании в настоящее время разрабатывают планы и спецификации для своего будущего механического оборудования. Но, так как современные предложения по функциональной безопасности не всегда понимаются в полной мере, то существует риск для покупателей поддаться рекламной шумихе и выбрать изделия, в действительности не отвечающие их потребностям. Вместо выбора изделий по наиболее полному набору функций безопасности или наивысшему уровню безопасности, происходит выбор «просто на всякий случай». Следовательно, для покупателей важно ясно понять и определить свои потребности в безопасности заблаговременно и выбрать изделия, отвечающие таким потребностям. Несмотря на множество средств, методов и правил в этой области, главной целью безопасности по-прежнему остается защита людей и окружающей среды. Чем больше информации имеет покупатель по системам безопасности, тем лучше он или она сможет отличить реальные преимущества от рекламной шумихи и, следовательно, избежать неправильных решений по приобретению этих систем. Компания АББ рекомендует своим заказчикам знать и быть готовым к этому, а также предлагает поддержку и консультации.

Микко Ристолайнен АВВ Drives, Хельсинки, Финляндия mikko.ristolainen@fi.ABB.com

Безопасность приводных систем

1 5

Эксплуатационные характеристики в условиях сейсмической активности Углубленный анализ сейсмостойкости объектов энергетики РОБЕРТ ПЛАТЕК, БОГУШ ЛЕВАНДОВСКИ – Обычные послед-

бак, вводы, верхнюю крышку и соединения, слишком велики,

ствия землетрясений - это сильные разрушения, возможные

чтобы установить его на платформе вибрационного стенда, а

человеческие жертвы и масштабные повреждения объектов

характеристики этих компонентов, полученные в результате их

инфраструктуры. Помимо фактического ущерба в результате

индивидуальных испытаний, необязательно являются типичны-

разрушения энергетических сооружений и оборудования,

ми, когда речь идет о системе, в состав которой они включены.

затраты времени на восстановление нормального режима

Кроме того, рассмотрение этих компонентов в сборе также

работы влекут дополнительные расходы вследствие упущенной

недостаточно, поскольку общие эксплуатационные характери-

прибыли и сокращения производительности. Аналогично

стики в условиях сейсмической активности будут изменяться

постоянным усовершенствованиям в области строительных

из-за жидкости внутри системы. Компания АББ разработала

технологий, позволяющим возводить здания с повышающимся

передовую комплексную методику, включающую проведение

уровнем сейсмостойкости, при разработке конструкций

испытаний и различные варианты моделирования, предназна-

электротехнического оборудования также предусматривается

ченную для более точной оценки эксплуатационных характери-

предотвращение его повреждений в таких условиях. Создание

стик компонентов в сборе в условиях сейсмической активности

сейсмостойких объектов энергетики - непростая задача.

и позволяющую разрабатывать трансформаторы, которые

Габариты крупного трансформатора, включающего фундамент,

останутся невредимыми после землетрясения.

1 6

AББ ревю 4|10

звестно несколько способов оценки эксплуатационных х а р а к т е р и с т и к электротехнического оборудования в условиях сейсмической активности. Как правило, эти способы включают выполнение статических расчетов для оценки сил, возникающих во время сейсмического явления при известном ускорении грунта, и сравнение полученных результатов с характеристиками сейсмостойкости оборудования. Эти характеристики могут быть получены как путем теоретических расчетов, так и в результате измерений в реальных условиях. При выполнении этих расчетов применяются две основные группы международных стандартов – IEEE 693 и IEC 61463. Стандарт IEEE 693-2005 “Рекомендованные методики по проектированию сейсмостойких подстанций” [1] выпущен в новой редакции и включает инструкции по аттестации оборудования электрических подстанций для эксплуатации в условиях сейсмической активности различной степени. Стандарт IEEE 693 настоятельно рекомендует, чтобы оборудование во время аттестации было установлено на опорной конструкции, которая будет применяться на подстанции. Напротив, стандарт IEC 61463 «Вводы – Аттестация характеристик сейсмостойкости» [2] представляет собой рекомендации Международной электротехнической комиссии (МЭК) по аттестации трансформаторных вводов на сейсмическую безопасность. В большинстве случаев вводы, соответствующие требованиям стандарта IEEE 693, также соответствуют требованиям стандарта IEC 61463. Хотя для аттестации критических компонентов на сейсмическую безопасность настоятельно рекомендуется проводить испытания на вибростенде, при оценке сейсмостойкости этих изделий весьма эффективным может оказаться применение методов численного анализа. Кроме того, в некоторых случаях, когда проведение испытаний невозможно вследствие большого веса оборудования (например, силовых трансформаторов), методы численного анализа являются единственным способом оценки динамических характеристик системы.

1 Отдельные формы мод колебаний ввода трансформатора SeismicRIP™ на 230 кВ (для увеличения деформаций применялся коэффициент масштабирования).

3 2

3 1 Мода 1

3 1

2 Мода 3

Анализ вводов трансформатора SeismicRIP Сложные конструкции могут иметь множество различных мод резонансных колебаний1 в опасном диапазоне сейсмических частот. Поэтому компания АББ проводит анализ динамических характеристик этих мод. Численный анализ ввода трансформатора SeismicRIP™ на 230 кВ в условиях сейсмических нагрузок проводился по методу конечных элементов (FEM). В соответствии с представленной далее методикой, оценка несущей способности конструкций в условиях сейсмических нагрузок проводилась на основе линейного анализа с использованием мод колебаний конструкции, не превышающих критическую частоту среза (33 Гц). Когда резонансные моды определены, благодаря их ортогональности 2 можно построить график линейного о т к л и к а конструкции как отклик системы с одной степенью свободы. Иначе говоря, механические характеристики конструкции ввода в условиях колебаний грунта выводятся как линейное наложение мод его собственных колебаний. Каждая собственная частота по-своему влияет на результирующие движения, в зависимости от спектра возбуждения (см. рис. 1). Результаты, полученные при моделировании, совпали с результатами измерений при испытаниях. Максимальное расхождение значений частоты свободных колебаний составило от 1 до 4 %. При максимальном ускорении в точке измерений (верхняя точка ввода) расхождения составили от 3 до 14 % [3]. Результаты проверки правильности

1 Мода 5

измерений чрезвычайно полезны при дальнейшей разработке цифрового инструментария для расчетов сейсмических данных. Динамические характеристики системы, включающей трансформатор в сборе с вводами Многие специалисты отмечают, что динамические характеристики ввода, установленного на трансформаторе, отличаются от значений, полученных при его индивидуальных испытаниях. Действительно, реакция трансформатора в сборе с вводами при сейсмических воздействиях зависит от взаимодействия взаимосвязанных компонентов. Кроме того, соединения оборудования, установленного на открытой местности,

Новые средства моделирования всегда должны быть проверены опытным путем. При этом можно оценить точность расчетов и выявить преимущества и недостатки. могут стать причиной его повреждений [4]. Для количественного описания этого эффекта требуются дополнительные исследования.

Ссылки 1 Мода – это схема перемещений тела, совершающего колебания. Обычно тело может совершать колебания в нескольких основных модах, а также в соответствии со всеми возможными наложениями этих мод. Например, балка с закрепленными концами может совершать колебания в форме полупериодических синусоидальных волн, но также может совершать колебания в форме синусоидальных волн с более высокой частотой. Количество мод колебаний сложного трехмерного твердого тела значительно больше, чем в приведенном примере простого одномерного тела. 2 Ортогональные моды колебаний – это моды, которые не вызывают взаимное возбуждение.

Эксплуатационные характеристики в условиях сейсмической активности

1 7

2 Распределение нагрузок на силовом трансформаторе при сейсмическом воздействии

4 Первый этап сейсмического анализа на основе взаимодействия жидкой среды и конструкции Воздух Вода Расчетный гидродинамический анализ

движение = вектор скорости (t)

Определение движений для гидродинамического анализа

3 Величина низшей собственной частоты колебаний ввода изменяется после его монтажа на оборудовании.

Частота (Гц)

LP Ввод

Ввод в сборе с верхней крышкой, поворотной опорой и баком

1 14.13 7.08 2 14.13 7.38 3 –

8.36

4 –

8.74

Величина низшей собственной частоты ввода, установленного на жесткой раме, не совпадает со значением частоты колебаний ввода, смонтированного на силовом трансформаторе.

Метод конечных элементов хорошо подходит для проведения дополнительных исследований и оценки динамических характеристик системы, включающей трансформатор в сборе с вводами (для вводов RIP под напряжение 230 кВ). В результате построения моделей для обоих случаев (для отдельного ввода и для системы, включающей трансформатор в сборе с вводами, см. рис. 2) были получены различные значения динамических характеристик. Частота свободных колебаний, определенная на модели отдельного трансформаторного ввода, не совпадает с частотой, определенной на модели ввода, смонтированного на трансформаторе (см. рис. 3). Результаты исследований однозначно подтверждают, что всеобъемлющий анализ характеристик трансформаторных вводов при сейсмических воздействиях требует рассмотрения системы в комплексе. 1 8

AББ ревю 4|10

Взаимодействие жидкой среды и конструкции Известно множество исследований, целью которых было правильное определение динамических характеристик системы, включающей трансформатор в сборе с вводами (с баком, верхней крышкой, поворотными опорами и вводами [4], [5]). Однако ни в одной из этих работ не учитывался чрезвычайно важный фактор – охлаждающая жидкость. Известны работы, в которых рассматривалось воздействие охлаждающей жидкости на реакцию напорного бака при сейсмическом воздействии [6], а также исследования характеристик таких систем в условиях эксплуатации в открытом море и при морской транспортировке [7]. Но все эти работы имеют лишь косвенное отношение к определению динамических характеристик системы, включающей трансформатор в сборе с вводами. Для изучения влияния охлаждающей жидкости на динамические характеристики было предложено провести исследования взаимодействия жидкой среды и конструкции. В основе методики исследования взаимодействия жидкой среды и конструкции лежит обмен данными, полученными при моделировании потока жидкости и при измерении механических характеристик. Сейсмический анализ на основе взаимодействия жидкой среды и конструкции Полный сейсмический анализ (синусоидная развертка, временная диаграмма землетрясения, испытания на синусоидную пульсацию) - комплексный процесс. Так, при подготовке к испытаниям на синусоидную пульсацию, при которых проводится определение мод и их форм, жидкость должна быть смоделирована как акустическая среда. На основе результатов этого этапа можно определить исходные условия (движения) для расчетного гидродинамического анализа (см. рис. 4). Полный объем исследований на основе взаимодействия жидкости и конструкции

Расчет конструкции Расчет собственных мод – данные о модах

проводится на следующем этапе (см. рис. 5). Для проведения расчетного гидродинамического анализа создается модель конструкции (бака) с жидкостью, а для расчета конструкции используется модель пустого бака. Принципы расчетной гидродинамики также применяются при моделировании воздействия воздушного потока на жидкость. Данные о силах, действующих на стенки конструкции, поступают в систему расчета конструкции и применяются как граничные условия. Затем данные о новой форме конструкции передаются на инструменты расчетного гидродинамического анализа, которые выполняют обновление масштабной сетки модели для следующего приращения. При оценке деформирующих напряжений, растяжений и деформаций конструкции учитывается динамика жидкости.

Результаты, полученные при моделировании, совпадают с результатами измерений при испытаниях. При анализе ввода трансформатора SeismicRIP максимальное расхождение значений частоты свободных колебаний составило от 1 до 4 %. Экспериментальная проверка предложенной методики Новые средства моделирования всегда должны быть проверены опытным путем. При этом можно оценить точность расчетов и выявить преимущества и недостатки. Для экспериментальной проверки применялся, в частности, опытный комбинированный измерительный высоковольтный трансформатор JUK 145. Измерительная установка показана на рис. 6а. В процессе моделирования для анализа

5 Второй этап сейсмического анализа на основе взаимодействия жидкой среды и конструкции

6 Экспериментальная проверка результатов моделирования a

Жидкость

Расчетный гидродинамический анализ – Свободная конвекция воздуха – Обновление масштабной сетки модели

Бак

Расчет конструкции – Деформации – Напряжения – Растяжения

Бак

Новая форма стенок

7 Сравнение значений собственной частоты колебаний, измеренных при испытаниях и полученных расчетным путем на модели, построенной для анализа на основе взаимодействия жидкости и конструкции LP

Силы, действующие на стенки

Измеренная частота (Гц)

Расчетная частота (Гц)

Сухие Масло- Сухие Масло

наполненные

1 8.5

5.4

6.21

5.09

2 10.5

6.2

13.88

11.17

3 24.6

25.39

16.52

4 25.4

27.5

19.56

28.64

20.64

28.85

23.75

на основе взаимодействия жидкости и конструкции (акустическая среда) была построена трехмерная модель (см. рис. 6b), на которой проводился анализ мод колебаний трансформатора (см. рис. 6с). Сравнение результатов (фактических измерений и моделирования) приведено на рис. 7. Следующий этап включал подготовку к проведению лабораторных сейсмических испытаний. Трансформатор JUK 145 успешно прошел аттестацию для эксплуатации в условиях сейсмической активности в соответствии с требованиями стандарта IEC 60068. Запланировано проведение полного объема модельных испытаний на основе взаимодействия жидкой среды и конструкции, что позволит провести дополнительные экспериментальные проверки. Прогресс в области моделирования сейсмической активности Результаты испытаний вводов на вибростенде продемонстрировали их хорошие эксплуатационные характеристики в аспекте общей реакции, определенной стандартом IEEE 693 [8]. При аттестации оборудования для эксплуатации в условиях сейсмической активности целесообразно принять во внимание результаты анализа характеристик вводов трансформатора SeismicRIP по методу конечных элементов, которые де-

6a В ысоковольтный измерительный трансформатор, предназначенный для анализа 6b Трехмерная модель высоковольтного измерительного трансформатора 6c Распределение нагрузок при расчетной низшей моде колебаний

Установлено, что при сейсмическом воздействии охлаждающая жидкость оказывает большое влияние на эксплуатационные характеристики трансформатора в сборе с вводами.

монстрируют возможность прогнозирования относительного ускорения и перемещения с высоким уровнем точности [3]. Однако, если не ограничиваться этим, понимание механизмов взаимодействия компонентов оборудования подстанций и охлаждающей жидкости при сейсмическом воздействии имеет огромное значение. Дальнейшие исследования этих процессов могут способствовать повышению эксплуатационных характеристик подстанций и продуктов, заполненных жидкой средой. Работы по исследованию фактора жидкой среды при аттестации продуктов, заполненных жидкостью, для эксплуатации в условиях сейсмической активности продолжаются. Бесспорно, предложенная методика уникальна, она помогает оценить динамические характеристики системы в целом и улучшить ее эксплуатационные характеристики при сейсмическом воздействии.

Роберт Платек Компания ABB, отдел корпоративных исследований Краков, Польша robert.platek@pl.abb.com Богуш Левандовски Компания ABB, отдел высоковольтной продукции Лодзь, Польша bogusz.lewandowski@pl.abb.com

Более подробная информация [1] Стандарт IEEE 693-2005, Рекомендованные методики Института инженеров по электротехнике и электронике (IEEE) по проектированию сейсмостойких подстанций, Отдел стандартизации IEEE, 2005. [2] Стандарт IEC 61463 Технический отчет II; Вводы – аттестация характеристик сейсмостойкости, Luglio, 1996. [3] Дж. Рокс, Н. Кох, Р. Платек, Е. Новак (2007). Реакция трансформаторных RIP-вводов при сейсмическом воздействии. Всемирный конгресс INMR по изоляторам, разрядникам и вводам, Бразилия. [4] С. Эрсой, М.А. Саадежвазири (2004). Реакция систем, включающих трансформатор в сборе с вводами, при сейсмическом воздействии. Сборник трудов IEEE по проблемам поставки электроэнергии, Энергетическая ассоциация при Институте инженеров по электротехнике и электронике (IEEE), том 19. [5] А. Фильятраут, М. Эери, Р. Матт (ноябрь 2005). Экспериментальная оценка реакции систем, включающих высоковольтный трансформатор в сборе с вводами, при сейсмическом воздействии. Earthquake spectra, том. 21. [6] Р. Ливаоглу, А. Догангун (2005). Оценка реакции систем, включающих наземный напорный бак с жидкостью, установленный на фундаменте, при сейсмическом воздействии в диапазоне частот. Технический университет Карадениз, факультет гражданского строительства. Трабзон, Турция. [7] М. Вармовска (2006). Численное моделирование движения жидкости в частично заполненном баке. Opuscula Mathematica, том 26, № 3. [8] А.С. Уитттакер, Дж.Л. Фенвес, А.С.Дж. Джиллиани (2001). Оценка методик аттестации высоковольтного оборудования подстанций, предназначенного для эксплуатации в условиях сейсмической активности. In P. Chang (Ed.), Международный Конгресс и выставка по строительным конструкциям. Вашингтон, округ Колумбия.

Эксплуатационные характеристики в условиях сейсмической активности

1 9

2 0

AББ ревю 4|10

Полупроводники – важнейшее средство реализации энергосетей Полупроводники являются важнейшим элементом сетей энергоснабжения КЛАЕС РИТОФТ, ПИТЕР ЛУНДБЕРГ, ХАРМИТ БАВА, МАРК КУРТИС – Отрасль энергетики быстро изменяется в связи с постоянно растущим уровнем потребления электроэнергии, расширением использования альтернативных и часто удаленных источников электроэнергии, а также все большим вниманием к эффективности использования энергии и надежности сетей. Развитие силовых полупроводниковых приборов и использование этой технологии в различных областях силовой электроники способствуют многим таким изменениям. Силовые полупроводниковые приборы стали основными компонентами коммутационных устройств на основе силовой электроники, которые регулируют передачу электроэнергии и ее преобразование для получения формы колебаний и частоты, необходимых для различного применения. Полупроводники лежат в основе многих технологий энергетики, и являются важнейшим фактором, определяющим характеристики будущих сетей энергоснабжения

радиционно сети электроснабжения создавались вокруг больших централизованных электростанций, генерирующих электроэнергию предсказуемым и контролируемым образом, которая затем стабильно подавалась в сеть. Несмотря на часовые флуктуации потребления, в этих сетях поддерживалось однонаправленное распространение электроэнергии. В настоящее время существуют аналогичные часовые флуктуации потребления, однако, возросшее использование возобновляемых источников энергии, применяемых для сокращения выбросов CO2, означает, что сети энергоснабжения также должны справляться с колебаниями подачи электроэнергии. Такие нерегулярные и изменчивые источники энергии (например, солнечной и ветровой) подчеркивают необходимость хранения энергии, а также наличия систем, координирующих доступные источники выработки энергии с изменяющимися зависимостями потребления.

парниковых газов. Увеличение мощности для использования электромобилей и управление растущим спросом еще больше повысят сложность энергосистемы, создавая стимулы для разработки более интеллектуальных, гибких и надежных сетей. Компания АББ разработала и внедрила ряд новаторских технологий, помогающих отрасли энергетики выполнить эти обязательства. Данные технологии основаны на применении силовых полупроводниковых приборов, что объясняет недавнее расширение АББ своих производственных мощностей. Производство и продолжающаяся разработка специализированных силовых полупроводниковых приборов обеспечивают компании АББ важнейшее

Полупроводники лежат в основе многих технологий энергетики, и являются важнейшим фактором, определяющим характеристики будущих сетей энергоснабжения.

Флуктуации спроса и предложения могут до некоторой степени компенсировать друг друга за счет торговли электроэнергией. Эффективная передача электроэнергии от источника к потребителю через соседние энергосети, возможно на большие расстояния и в обе стороны, связана с рядом проблем. Эти проблемы обостряются в связи с постоянно растущим спросом на энергию, который должен удовлетворяться при одновременном снижении выбросов

место в реализации этих технологий. АББ объединится с энергетической промышленностью для решения задач по разработке гибких, эффективных и надежных сетей энергоснабжения, внедряя новаторские решения на основе применения полупроводниковых приборов большой мощности, разработанных для получения более высоких рабочих характеристик рис. 1.

Полупроводники – важнейшее средство реализации энергосетей

2 1

1 Технология для корпусов полупроводниковых приборов В изолированном корпусе полупроводниковый элемент Ô f гальванически изолирован от радиатора Ô c. Электрические контакты в модуле обеспечиваются при помощи проволочных выводов. В случае пробоя эти выводы обычно испаряются и модуль перестает проводить ток. В корпусе с прижимным контактом ток нагрузки поступает через одну поверхность Ô k и выходит через противоположную. Низкое электрическое и тепловое сопротивление контактов обеспечивается благодаря высокому механическому давлению на поверхности. В случае пробоя кремниевый полупроводник Ô l и молибден в Ô i плавятся и соединяются, таким образом, ток будет продолжать протекать.

Ô d Ô e Ô f

Ô a Силовые выводы и выводы управления Ô b Проволочный вывод Ô c Радиатор a

Керамика (обычно AIN) Пластина основания (обычно AlSIC) Полупроводник

f e

i i

k j k

Практически все серийно выпускаемые полупроводниковые приборы основаны на применении кремния. Но постоянная оптимизация технологии кремниевых материалов привела к тому, что их характеристики очень близки к физическим пределам. Это означает, что возможности оптимизации данного аспекта конструкции ограничены. Однако, еще остается значительный потенциал для совершенствования корпусов полупроводниковых приборов. Имеется две основные формы корпусов полупроводниковых приборов большой мощности. Основная разница между ними заключается в том, что в изолированном модуле электрическая цепь гальванически отделена от радиатора с помощью керамического изолятора, а в варианте с прижимным контактом ток проходит по вертикали через весь модуль, т.е. в том числе и через радиатор. Оба варианта корпуса пригодны для биполярных транзисторов с изолированным затвором (IGBT) и биполярных транзисторов с коммутируемым затвором (IGCT). Однако, в настоящее время на практике IGCT выпускаются только в корпусах с прижимным контактом, а IGBT – в обоих вариантах. Сейчас изолированные корпуса в основном используются для систем с малой выходной мощностью (в основном ниже 1 МВт), так как стоимость строительства цепи может быть ниже. С другой стороны, корпуса с прижимным контактом предпочитают использовать для выходной мощности свыше 10 МВт. Имеется несколько причин для такого

Возобновляемая энергия Как правило, наиболее надежные источники возобновляемой энергии, например, сильный ветер, интенсивное солнечное излучение или большие объемы движущейся воды, находятся в удаленных регионах Земли, на большом расстоянии от населенных пунктов и промышленных центров. Передача электроэнергии на большие расстояния с использованием 2 2

Ô j Корпус (керамика) Ô k Медь Ô l Полупроводник

b d

Ô g Корпус Ô h Радиатор Ô i Компенсация CTE1 (Mo)

AББ ревю 4|10

системе сверхвысокое, высокое, среднее или низкое напряжение. Для каждого цикла кабель переменного тока заряжается до напряжения системы и затем снова разряжается. Такой ток зарядки увеличивается по мере увеличения длины кабеля. При определенной длине ток зарядки кабеля и его оболочки становится настолько большим, что не остается никакой полезной энергии, однако, задолго до достижения этой длины, передача электроэнергии становится неэкономичной. С другой стороны, для кабеля постоянного тока нет соответствующего тока зарядки. Для такого кабеля полезным является весь ток. Для эффективной передачи электроэнергии потребителям на большие расстояния с малыми потерями, шведская компания ASEA, предшественница АББ, в начале 1950-х годов разработала систему передачи энергии постоянного тока мощно-

предпочтения. Две наиболее важные рассматриваются ниже: – В системах с очень высокой выходной мощностью полупроводниковые приборы должны быть соединены параллельно и/или последовательно. Для таких систем корпуса с прижимным контактом обладают значительными преимуществами, так как модули можно устанавливать в стеки. При этом они разделяются только радиаторами. В качестве примера можно привести высоковольтные системы передачи постоянного тока, в которых последовательно соединяются до 200 модулей. – Корпус с прижимным контактом должен использоваться в том случае, если требуется обеспечить гарантированное бесперебойное протекание тока (например, в случае инвертора тока). В случае пробоя полупроводника в корпусе с прижимным контактом происходит сплавление металлических выводов, в результате чего обеспечивается путь тока с низким полным сопротивлением. И, наоборот, в изолированном корпусе ток проходит через проволочные выводы, которые в случае пробоя испаряются под действием импульса большого тока и цепь размыкается.

Примечание 1 CTE – коэффициент теплового расширения

традиционных систем передачи переменного тока оказывается менее эффективной и в некоторых случаях не может быть использована. Например, для подводных кабелей, необходимых для передачи электроэнергии от расположенных в море ветровых турбин на материк. Проблема заключается в том, что в системе переменного тока направление тока изменяется 50 или 60 раз в секунду (т.е. 50 / 60 Гц), независимо от того, используется ли в

АББ объединится с энергетической промышленностью для решения задач по разработке гибких, эффективных и надежных сетей энергоснабжения. стью 30 мегаватт. Такая система была впервые использована между островом Готланд и материковой частью Швеции рис. 2. Эта линия электропередачи была важной, так как позволила передавать большой объем электроэнергии с малыми потерями по подводным кабелям, обеспечив островитян надежным доступом к дешевой электроэнергии. После этого первого опыта компания АББ продолжала совершенствовать технологию и заменила использовавшиеся ранее хрупкие ртутные вентили, применявшиеся для преобразования переменного тока в постоянный и постоянного в переменный, надежными силовыми полупроводниковыми приборами. В настоящее время некоторые из крупнейших городов мира, включая Шанхай, Дели, Лос-Анджелес и Сан-Паулу, получают огромные объемы электроэнергии, часто на расстояния в тысячи километров, с использованием высоковольтных линий передачи постоянного тока. Кроме того, компания АББ проложила несколько подводных высоковольтных кабелей постоянного тока, соединивших ряд стран западной Европы, в том числе Норвегию и Нидерланды по проекту

2 Прокладка кабеля для высоковольтной линии постоянного тока на остров Готланд в 1954 г.

3 Зал тиристорных вентилей

4 Линия сверхвысокого напряжения постоянного тока Сянцзяба – Шанхай длиной 2071 км

Китай Шанхай Сянцзяба

NorNed. АББ также соединила морские ветровые электростанции с материком, в том числе самую удаленную морскую ветровую электростанцию, расположенную в Северном море в 128 километрах от материковой части Германии по проекту BorWin1. Для достижения этих целей АББ разработала серию высоковольтных систем передачи постоянного тока для ряда специализированных применений. HVDC Classic Система HVDC (высоковольтная передача постоянного тока) Classic, как предполагает ее название, была новаторской технологией, в которой сначала использовались ртутные вентили. В настоящее время для преобразования мощности используются тиристоры (см. описание этих устройств в статье «Полупроводники без тайн» на стр. 26 АББ Ревю 3/2010). Тиристоры соединяют последовательно и включают в состав тиристорных модулей, в которых каждый тиристор может выдержать напряжение 8,5 киловольт (кВ). Эти модули (в корпусах с прижимным контактом) затем последовательно соединяют по слоям для получения тиристорных вентилей на полное напряжение рис. 3. Для данного применения частота переключения каждого тиристора составляет 50 Гц (или 60 Гц). Данная система в основном используется для передачи больших объемов электроэнергии на большие расстояния по суше или под водой, что позволяет соединять сети электроснабжения между собой для достижения более высокой стабильности, где нельзя использовать традиционные методы передачи переменного тока. Современные системы HVDC рассчитаны на очень большую мощность и

обладают очень высокими показателями надежности. Потери в преобразователях невелики, стоимость оборудования минимизирована, так как данная технология является сравнительно отработанной. Системы HVDC будут играть важную роль в сетях будущего. Компания АББ обладает уникальными возможностями, так как производит все основные компоненты, начиная от кабелей, преобразователей и трансформаторов и до силовых полупроводниковых приборов. Ultra-HVDC Совсем недавно достижения технологии позволили повысить номинальное напряжение до 800 кВ с использованием систем UHVDC (ультра HVDC). Для достижения такого уровня мощности были внедрены новые 6-дюймовые тиристоры площадью 130 см2, которые позволили повысить нормальный ток до 4000 А без влияния на частоту переключения. Такие новаторские решения позволили получить самое большое увеличение мощности и эффективности передачи электроэнергии более чем за два десятилетия. Данная технология была использована для передачи 6400 МВт электроэнергии на расстояние более 2071 км от гидроэлектростанции Сянцзяба на юго-западе Китая до Шанхая на востоке, обеспечив экологически чистой электроэнергией приблизительно 31 миллион человек рис. 4.

5 Модуль StakPak™ c биполярными транзисторами с коммутируемым затвором (IGBT) Кремниевая пластина с чипами Чип одного IGBT

Модуль StakPak™

Субмодуль

Компания АББ проложила несколько подводных высоковольтных кабелей постоянного тока, соединивших ряд стран западной Европы, включая проект NorNed, линию длиной 580 км между Норвегией и Нидерландами.

HVDC Light Полезная адаптация системы HVDC Classic была произведена в 1990-х годах, когда АББ разработала систему HVDC Light®. В этой системе для преобразования мощности используются транзисторы, Полупроводники – важнейшее средство реализации энергосетей

2 3

6 Зал вентилей IGBT

7 Крупные установки с использованием системы HVDC Light и SVC Проект

а не тиристоры. Система HVDC Light также позволяет передавать электроэнергию на большие расстояния с использованием незначительно влияющих на окружающую среду подземных и подводных кабелей или воздушных линий. Однако использование быстродействующих полупроводниковых переключателей с управляющим затвором, например, биполярных транзисторов с изолированным затвором (IGBT), сделало возможным использование современных преобразователей напряжения (VSC) в качестве составной части системы, что позволяет быстро вводить или поглощать реактивную мощность. Отличные возможности стабилиза-

ния. Для построения системы HVDC Light с номинальной мощностью 300 МВт, соединяют последовательно 6000 модулей StakPak, содержащих приблизительно 200 000 чипов IGBT рис. 5 и рис. 6. Каждый модуль StakPak состоит из нескольких субмодулей (их может быть два, четыре или шесть). Частота переключения IGBT может определяться в соответствии с применением и обычно находится в диапазоне от нескольких сотен герц до 1 кГц. Соединение IGBT описанным образом позволяет получить компактный электронный преобразователь мощности с высокой степенью управляемости, способный обеспечить стабильность напряжения даже для сетей без д о п ол н и тел ь н ы х источников мощности. Первый проект с использованием системы HVDC Light представлял собой опытную линию передачи на 10 кВ Халлсьон-Грангесберг, которая была построена в 1997 г. После этого было построено много преобразовательных подстанций, самая крупная из которых имеет максимальный запирающий ток 4000 А при нормальной работе и может выдерживать приблизительно 18 кА в условиях короткого замыкания рис. 7.

Компания АББ обладает уникальными возможностями, так как производит все основные компоненты, начиная от кабелей, преобразователей и трансформаторов и до силовых полупроводниковых приборов. ции переменного напряжения на вводах делают эту технологию идеально подходящей для ветровых электростанций, на которых изменения скорости ветра могут вызывать сильные флуктуации напряжения. Аналогично, выдающаяся управляемость и гибкость этих устройств приводит к расширению их использования для соединения буровых для добычи нефти и газа с материком, а также для соединения сетей энергоснабжения. Но в отличие от тиристоров, для управления которыми используется ток затвора, для управления переключением IGBT требуется только небольшой сигнал напряже2 4

AББ ревю 4|10

Гибкие системы передачи электроэнергии переменного тока (FACTS) В силовых системах переменного тока всегда возникали проблемы с реактивной мощностью. Данный компонент мощности переменного тока потребляется конденсаторами, трансформаторами и асинхронными электродвигателями, которые являются распространенными элементами

Кол-во преобразователей

Год ввода в эксплуатацию

1 Hällsjön

1997

2 Hagfors (SVC)

1999

3 Gotland

1999

4 Directlink

2000

5 Tjæreborg

2002

6 Eagle Pass

2000

7 Moselstahlwerke (SVC)

2000

8 Cross Sound Cable

2002

9 Murraylink

2002

10 Polarit (SVC)

2002

11 Evron (SVC)

2003

12 Troll A

2005

13 Holly (SVC)

2004

14 Estlink

2006

15 Ameristeel (SVC)

2006

16 ZPSS (SVC)

2006

17 Mesnay (SVC)

2008

18 Martham (SVC)

2009

19 Liepajas (SVC)

2009

20 Siam Yamato (SVC)

2009

21 BorWin 1 (Nord E.ON 1)

2010

22 Caprivi Link

2010

23 Valhall

2010

24 Liepajas Metalurgs (SVC)

2010

25 Danieli – GHC2 (SVC)

2011

26 Danieli – UNI Steel (SVC)

2011

27 EWIP

2012

сети переменного тока. Вызываемые этими элементами потери мощности связаны с возникновением магнитных полей (в случае индуктивных элементов) или электрических полей (в случае емкостных элементов), что значительно снижает реально доступную в системе мощность (объяснение активной и реактивной мощности приводится на стр. 35 АББ Ревю 3/2009). Устройства компенсации реактивной мощности, например, батареи статических конденсаторов рис. 8, могут автоматически подключаться к системе при индуктивных условиях, что приводит к повышению напряжения в системе, электрические реакторы могут использоваться для поглощения вар (вольт-ампер реактивной мощности) системы, что приводит к снижению ее напряжения в емкостных условиях. Если реактивная мощность не будет компенсирована на месте, она будет распространяться по линиям передачи, приводя к дестабилизации сети, что может привести к отключению электроснабжения. Термин FACTS относится к группе технологий, повышающих безопасность, пропускную способность и гибкость систем передачи электроэнергии. Эти технологии могут использоваться для новых или су-

8 Батарея конденсаторов

ществующих линий передачи электроэнергии при последовательном подключении, например, при использовании последовательно включенных конденсаторов с тиристорным управлением (TCSC) или последовательно включенных реакторов с тиристорным управлением (TCSR); или при параллельном подключении, например, при использовании статических компенсаторов реактивной мощности (SVC) или статических синхронных компенсаторов (STATCOM). Эти устройства оптимизируют передачу мощности и стабилизируют напряжение посредством компенсации реактивной мощности с использованием силовых электронных устройств. TCSC и TCSR Тиристоры могут использоваться для автоматического подключения конденсаторов с помощью TCSC или реакторов с помощью TCSR, чтобы стабилизировать напряжение. TCSC особенно полезны для стабилизации напряжения при соединении сетей электропередачи. Они использовались для соединения северной и южной сетей электропередачи Бразилии. С весны 1999 г. компания Eletronorte из Бразилии использует поставленную АББ систему TCSC и пять батарей статических конденсаторов (SC) для соединительной линии Eletronorte на 500 кВ между северной и южной сетями электропередачи рис. 9. АББ установила приблизительно 1100 Мвар последовательно включенных конденсаторов, что обеспечило стабильность обеих соединенных сетей электропередачи. SVC При использовании систем HVDC Classic и UHVDC, устройства SVC устанавливают

9 Система TCSC в Императрис, Бразилия

в точках подключения их к сети переменного тока, чтобы можно было вводить или поглощать реактивную мощность. Это связано с тем, что системы HVDC могут передавать только активную мощность, таким образом, они создают эффективный барьер для распространения реактивной мощности. В то время как такая схема может предотвратить “эффект домино” каскадного распространения реактивной мощности, которое может охватывать всю сеть, приводя к лавине напряжения и отключениям, она также сокращает доступные источники реактивной мощности. С целью компенсации такой нехватки реактивной мощности, устройства SVC должны устанавливаться в точке подключения HVDC, чтобы обеспечить стабильность и предоставить местные возможности для поглощения или ввода реактивной мощности. Одно из последствий соединения сетей электропередачи в целях торговли электроэнергией заключается в повышении уязвимости сети к распространению проблем. Имеется два преимущества использования систем HVDC для соединения сетей переменного тока. Они образуют барьер для распространения реактивной мощности, как было описано выше, и также позволяют соединять распределительные магистрали с различной частотой или сети с одинаковой номинальной частотой, но без фиксированной связи между фазами, или же сети, для которых выполняются оба эти условия (т.е. сети с различной частотой и разным количеством фаз). Естественно, что нет необходимости в большой длине таких соединений. В одном здании может быть установлена короткая вставка постоянного тока с оборудованием HVDC со статическими инверторами и выпрямителями.

10 Оборудование системы SVC Light

Увеличение мощности для использования электромобилей и управление растущим спросом еще больше усложнят энергосистему, создавая стимулы для разработки более интеллектуальных, гибких и надежных сетей.

Полупроводники – важнейшее средство реализации энергосетей

2 5

11 SVC Light с накоплением энергии

12 Увеличение пропускной способности систем электропередачи в последние годы HVDC Classic Пропускная Напряжение, В способность, МВт 6,000

2,000

На

1970

я пр

же

П сп ропу ос об скна но ст я ь

4,000

ни

HVDC Light Пропускная способность, МВт Потери, % 800 1,000 800 ая 600 кн ть ус о с п н о б Пр осо 400 3 сп П от ери 1 200 2000 2010 Год

1990 2010 Год

Значительные инновации Пропускная способность увеличилась в 6 раз по сравнению с 2000 г. По сравнению с 1970 г. напряжение повысилось на 100 кВ, до 800 кВ

Система SVC Light с накоплением энергии позволяет независимо регулировать как активную, так и реактивную мощность в сети.

STATCOM В дополнение к системе HVDC Light, которая использует устройства IGBT для получения функций VSC с целью быстрого ввода или поглощения реактивной мощности, система SVC Light® использует IGBT аналогичным образом. Система SVC Light представляет собой статический синхронный компенсатор (STATCOM), функции которого аналогичны функциям тиристорных устройств SVC, но который основан на использовании VSC. Полупроводниковые приборы IGBT для системы SVC Light установлены в модулях Stak-Pak и последовательно соединены для получения требуемого напряжения рис. 10. Обеспечиваемая IGBT более высокая степень управляемости позволяет получать более высокое качество электроэнергии благодаря снижению колебаний напряжения, вызываемых использованием потребителями электродуговых печей. Такие печи интенсивно потребляют не только активную, но и реактивную мощность. С целью компенсации быстроизменяющегося потребления реактивной мощности печами требуется столь же быстродействующее устройство компенсации. Такое высокое быстродействие обеспечивается современной технологией IGBT. Появление таких плавно регулируемых полупроводниковых устройств, способных 2 6

AББ ревю 4|10

обрабатывать большие мощности, позволяет применять системы SVC Light для регулирования динамически изменяющейся реактивной мощности в сети в пределах от десятков мегавольт-ампер (МВА) до значений превышающих 100 МВА. SVC Light с накоплением энергии Все более широкое использование возобновляемой энергии приводит к определенной нестабильности сетей. С целью повышения стабильности и надежности АББ представила последнее расширение серии FACTS, систему SVC Light® с накоплением энергии рис. 11. Это система динамического накопления энергии с использованием литий-ионных аккумуляторов, которая не только может вводить реактивную мощность, как обычная система SVC Light, но и может добавлять активную мощность, что создает альтернативу передаче и распределению мощности для обеспечения пиковых нагрузок. В настоящее время типичная номинальная мощность и емкость накопления находятся в диапазоне 20 МВт для периодов времени приблизительно от 15 до 45 минут, но данная технология может масштабироваться до мощности 50 МВт продолжительностью 60 минут и более.

Пропускная способность увеличилась в 10 раз по сравнению с 2000 г. По сравнению с 2000 г. потери для одного преобразователя снизились с 3% до 1%

и SVC Light и ряда других применений с целью управления переключением полупроводниковых приборов с очень большими частотами, а также для точного регулирования напряжения и мощности. Современные условия требуют все более совершенные сети электропередачи для обеспечения стабильной и надежной доставки требуемой мощности, несмотря на нерегулярный характер возобновляемых источников энергии, например, ветра, солнца, волн и приливов. С целью соблюдения новых требований к сетям электропередачи, в новых и существующих сетях все чаще применяются новаторские устройства силовой электроники с более высокими рабочими характеристиками. Рабочие характеристики систем HVDC Classic и HVDC Light быстро улучшались в течение последних 10 лет рис. 12. Расширение применения технологий полупроводников будет продолжаться и в будущем по мере того, как будут становиться реальностью такие передовые проекты, как Desertec и сети передачи постоянного тока.

Клаес Ритофт

Система управления MACH2™ Использование технологий силовой электроники для сетей электропередачи предоставляет возможности эффективно управлять величиной и направлением передачи мощности. С целью максимизации и защиты рабочих характеристик были разработаны средства управления, контроля и анализа работы высоковольтных систем постоянного тока. Система MACH2™ компании АББ представляет собой высокоэффективную систему управления и защиты для оборудования HVDC. В настоящее время она используется для традиционных систем HVDC, систем SVC

АВВ Power Systems, Цюрих, Швейцария claes.rytoft@ch.АББ.com Питер Лундберг АВВ Grid Systems, Вестерос, Швеция peter.lundberg@se.АББ.com Хармит Бава АВВ Power Products and Power Systems Цюрих, Швейцария Марк Куртис АВВ Corporate Communications Цюрих, Швейцария mark.curtis@ch.АББ.com

Интеллектуальное управление электродвигателями Контроллер UMC100 является хорошим примером гибкого, модульного и масштабируемого контроллера электродвигателя ПЕТЕР О. МЮЛЛЕР, АБХИCЕК УКИЛ, АНДРЕА АНДЕННА – На

лов управления и обратной связи должен осуществляться

крупных промышленных предприятиях, где для обеспечения

через модули входа и выхода, которые следует спроектиро-

необходимых перемещений в эксплуатации могут находиться

вать и подключить. Дополнительные защитные функции, такие

несколько тысяч электродвигателей, любые внеплановые или

как контроль температуры обмотки электродвигателя с

неожиданные отключения способны привести к нарушениям

помощью термистора, требуют применения дополнительных

техпроцесса, которые повлекут за собой значительные

устройств и электромонтажа. Эти и многие другие функции

расходы. По этой причине, важное значение приобретают

теперь интегрированы в одно единственное устройство,

факторы управления и защиты электродвигателей для

интеллектуальный универсальный контроллер электродвига-

обеспечения управляемого и надежного производственного

теля UMC100. Этот контроллер, который иногда называют

цикла. Некоторые существующие фидеры электродвигателей

интеллектуальным модулем управления электродвигателя,

часто выполнены на дискретных элементах с применением,

обеспечивает управление электродвигателем, его защиту,

например, тепловой защиты электродвигателя на основе

связь по полевой шине с системой управления и функции

биметаллического реле. В такой системе реализация функций

диагностики. По сравнению с традиционными фидерами

защиты и управления является громоздкой и сложной

электродвигателей контроллеры электродвигателей предлага-

задачей: функции управления и блокировки необходимо

ют много преимуществ на протяжении всего жизненного

запрограммировать в контроллере процесса, а обмен сигна-

цикла промышленной установки. Интеллектуальное управление электродвигателями

2 7

Модели электродвигателей

Все шире применяются комплексные решения, что отчасти объясняется прогрессом в технологии, облегчающим реализацию таких решений, а также тем, что эти решения в целом работают более эффективно, чем сумма отдельных, составляющих их элементов. Кроме того, анализ тенденций показывает, что данный фактор будет играть решающую роль в успехе компании. Учитывая тенденцию к интеграции устройств, АББ в течение определенного времени занимается расширением ассортимента изделий, и результат такого подхода можно увидеть на примере одного устройства, а именно интеллектуального контроллера электродвигателя UMC100. UMC100 – описание Этот универсальный контроллер электродвигателя (UMC), также известный как интеллектуальный модуль управления электродвигателем, предназначен для 3-фазных асинхронных электродвигателей переменного тока и объединяет в од2 8

AББ ревю 4|10

Минимальные требования к моделям электродвигателей приведены в Стандарте IEC 60947-4-1 [1], который определяет минимальное и максимальное время срабатывания расцепителя для различных типоразмеров электродвигателя (классы расцепителя) и значений тока электродвигателя. Например, стандарт предписывает, чтобы реле перегрузки или контроллер электродвигателя, защищающие электродвигатель с классом расцепителя 20, при превышении номинального значения тока в 7,2 раза отключали двигатель за время от 6 до 20 секунд. Соблюдение этого стандарта является минимальным требованием, предъявляемым к интеллектуальному контроллеру электродвигателя. Чрезмерно упрощенная модель электродвигателя может не зафиксировать динамику температуры достаточно точно и, в худшем случае, расцепитель может не сработать, когда реальная температура будет

ном устройстве функции защиты и управления электродвигателя, а также функции диагностики и связи по полевой шине. Контроллер UMC100 работает совершенно автономно и обеспечивает постоянную защиту электродвигателя, даже в случае отказа системы управления или шины. Электронная система измерения высокой точности позволяет эксплуатировать электродвигатель самым оптимальным образом и гарантирует надежное расцепление. Удобная конфигурация параметров осуществляется через стандартные файлы описания устройства (например, GSD/ EDS), панель управления или менеджер типов устройств (DTM). Менеджер DTM позволяет группировать сопряженные параметры, отображать на графическом дисплее отработку параметров и считы-

слишком высокой. Например, на температуру обмотки электродвигателя прямое влияние оказывает ток статора вследствие эффекта Джоуля и косвенное влияние - теплопроводность других частей электродвигателя. В надежной модели электродвигателя (модель A) необходимо учитывать оба эффекта, а в более простой модели (модель B) может учитываться только доминирующий первый эффект. На прилагаемом графике показаны результирующие графики для этих двух моделей, демонстрирующие работу электродвигателя в условиях перегрузки в течение определенного времени до момента отключения и повторной нагрузки до номинального уровня. Температурные характеристики этих двух моделей (синяя кривая для модели A, красная - для модели B) отображают конечную стадию (нагрузка до номинального уровня). В данном случае эффект теплопроводности имеет значение, поскольку электродвигатель был перегружен незадолго до этого момента, а температура обмотки может временно возрасти до величины, превышающей номинальное значение, как показывает результирующая кривая модели A. Следовательно, в данном случае оптимальную защиту электродвигателя обеспечит более сложная модель, а именно модель A. Различные модели электродвигателя Температура (% номинальной)

зменение глобальных рынков является одной из причин того, что многие компании вынуждены снижать свои эксплуатационные и производственные расходы, повышая при этом производительность и качество. Энергоэффективность – это еще один фактор, в улучшении которого особенно заинтересованы производители. Действительно, сейчас наблюдается повышенный спрос на модульные, гибкие и комплексные решения. Это в свою очередь заставляет многих производителей такого оборудования внимательно рассмотреть номенклатуру своей продукции и искать пути ее расширения в ответ на возросший спрос.

Для каждого интеллектуального контроллера электродвигателя требуется определенная модель электродвигателя. В модели осуществляется оценка температуры электродвигателя в динамике по времени для генерирования сигнала на расцепление и отключение двигателя при превышении заданного предельного значения. Выбор модели электродвигателя является важным шагом в процессе проектирования контроллера электродвигателя, который влияет на реализацию основной функции устройства. При этом принимается главное компромиссное решение: с одной стороны, модель должна быть как можно более простой. Сложная модель электродвигателя может не подойти к электронной платформе контроллера и иметь слишком много параметров, которые заказчику трудно определить и задать. С другой стороны, для эффективной защиты электродвигателя требуется точное определение его температуры.

104 102 100

Модель A Модель B

98 96 94

60 70 80 90 100 Время (мин.)

вать все данные измерений посредством интерактивного соединения с контроллером. На рис. 1 показана диалоговая панель менеджера DTM для настройки параметров защиты на основе измерения тока электродвигателя. Все необходимые на практике функции управления уже интегрированы в контроллер UMC100, предусмотрена также возможность простой настройки функций посредством параметров. Функции управления обеспечивают гибкую адаптацию к различным требованиям заказчика и позволяют выполнять настройку в широком диапазоне. Благодаря этому система управления значительно упрощается технически, поскольку функции управления полностью реализованы в контроллере электродвигателя. С помощью свободно программируемой логики можно реализовать функции управления для конкретного

1 Настройка параметров защиты с помощью менеджера DTM контроллера UMC100

применения. При необходимости повторно использовать существующие модули управления электродвигателя в распределенной системе управления (DCS), положение сигналов управления и контроля может быть адаптировано к текущей ситуации. Это особенно выгодно при модернизации старых установок. Поддерживаются четыре различные точки управления (шина, «на двигателе», дверь шкафа, портативный компьютер для обслуживания), рис. 2. В каждой точке управления можно активировать или

Этот универсальный контроллер электродвигателя (UMC), предназначенный для 3-фазных асинхронных электродвигателей переменного тока, объединяет функции защиты и управления электродвигателя в одном блоке. отключить управление электродвигателя, в зависимости от текущего режима (автоматический или местный). Базовое устройство оснащено шестью цифровыми входами, тремя релейными выходами и коммутируемым выходом 24 В. Для более сложных применений с большим количеством входов/выходов или специальных сигналов предлагаются модули расширения.

2 Редактор для функций управления, задаваемых пользователем

3 Источники отказов асинхронных электродвигателей Неисправный статор Электрические Повреждение изоляции - Диэлектрик Проводник Внутренние источники

Стержни ротора Нарушение центровки Механические Неисправный подшипник Вибрация станины Эксцентриситет воздушного зазора

Причины отказов

Перегрузка Техпроцесс - Пульсирующая нагрузка

Механические -

Установка

Неправильный монтаж - Неустойчивое основание

Небаланс - Последовательность фаз Выпадение фазы ЭлектриКолебание напряжения ческие Собы- Электромонтаж тия КЗ на землю Питание

Внешние источники

Другие

Контроллеры электродвигателя часто интегрированы в распределенную систему управления DCS. Для эксплуатации в различных регионах мира должна обеспечиваться поддержка различных полевых шин. Контроллер UMC100 поддерживает протоколы Profibus DP, DeviceNet, Modbus и CANopen, но также возможна автономная работа без полевой шины. Контроллер UMC100 работает со всем диапазоном токов от 0,24 до 850 A. Только для токов выше 63 A требуется дополнительный внешний трансформатор тока, который в большей степени действует в качестве предварительного делителя. И даже в случае небольших номинальных токов провода электродвигателя должны проходить через трансформаторы тока только раз. Разработчикам не приходится выбирать разные типы устройств в соответствии с номинальным током электродвигателя. Проблем, вызванных неблагоприятным перекрыванием диапазонов

Температура окружающей среды Высота над уровнем моря - Чистота Влажность

измерения тока, не возникает. В общем, число типовых свойств, которые должен внедрить разработчик, может быть сокращено, что упрощает планирование, материально-техническое обеспечение и обслуживание. Диагностика Как правило, неисправность электродвигателя приводит к останову техпроцесса, что в свою очередь существенно влияет на общие эксплуатационные расходы и затраты на техобслуживание. Нередко для определения причины неисправности диагностическая информация используется уже после того, как неисправность произошла. Поэтому четкая и полная диагностика асинхронных электродвигателей в условиях эксплуатации имеет первостепенное значение для предотвращения неисправностей и их быстрого устранения в случае появления.

Интеллектуальное управление электродвигателями

2 9

4 Панель управления позволяет отображать все данные на месте

Контроллер UMC100 – это большой шаг вперед к стратегии профилактического техобслуживания, для реализации которой до недавних пор требовалось применение дорогостоящих специализированных средств.

3 0

AББ ревю 4|10

Неисправности асинхронных электродвигателей могут быть различного типа, обусловленные внешними и/или внутренними источниками, с разными электрическими и механическими причинами, см. рис. 3. В настоящее время в промышленности применяется диагностика неисправностей асинхронных электродвигателей (особенно проблем, связанных с внутренними причинами) с помощью анализа характеристик тока электродвигателя (MCSA) [2, 3]. Однако по причинам стоимости эта диагностика используется главным образом для крупногабаритных электродвигателей и современных систем диагностики/ двигателей/приводов, более сложных и дорогих. Другие проблемы, такие как неисправности подшипников, тоже представляют интерес. Но эти проблемы могут не оказывать интенсивного прямого воздействия на электрическую цепь асинхронного двигателя и, следовательно, их обнаружение при использовании анализа MCSA может представлять трудность. Поэтому более эффективными могут оказаться другие типы диагностики, а именно анализ вибрации. Вместо того чтобы конфигурировать различные диагностические системы для контроля всех возможных аспектов неисправностей, идеальным решением было бы применение сравнительно дешевого контроллера электродвигателя со стандартными функциями защиты и диагностики, а также с интерактивными функциями диагностики электродвигателя. Именно таким контроллером является контроллер UMC100, в котором реализованы широкие возможности тестирования и анализа, такие как непрерывный счет часов работы двигателя, счет пусков и выключений при перегрузке, регистрация диагностических данных, определение времени пуска двигателя и максимального пускового тока и т. д. Все данные доступны через полевую шину и могут использоваться для планирования операций техобслуживания. Например, увеличение времени пуска способна указывать на замедленную реакцию подключенной нагрузки. Кроме того, информация о модели электродвигателя может быть использована в помощь для оператора в процессе эксплуатации установки. Например, если тепловая нагрузка электродвигателя превышает заданное предельное значение, оператор может уменьшить подачу материала в мешалку во избежание аварийного отключения. Современные средства диагностики являются одним из главных преимуществ интеллектуальных контроллеров электро-

двигателей. Доступ к функциям диагностики контроллера UMC100 обеспечивается через ЖК-панель управления, портативный компьютер для техобслуживания или шину. В случае неисправности электродвигателя очень важно провести быструю и комплексную диагностику. Практический опыт показывает, что хотя портативный компьютер часто имеется в наличии, он не всегда готов к немедленному использованию. Поэтому в контроллере UMC100 предложена многоязычная полная графическая ЖКпанель управления, закрепленная на дверце шкафа, на которой отображаются все данные и параметры состояния простым и понятным образом, см. рис. 4. Сообщения об ошибках отображаются открытым текстом, предусмотрена также возможность формирования специфических для данной установки текстов сообщений для свободно настраиваемых входов неисправностей. Таким образом, для поиска неисправностей портативный компьютер не требуется! Выгоды профилактического техобслуживания В сочетании с системами управления АББ, система Asset Monitor контроллера UMC100 помогает быстро определить, находится ли неисправность в самом контроллере, во внешней электрической цепи или в подключенном оборудовании. С этой целью Asset Monitor собирает все данные диагностики, предоставляемые контроллером UMC100 с настраиваемой периодичностью и регистрирует их по следующим категориям, как определено в рекомендациях NAMUR NE107: – неисправность – электродвигатель не готов к работе из-за функционального нарушения в полевом устройстве или его периферии (например, тепловой расцепитель); – функциональная проверка – выходной сигнал временно недействительный по причине выполнения работ на фидере электродвигателя (например, тестирование при вводе в эксплуатацию); – за пределами технических характеристик – хотя фидер электродвигателя еще готов к работе, но его параметры находятся за пределами заданных ограничений (например, ток электродвигателя выше/ниже заданного предельного значения); – необходимость техобслуживания – хотя фидер еще готов к работе, однако, указывает на немедленную необходимость техобслуживания (например, обрыв провода датчика PTC).

5 При использовании в устройствах с выдвижными секциями в центрах управления электродвигателями контроллер UMC100-FBP располагается в выдвижной секции, а соединение с полевой шиной установлено снаружи Канал последовательной связи в секцию

От предыдущего адаптера FieldBusPlug

Адаптер FieldBusPlug (например, для PROFIBUS) К следующему адаптеру FieldBusPlug Кабельная камера Контроллер UMC100

Эти сообщения помогают оператору предпринять соответствующие действия на конкретной установке, и при этом он не перегружен излишними подробностями состояния устройства.

Поскольку все необходимые функции защиты, контроля и управления интегрированы в одно устройство, значительно сокращается время и объем работ, требующиеся для электромонтажа. Персонал по техобслуживанию, с другой стороны, может легко увидеть все имеющиеся подробности на ЖК-панели контроллера или посредством менеджера DTM через шину связи, например, для получения конкретных указаний к действию по установке и контролеру. Описанные функции контроля и отчетности состояния могут использоваться для сбора, объединения, анализа и сравнения этой информации с данными за предыдущий период эксплуатации, например, для просмотра динамики изменения пускового времени. Кроме того, проще получить предупреждения о начальной стадии износа устройств и компонентов и их возможного отказа и передать их в понятном форме персоналу по техобслуживанию. Благодаря этому обеспечивается оптимальное планирование операций техобслуживания

и минимизации простоев. Все данные, относящиеся к техобслуживанию, доступны через полевую шину, т.е. эта информация, при необходимости, может быть передана также на уже существующие средства управления техобслуживанием. В общем, контроллер UMC100 позволяет сделать большой шаг вперед к стратегии профилактического техобслуживания, для реализации которой до недавних пор требовалось применение дорогостоящих специализированных средств и которая теперь становится экономически эффективной для многих областей применения. Простая установка в предельно ограниченном пространстве Благодаря компактной конструкции и интегрированной системе измерений, контроллеры электродвигателей можно установить даже в предельно ограниченном пространстве. Это является существенным преимуществом, особенно для устройств с выкатными низковольтными распределительными устройствами с ограниченным пространством или в случае модернизации существующих систем для установки современной системы управления электродвигателем, см. рис. 5. В таких установках невыгодно интегрировать узел полевой шины непосредственно в контроллер электродвигателя, так как для каждого отдельного устройства потребуется ответвление. Это часто вызывает проблемы нестабильности полевой шины. В результате, возникает необходимость снижения скорости передачи данных, что в свою очередь приводит к увеличению продолжительности цикла. Лучшим решением является разделение узла шины и контроллера электродвигателя. Отдельный узел шины остается в ка-

бельном отсеке и обменивается данными со своим контроллером в выдвижной секции. Линия шины имеет линейную топологию и не имеет ответвлений, что также выгодно для надежной эксплуатации. При снятии секции не теряется адрес узла, и если секции случайно перепутаны, это будет обнаружено автоматически! Отличное решение Осуществляя непрерывную передачу большого объема данных по эксплуатации, обслуживанию и диагностике от электродвигателя в систему управления, контроллер UMC100 позволяет обнаружить неполадки на раннем этапе и принять соответствующие меры по их предотвращению или по меньшей мере ограничить их последствия. Современная ЖК-панель управления в удобной форме отображает все эксплуатационные данные и данные по техобслуживанию и поддерживает функцию быстрого выявления неисправностей без необходимости использования портативного компьютера. Модульная структура контроллера предоставляет преимущества уже на этапе планирования и проектирования. А время и объем работ по электромонтажу значительно сокращаются благодаря тому, что все необходимые функции защиты, контроля и управления интегрированы в одно устройство.

По сравнению с традиционной технологией, контроллер UMC100 является отличным решением для реализации фидеров электродвигателей в промышленных установках, а также обеспечивает много преимуществ на протяжении жизненного цикла установки.

Петер О. Мюллер ABB STOTZ-KONTAKT GmbH, Heidelberg, Germany peter.o.mueller@de.abb.com Абхисек Укил, Андреа Анденна ABB Corporate Research, Baden-Dättwil, Switzerland abhisek.ukil@ch.abb.com andrea.andenna@ch.abb.com Литература [1] IEC-60947-4-1 International Standard. Contactors and motor starters – Electromechanical contactors and motor starters. Ed. 3.0 (9/2009). [2] Benbouzid, M. E. H. (2000). A Review of Induction Motors Signature Analysis as a Medium for Faults Detection. IEEE Transactions Industrial Electronics, vol. 47, no. 5, pp. 984–993. [3] Thomson W. T., Fenger M. (July/August 2001). Current signature analysis to detect induction motor faults. IEEE Industry Applications Magazine, pp. 26–34.

Интеллектуальное управление электродвигателями

3 1

Анализ технических решений Last Устройства плавного пуска или частотно-регулируемые приводы, или оба варианта? ХУАН ЗАГАРДИ, ЙЕСПЕР КРИСТЕНССОН, СЕРЕН КЛИНГ, ЙОХАН РИС – в системах обработки воды центробежные насосы приводятся в действие асинхронным электродвигателем с питанием непосредственно от сети. Регулирование расхода осуществляется несколькими различными средствами, а именно: дросселирование – очень неэффективный метод, поскольку гидравлические потери значительно повышаются при дросселировании потока посредством клапана; частотнорегулируемые приводы, рекомендуемые в качестве эффективного средства экономии энергии, которые обеспечивают регулирование расхода посредством управления частотой вращения вала электродвигателя; и в качестве альтернативного метода - включение и выключение насоса согласно точному циклу нагрузки – насос не работает непрерывно, а включается на время, необходимое для подачи заданного объема воды и отключается на остальное время. Если учесть, что во многих гидравлических системах рекомендуется использование преобразователей частоты или циклического управления (т.е. технологий плавного пуска), то какое же из этих двух решений является наиболее экономичным для снижения энергопотребления и обеспечивает самый оптимальный период окупаемости?

3 2

AББ ревю 4|10

Анализ технических решений Last

3 3

Номенклатура

Сноска 1 Путем уменьшения приложенного напряжения устройство плавного пуска обеспечивает плавный пуск электродвигателей переменного тока. Во время останова насоса гидравлический удар в системе не допускается благодаря управляемому понижению крутящего момента с помощью специального алгоритма, предусмотренного в устройстве плавного пуска.

3 4

AББ ревю 4|10

Характеристика производительности c динамикой по времени

Управление техпроцессом

Ручное управление U = 415В

U = 415В

Асинхронный электродвигатель

Центробежный насос

Циклическое управление

Управление дроссельным клапаном

Включение

Управление с частотным регулированием

(Ht, Q)

Выключение

(Ht, Q) (Hop, Qop)

0.75 1.0 Расход

Расход t_вкл = 75% t_общее t_выкл = 25% t_общее

Центробежный насос

Напор

Асинхронный электродвигатель

Расход

Частотное регулирование

Привод

Устройство плавного пуска PSE/PST

(H op, Qop)

U = 415В

Контактор

Напор

Так как метод дросселирования очень неэффективен, какое же из двух технических решений, частотно-регулируемые приводы или циклическое управление, является самым экономичным методом снижения потребления энергии, см. рис. 1? По существу, характер гидравлической системы, в которой используется центробежный насос, является определяющим фактором при выборе одного или другого метода управления. В сфере обработки сточных вод, например, включение/выключение центробежных насосов, как правило, выполняется под контролем системы управления техпроцессом. Остаточная вода (т. е. поступление из жилых или коммерческих зда-

Цикл включениявыключения

Напор

Фактор энергоэффективности безусловно занимает одно из первых мест в политике АББ, и компания вложила много времени, ноу-хау и ресурсов в разработку лидирующих на рынке решений для низковольтного оборудования – в виде преобразователей частоты и устройств плавного пуска1, – которые являются особенно подходящими для максимальной экономии энергии для насосных установок предприятий водоподготовки и водоочистки.

1 Иллюстрация системы с методами регулирования расхода посредством дросселирования, циклического управления и с помощью частотно-регулируемого привода

Напор

нергоэффективность – это тот аспект, который важен для заказчиков изделий и систем и который производители стремятся оптимальным образом реализовать в своих предложениях. В самом деле, общий анализ показывает, что инвестиции, связанные с приобретением электрооборудования, а также затраты, вызванные остановом производства для монтажа и ввода оборудования в эксплуатацию, компенсируются снижением потребления электроэнергии благодаря энергоэффективной эксплуатации.

Hbep [m]: гидравлический напор в точке оптимального КПД центробежного насоса; Qbep [m3/s]: производительность в точке оптимального КПД насоса; H st [m]: полная высота всасывания. Определяется как расстояние по вертикали, на которое насос должен поднимать воду. При подаче из скважины, это расстояние от уровня откачиваемой воды в скважине до поверхности грунта плюс расстояние по вертикали, на которое осуществляется подъем воды от поверхности грунта до точки выпуска. При откачке с открытой водной поверхности, это общее расстояние по вертикали от поверхности воды до точки выпуска; Q op [m3/s]: производительность в расчетном режиме системы. На практике, определяется для периодических пиков расхода (т. е. около 5 % времени на станциях водоподготовки); Hop [m]: гидравлический напор в расчетном режиме системы; H op,id [m]: гидравлический напор в расчетном режиме в идеальной системе; H t [m]: гидравлический напор, связанный с общей типовой производительностью Q [м3/с] в системе регулирования расхода с фиксированной частотой вращения и с дросселем; H d [m]: гидравлический напор, связанный с общей типовой производительностью Q [м3/с] в системе регулирования расхода с переменной частотой вращения; Hmax [m]: максимальная высота подъема жидкости данным насосом; Q max [m3/s]: максимальная производительность данного насоса.

(Hop, Q op)

0.75 1.0 Расход

Регулирование расхода до 75% расчетной производительности QOP (м 3/ч)

ний) обычно собирается в отстойниках или резервуарах для сточных вод до момента подачи с помощью насосов на муниципальные водоочистные станции [1]. С учетом наличия нескольких событий пуска, использование устройств плавного пуска значительно снижает риск засорения насосов шламом, содержащимся в воде, см. рис. 2. В общем, циклическое управление является привлекательной альтернативой частотно-регулируемому приводу, несмотря на утрату гибкости при регулировании расхода. Иначе говоря, устройство плавного пуска считается подходящей и конкурентоспособной технологией, предохраняющей асинхронный электродвигатель от электрических нагрузок, механических

2 Компактное устройство плавного пуска серии PSE АББ используется в основном для управления насосными установками

3a Выбор насоса для промышленной установки

3b Уменьшение гидравлического КПД в насосах 90 кВт и 350 кВт вследствие превышения номинального типоразмера на 15% 90 85 80 75 70 65 60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0

Hmax

Идеальный насос (Qop = Qbep)

Hop Hbep Hop,id

Гидравлическая нагрузка (идеальная система)

Hst

Гидравлическая нагрузка (реальная система)

Имеющийся коммерческий насос (Qop < Qbep)

Q op

Qbep

Qmax

Производительность (м 3/ч)

Гидравлический КПД (%)

Высота (м)

4 Характеристические данные двух анализируемых насосов Изготовитель Мощность (кВт) Hmax (m)

Hbep (m)

Qbep (m3/h)

Идеальная_350 кВт Реальная_350 кВт Идеальная_90 кВт Реальная_90 кВт 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 Q/Qop (безразм.)

ηmax (%)

Aurora

43.6 27.6 575 74.8

Aurora

350

52.7 33.8 2,500 84.5

6 Изменение электрического КПД (%) в цепи силовой электроники (устройство плавного пуска и преобразователь) с гидравлической нагрузкой

Высота (м) Hmax Hop

Hst = 5% Hmax

Высота (м) Hst = 25% Hmax

Hmax Hop Hst

Производительность (м3/ч)

Qop

Производительность (м3/ч)

Qop

Высота (м) Hmax Hop

Hst = 50% Hmax

Кривая насоса Кривая гидравлической системы

Hst

КПД, соответствующий топологии силовой электроники (%)

100

5 Гидравлические системы, выбранные для анализа потенциала энергосбережения

99 98 97 96 95 94 93 92 91 90 89 88 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 0.65 0.7 0.75 0.8 0.85 0.9 0.95 1

Q/Qop (безразм.) Преобразователь (90 кВт)

Производительность (м3/ч)

Qop

a Преобладает напор для преодоления трения b Преобладает комбинированный напор c Преобладает статический напор

ударов и вибрации при пуске и не допускающей гидравлических ударов в насосе при останове. Кроме того, электродвигатель используется в точке оптимального КПД и выключается на остальное время. В следующих разделах приводится анализ энергосбережения и окупаемости решений управления с частотным регулированием и циклического управления для двух центробежных насосов (90 кВт и 350 кВт). Типовая насосная система При сборке насосной системы должен быть гарантирован заданный расход Qop [м3/ч]. В идеальной системе выбранный насос имеет характеристику Qbep [м3/ч], совпадающую с характеристикой Qop [м3/ч]. В реальности, однако, выбирается насос большего типоразмера, см. рис. 3a. В результате насос работает со сниженным гидравлическим КПД в большей части диапазона производительности.

Преобразователь (350 кВт) Устройство плавного пуска (1 пуск в час) Устройство плавного пуска (2 пуска в час) Устройство плавного пуска (3 пуска в час)

Это положение иллюстрировано на рис. 3b для двух центробежных насосов Aurora с номинальной мощностью 90 кВт и 350 кВт, соответственно, см. рис. 4 [2]. Для анализа потенциального энергосбережения в этих насосах рассматривались три различные гидравлические системы: с преобладанием напора на преодоление трения, т. е. отношение (υ) статического напора Hst [м] к максимальной гидравлической высоте Hmax [м] составляет 5%; с преобладанием статического напора (υ составляет 50%); и с комбинированным напором (υ составляет 25%), см. рис. 5. Характеристики преобразователя, устройства плавного пуска и электродвигателя Преобразователи частоты имеют высокий КПД (ηconv), который естественным образом уменьшается, когда происходит снижение выходной мощности по отношению

Компания АББ вложила много времени, ноу-хау и ресурсов в разработку лидирующих на рынке решений для низковольтного оборудования, которые являются особенно подходящими для максимальной экономии энергии в случае насосов предприятий водоснабжения и водоочистных станций.

Анализ технических решений Last

3 5

7a Влияние типа класса на КПД насоса

100

7b Изменение КПД электродвигателя с гидравлической нагрузкой

КПД 4-полюсного электродвигателя в зависимости срока эксплуатации

КПД (%)

85 80

IE3 2010

IE2 2000

IE1 1990

Iff3 1980

КПД электродвигателя

0.75 1.10 1.50 2.20 3.00 4.00 5.50 7.50 11.00 15.00 18.50 22 30 37 45 55 75 90 110 132 160 200 220 260 315 330 370

Асинхронный электродвигатель 90 кВт

97.5 95.0 92.5 90.0 87.5 85.0 82.5 80.0 77.5 75.0 72.5 70.0 67.5 65.0 62.5 60.0

IE1 класс IE1 класс (превышение номинального размера 85%) Eff3 класс (превышение номинального размера 85%) 0.05 0.1001 0.2001 0.3001 0.4001 0.5001 0.6001 0.7001 0.8001 0.9001 1.0001

Мощность электродвигателя (кВт)

Q/Qop (безразм.)

8 Влияние большего типоразмера системы, класса электродвигателя и потерь от гармоник на потребление электроэнергии (Pn =90 кВт – частота коммутации 4 кГц)

Нагрузка (%)

Снижение КПД (%), вызванное:

25%

50%

75%

100%

1 – насосом большего типоразмера (на 15%) -1.3 -3.8 -6.0 -4.5 -2.1 2 – электродвигателем увеличенного -3.2 -1.2 -0.4 -3.0 0.2 типоразмера (на 15%)

-9.5 -3.4 -3.0 -3.0 -3.0 3 – классом электродвигателя (КПД 3) 4 – потерями от гармоник

-7.0 -2.1 -2.4 -1.9 -1.3

Увеличение потребления энергии (%) 26.5

к номинальному значению. При активации байпаса электродвигателя эффективность устройств плавного пуска составляет практически 100%. Их эффективность заметно снижается с увеличением количества пусков в час и сокращением интервалов рабочего времени, что обусловлено дополнительными потерями Джоуля при пуске и останове электродвигателя, см. рис. 6. Сейчас более строгие стандарты (классы IEC) гарантируют высокий КПД электродвигателя – в целом, выше 90% – для нагрузок [3, 4], см. рис. 7a и 7b. На этот КПД (в строгой зависимости от класса) влияет использование либо преобразователя частоты, либо устройства плавного пуска: он снижается при питании от быстродействующего преобразователя из-за гармонического тока и искажения напряжения, но не изменяется в случае байпаса электродвигателя после плавного пуска благодаря чисто синусоидальной форме питания. Влияние большего типоразмера системы, класса электродвигателя и потерь от гармоник (регулирование привода) в реальной системе указано на рис. 8. Экономия энергии Энергосбережение, полученное при использовании частотно-регулируемого привода и циклического управления в насосных системах 90 кВт и 350 кВт, показа3 6

AББ ревю 4|10

11.7

13.3

10.3

6.6

но на рис. 9a и 9b, соответственно. В системах с преобладанием напора для преодоления трения (υ=5%) управление посредством частотно-регулируемого привода обеспечивает более высокую экономию энергии почти во всем рабочем

Общие начальные инвестиции в связи с реализацией решений управления посредством частотно-регулируемого привода и циклического управления рассчитываются как сумма стоимости привода или устройства плавного пуска и процентной доли на производственные простои от расходов на жизненный цикл системы. диапазоне (от 7 до 98%) в обоих насосных системах. В случае насоса 90 кВт и в системе с преобладанием статического на-

пора (υ = 50%) циклическое управление является лучшим техническим решением по сравнению с частотно-регулируемым приводом для всех точек работы, в то время как для системы 350 кВт такой привод обеспечивает чуть более высокую экономию энергии, но только в диапазоне от 75 до 92% производительности насоса. При рассмотрении комбинированной гидравлической системы (υ = 25%), управление посредством частотно-регулируемого привода обеспечивает более высокую эффективность только для насосов с производительностью выше 28% (для системы 90 кВт) и 24% (для системы 350 кВт). Действительно, самая высокая эффективность от управления посредством частотно-регулируемого привода наблюдается в диапазоне производительности от 15 до 20%. В отличие от преобразователей частоты (характеризуются потерями полупроводника при номинальной нагрузке), устройства плавного пуска работают в случае байпаса при номинальной нагрузке, см. рис. 9c. Таким образом, нет дополнительных потерь в тиристорах. Эксплуатационные условия и состояние системы, когда для регулирования расхода насоса предпочтительным является либо циклическое управление, либо управление посредством частотно-регулируемого привода, показаны на рис. 102. Окупаемость инвестиций Заказчики обязательно захотят узнать, когда они смогут ожидать окупаемости своих инвестиций, в которые входят дополнительные расходы в связи с простоем Сноска 2 При переводе экономии энергии в процентах (с отношении фиксированной скорости и дросселирования) в показатель экономической эффективности предполагается, что насос работает 8760 часов в год (330 x 24) при цене 0,065 долл. США за 1 кВт-ч электричества [5].

9a Экономия энергии [%] при применении управления посредством частотно-регулируемого привода и циклического управления для насоса 90 кВт

9b Экономия энергии [%] при применении управления посредством частотно-регулируемого привода и циклического управления для насоса 350 кВт

Насос – 90 кВт

Насос – 350 кВт

Q/Qop (безразм.)

Экономии энергии (% мощности / дроссель и фиксированная частота вращения)

1.05

1.00

0.95

0.90

0.85

0.80

0.75

0.70

0.65

Q/Qop (безразм.)

9c Оптимальный КПД для насоса 90 кВт благодаря возможности байпаса устройства плавного пуска при высоких нагрузках (90–100% расчетной производительности) 12.5

0.60

0 0.55

1.00

0.95

0.90

0.85

0.80

0.75

0.70

0.65

0.60

0.55

0.50

0.45

0.40

0.35

0.30

0.25

0.20

0.15

0.10

0.05

0.50

0.45

0.40

0.35

Привод (50% Hmax)

0.30

Привод (25% Hmax)

0.25

Привод (50% Hmax)

0.20

Привод (5% Hmax)

0.15

Привод (25% Hmax)

0.10

Привод (5% Hmax)

0.05

Устройство плавного пуска

0.00

Экономии энергии (% мощности / дроссель и фиксированная частота вращения)

100

Устройство плавного пуска

0.00

Экономии энергии (% мощности / дроссель и фиксированная частота вращения)

100

10 Контрольная точка, в которой экономия при использовании циклического управления (устройство плавного пуска) становится выше, чем при использовании решения с частотно-регулируемым приводом

Насос – 90 кВт

0.8 90 кВт 0.7

7.5

Привод (5% Hst/Hmax)

0.6

5.0

Привод (25% H st/Hmax)

2.5

Привод (50% H st/Hmax)

0.0 0.92 0.93 0.94 0.95 0.96 0.97 0.98 0.99 1.00

-2.5 -5.0

Q/Qop (безразм.)

10.0

Устройство плавного пуска

350 кВт

0.5

Привод: предпочтительное решение

0.4 0.3

Устройство плавного пуска: предпочтительное решение

0.2

-7.5

-10.0

0.1

-12.5 0.0

Q/Q op (безразм.)

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55

H st/Hmax (%)

11a Период окупаемости решений управления посредством частотно-регулируемого привода и циклического управления (устройство плавного пуска) для насоса 90 кВт Насос – 90 кВт

4.5

Устройство плавного пуска

4.0

Привод (Hst/Hmax = 5%)

3.5

Привод (H st/Hmax = 25%)

3.0

Привод (H st/Hmax = 50%)

Насос – 350 кВт 2.75 2.50 Период окупаемости (годы)

Период окупаемости (годы)

5.0

11b Период окупаемости для решений управления посредством частотно-регулируемого привода и циклического управления (устройство плавного пуска) для насоса 350 кВт

2.5 2.0 1.5 1.0 0.5

2.25 2.0 1.75 1.50

Устройство плавного пуска Привод (Hst/Hmax = 5%) Привод (H st/Hmax = 25%) Привод (H st/Hmax = 50%)

1.25 1.00 0.75 0.50 0.25

0.0

0.0 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0

Q/Qop (безразм.)

установки во время монтажа и ввода в эксплуатацию устройства плавного пуска. Для насосов с номинальной мощностью около 25 кВт, цена преобразователя в три раза выше цены устройства плавного пуска, а для насосов 350 кВт – в пять раз [6].

Q/Qop (безразм.)

Общие начальные инвестиции в связи с реализацией решений управления посредством частотно-регулируемого привода и циклического управления, рассчитываются как сумма стоимости привода или устройства плавного пуска и процентной доли на производственные простои от

расходов на жизненный цикл системы [7]. Для обеих топологий силовой электроники используется значение 7,5%. Стоимость индивидуальных компонентов может различаться по нескольким причинам. Прежде всего, следует отметить, что Анализ технических решений Last

3 7

12 Рекомендуемое решение силовой электроники для системы с четырьмя параллельными насосами (гидравлическая система с преобладанием напора для преодоления трения) Насос № 1

Устройство плавного пуска PSE

Устройство плавного пуска PSE Распределительный трансформатор

Привод

14 Рекомендуемое решение силовой электроники для системы с тремя параллельными насосами (гидравлическая система со статическим напором/с преобладанием напора для преодоления трения)

Расход Q1 (м3/ч)

Насос № 2

Расход Q2 (м3/ч)

Насос № 3

Расход Q3 (м3/ч)

Насос № 4

Расход Q4 (m3/ч)

Насос №1

Общий расход Q (m3/ч)

Устройство плавного пуска PSE Распределительный трансформатор

Устройство плавного пуска PSE

Привод

Насос 1

Силовая электроника Softstarter Управление расходом Циклическое

Насос 2 Softstarter Циклическое

Насос 3

Насос 4

Drive

Частотное регул-ние

Выкл

Расход Q (m3/ч) 0 – 1,130

Вкл-Выкл (0–22.5%) Вкл-Выкл (0–22.5%)

1,130 – 2,500 2,500– 4,740

Выкл

Вкл (22.5–50% Pn) Вкл (22.5–50% Pn)

Вкл-Выкл (27.5–45%) Вкл-Выкл (27.5–45%) Вкл (22.5–50% Pn) Вкл (22.5–50% Pn)

4,740– 5,790

Вкл-Выкл (60%)

Вкл (35–85% Pn)

5,790– 8,000

Вкл-Выкл (75%)

Вкл (70–85% Pn)

8,000– 10,000

By-pass

Вкл (60–100% Pn)

Higher than 10,000

By-pass

Вкл (> 100% Pn)

низковольтные частотно-регулируемые приводы применяются больше при продолжительном режиме, а не в режиме пуска-останова и обеспечивают более тонкое управление. Однако в них применяются биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT), и их необходимо проектировать с достаточной охлаждающей способностью, что повышает их стоимость по сравнению с устройствами плавного пуска такой же номинальной мощности. С другой стороны, в устройствах плавного пуска, которые работают в короткие периоды времени до 15 секунд, используются надежные и недорогие тиристоры и обеспечивающее преимущество естественное охлаждение. Период окупаемости для частотно-регулируемых приводов и циклического управления расходом показан на рис. 11a и 11b для электродвигателей 90 кВт и 350 кВт соответственно для трех гидравлических систем: υ= 5%, 25% и 50%. 3 8

AББ ревю 4|10

Насос №3

Расход Q2 (m3/ч)

Общий расход Q (m 3/ч)

Расход Q3 (m3/ч)

Привод

13 Схема управления в системе с четырьмя параллельными насосами

Насос №2

Расход Q1 (m3/ч)

Вкл (35–85% Pn)

Решения для систем с параллельными насосами Во многих гидравлических системах оптимальную экономию электроэнергии с хорошей окупаемостью капиталовложений можно получить путем решений с параллельными насосами3, в которых сочетаются приводы и устройства плавного пуска. Например, в гидравлических системах с преобладанием напора для преодоления трения (υ = 5%) рекомендуемое решение силовой электроники для системы с четырьмя параллельными насосами – каждый насос с номинальной мощностью 350 кВт (2500 м3/ч) – состоит из двух преобразователей и двух

устройств плавного пуска, см. рис. 12. В схеме, обеспечивающей самое оптимальное решение в части периода окупаемости и функций управления, два насоса 1 и 2 оснащены устройством плавного пуска, а насосы 3 и 4 – преобразователем частоты, см. рис. 13. Насосы с устройством плавного пуска подключаются непосредственно к сети с высокой производительностью. Увеличивая частоту вращения в заданном диапазоне (свыше 50 Гц), насосы с приводом от преобразователей могут периодически, при необходимости, обеспечивать пиковый расход. В комбинированной гидравлической системе (υ = 5%), в схеме, которая предоставляет самое оптимальное решение в части периода окупаемости и функций управления, используются три насоса, из которых первые два оснащены устройствами плавного пуска, а третий насос – приводом, см. рис. 14 и 15.

Управление посредством частотно-регулируемого привода является лучшим решением в гидравлических системах с преобладанием напора для преодоления трения, а циклическое управление рекомендуется для систем с преобладанием статического напора.

15 Схема управления расходом в системе с тремя параллельными насосами (комбинированная гидравлическая система) Силовая электроника

Насос 1

Насос 2

Плавный пуск

Управление расходом Циклическое

17 Насосная система в водоочистительной установке

Насос 3 Привод

Циклическое

Частотное регулирование

Расход Q (м3/ч) 0 – 2,500

Вкл-Выкл (0 – 50%)

off

2,500 –4,500

Вкл-Выкл (30 – 60%)

Вкл (40 – 60% Pn) Вкл (60 – 80% Pn)

4,500 – 5,760

Вкл-Выкл (60 –75%)

Вкл-Выкл (60–75%)

5,760 – 6,630

Байпас

Вкл-Выкл (75%)

Вкл (55 – 90% Pn)

6,630 – 7,500

Байпас

Вкл (35 – 100% Pn)

> 7,500

Байпас

Вкл (> 100% Pn)

16 Расчетный период окупаемости для двух установок, состоящих из параллельных насосов и различных решений силовой электроники 5.0 Система с преобладанием напора для преодоления трения (2 устр. пл. пуска + 2 привода)

Период окупаемости (годы)

4.5 4.0

Juan Sagarduy

Комбинированная система (2 устр. пл. пуска + 1 привод)

3.5

ABB Corporate Research, Västeras, Sweden juan.sagarduy@se.abb.com

3.0 2.5

Jesper Kristensson, Sören Kling, Johan Rees

2.0

ABB Cewe Control, Västeras, Sweden

1.5

jesper.kristensson@se.abb.com

1.0

soren.kling@se.abb.com

0.5

johan.rees@se.abb.com 1.00

0.95

0.90

0.85

0.80

0.75

0.70

0.65

0.60

0.55

0.50

0.45

0.40

0.35

0.30

0.25

0.20

0.15

0.10

0.05

0.00

0.0

Q/Qop (безразм.)

Для обеих систем начальные инвестиции в решения силовой электроники трансформируются в экономическую прибыль менее чем за 1,5 года при условии, что регулируемый расход составляет менее 80% от общей производительности, см. рис. 16. Наилучшее решение? Анализ пригодности систем частотного регулирования и циклического регулирования расхода в центробежных насосах был проведен для двух насосов (90 кВт и 350 кВт) в низковольтном диапазоне. Данные свидетельствуют о том, что управление посредством частотного регулирования является наилучшим решением в гидравлических системах с преобладанием напора для преодоления потерь на трение (транспортировка жидкости без разности высот), а для систем с преобладанием статического напора рекомендуется циклическое управление. Следует избегать применения устройств управления посредством частотного регулирования в системах с пологими характеристиками насоса и нагрузки из-за риска нестабильности и повреждения насоса [9].

Устройства плавного пуска представляются чрезвычайно перспективным техническим решением, особенно для установок водоочистки и водоснабжения, в которых регулярное включение/выключения для опорожнения баков и накачка жидкости для последующей обработки являются обычной практикой. Эти устройства отличаются высокой надежностью, предусматривают возможность байпаса и располагают специальными алгоритмами управления для пуска (импульсный пуск) и останова (отсутствие гидравлического удара). Однако оптимального энергосбережения и хорошего периода окупаемости для широкого ряда гидравлических систем можно достичь путем применения схем с параллельными насосами, в которых используется комбинация приводов и устройств плавного пуска, см. рис. 17. Опираясь на ноу-хау в области технологии и значительный ассортимент низковольтного оборудования для автоматизации, АББ подтверждает свою приверженность политике обеспечения эффективного использования энергии с выгодой для потребителя.

Сноска 3 Для оптимального регулирования расхода в параллельных системах, работает один насос до тех пор, пока не будет достигнута контрольная точка в заданном расходе, после чего гидравлическая нагрузка разделяется на два одновременно работающих насоса [8]. При достижении второй контрольной точки активируются три насоса и т.д.

Литература [1] ITT Industries (2007). ITT’s Place in the cycle of water: Everything but the pipes. [2] Aurora Pump (Pentair Pump Group) June 1994, United States. [3] IEC 60034-31:2009. Rotating electrical machines. Part 31: Guide for the selection and application of energy-efficient motors including variable speed applications. [4] Brunner, C. U. (4–5 February 2009). Efficiency classes: Electric motors and systems. Motor energy performance standards event, Sydney (Australia). www.motorsystems.org. [5] Department of Energy (DOE). Energy International Agency (EIA) (June 2009). Average retail price of electricity to ultimate customers. [6] Sagarduy, J. (January 2010). Economic evaluation of reduced voltage starting methods. SECRC/ PT-RM10/017. [7] Hydraulic Institute (August 2008). Pumps & Systems, Understanding pump system fundamentals for energy efficiency. Calculating cost of ownership. [8] ITT Flygt (2006). Cirkulationspumpar med vеt motor för värmesystem i kommersiella byggnader. [9] Vogelesang, H. (April 2009). Energy efficiency. Two approaches to capacity control. World Pumps Magazine.

Анализ технических решений Last

3 9

Простая экстраординарность Новая серия современных автоматических выключателей в литом корпусе Tmax XТ компании АББ ЛАРА КОРТИНОВИС, ЛЮЧИО АЦЦОЛА – автоматический

ских выключателей в литом корпусе. В данную серию,

выключатель является одним из самых важных устройств для

получившую название Tmax XT, входят четыре устройства,

безопасности в современных электрических системах. Можно

которые могут применяться для защиты распределительных

выделить множество различных классификаций выключате-

систем, электродвигателей и генераторов, перегруженной

лей на основе класса напряжения, типа конструкции и

нейтрали и в качестве выключателей-разъединителей. Они

расцепителя, структурных особенностей. Однако текущие

предлагаются в трех- или четырехполюсном стационарном,

тенденции рынка указывают на то, что потребителям все в

втычном или выкатном исполнении, и оснащаются новейшими

большей степени требуются модульность, гибкость и интегра-

взаимозаменяемыми, точными и надежными, термомагнитны-

ция автоматических выключателей. АББ ответила на эту

ми и электронными расцепителями. Разработано большое

тенденцию выпуском новой прогрессивной серии автоматиче-

количество новых специальных аксессуаров.

4 0

AББ ревю 4|10

Автоматические выключатели нового поколения Tmax компании АББ – это модульные и интеллектуальные устройства, соответствующие требованиям стандартов, которые могут быть легко интегрированы или сопряжены с другими компонентами или системами.

омпания АББ разрабатывает и производит низковольтные автоматические выключатели в литом корпусе (MCCB) и воздушные автоматические выключатели (ACB) с 1934 года. Первая серия автоматических выключателей MCCB, известная под названием «Isol», оснащалась термомагнитным расцепителем защиты и обладала максимальной отключающей способностью до 25 кА (при 415 В перем. тока). Каждые 10 лет после появления серии Isol на рынок выпускались новые серии автоматических выключателей, включая Fusol, Modul, Limitor и Isomax. Широко известная серия автоматических выключателей Tmax T была выпущена в 2001 году. В течение последнего десятилетия произошли некоторые существенные изменения в потребительском и рыночном спросе, которые в свою очередь повлияли на поставщиков. Например, для новых и современных электроустановок требуются устройства защиты с более высокой скоростью действия и надежностью для обеспечения безопасности, стабильности и непрерывной эксплуатации. Для поставщиков – многие из которых появились в последние десять лет – это означает необходимость разработки соответствую-

щих стандартам модульных, компактных и интеллектуальных устройств, которые могут быть легко интегрированы или сопряжены с другими компонентами или системами. Новая серия автоматических выключателей компании АББ, Tmax XT, является примером таких устройств (см. рис. на титульной странице). В этой серии, которая отличается высокой отключающей способностью при крайне компактных размерах и оснащена самыми современными электронными расцепителями защиты, объединены более чем 60-летный опыт компании в области разработки автоматических выключателей и современные технологические достижения. Состав серии Tmax XT Серия Tmax XT состоит из устройств четырех типоразмеров (XT1, XT2, XT3 и XT4) с номинальными токами до 250 A и с номинальной предельной наибольшей отключающей способностью Icu до 150 кА (при 415 В) и 90 кА (при 690 В): − XT1 (160 A) с Icu до 70 кА (при 415 В); − XT2 (160 A) с Icu до 150 кА(при 415 В); − XT3 (250 A) с Icu до 50 кА (при 415 В); − XT4 (160–250 A) с Icu до 150 кА (при 415 В).

Выключатели XT1 и XT3 могут применяться в мощных распределительных установках, в больницах и, в целом, во всех областях сектора обслуживания, где требуется обеспечение высокой надежности; в свою очередь выключатели XT2 и XT4, с самой высокой отключающий способностью на рынке, идеально подходят для применения в тяжелой промышленности, металлургии и для морского применения (круизные суда, буровые вышки, контейнерные суда), где требуется чрезвычайно высокая отключающая способность. Что уникально для рынка, устройства этих двух типоразмеров могут быть оснащены электронными расцепителями самого последнего поколения электроники, что обеспечивает взаимозаменяемость и возможность интегрирования функций связи, начиная с номинального тока 10 A. Выключатели XT1 и XT3 поставляются в трех- и четырехполюсном стационарном и втычном исполнениях. Благодаря глубине всего в 70 мм и стандартному фланцу 45 мм они могут быть установлены в один ряд на DIN-рейку или монтажную плату. Инновации в научно-исследовательских разработках С целью сокращения времени разработки Простая экстраординарность

4 1

1 Размер старого расцепителя Tmax в сравнении с размером нового расцепителя

2 Трёхмерное изображение печатной платы нового расцепителя

и сертификации конструкции автоматических выключателей, а также для повышения качества проекта, инженеры компании АББ разработали перспективные средства проектирования, которые можно использовать на этапе эскизного проекта: − общая платформа проектирования для разработки, выбора, интеграции и сопряжения отдельных компонентов выключателей серии Tmax XT; − «мультифизическое» моделирование для проектирования и калибровки полной номенклатуры расцепителей защиты Tmax XT; − система визуализации дуговых разрядов (AIS), позволяющая провести оптическую диагностику низковольтной дуги; − значительно ускоренные испытания на износостойкость (HALT), с определением типов отказов, позволяющие внести корректировки в процесс проектирования или производства.

Затем одновременно требовалось разработать, выбрать, интегрировать и выполнить взаимосвязь отдельных компонентов электромеханического блока, т. е. пластиковый корпус, датчики тока и выводы, электронный расцепитель, катушка расцепления внутренние и соединения, см. рис. 3. Необходимо было выбрать правильные компоненты, определить их оптимальное положение на печатной плате и проверить сопряжение с другими компонентами электромеханического блока. Эти действия стали возможны благодаря использованию общей платформы проектирования задолго до начала сборки физической конструкции. Благодаря масштабируемости и широкой применимости, эту платформу, можно использовать повторно в качестве базы для будущих разработок с высоким уровнем совместимости программного обеспечения (т.е. одинаковая аппаратная и программная платформа). Это обстоятельство гарантирует сокращение периода от начала разработки изделия до выхода его на рынок и повышенную надежность. Программно-аппаратные средства были разработаны в соответствии с международными стандартами качества программного обеспечения, такими как Дополнение SE2 стандарта UL489, и с последними директивами по проектированию ПО. Расцепители серии Ekip обеспечивают защиту установок на частоте 400 Гц (например, аэропорты, суда). С этой целью было необходимо выполнить обширный частотный анализ, для которого требуются датчик тока с правильными амплитудно-частотными характеристиками, аналоговый канал с адекватной пропускной способностью для измерения гармонических составляющих и цифровой фильтр правильной конструкции для точной реконструкции сигналов, см. рис. 4. Эти требования были реализованы с помощью средств моделирования Simulink и Matlab. Функциональные возможности расцепителя Ekip могут быть расширены с помощью аксессуаров, поддерживающих тех-

Общая платформа проектирования Одно из требований к новому электронному расцепителю «Ekip» (используется в выключателях типоразмеров XT2 и XT4) состояло в усовершенствовании возможностей в компактном устройстве. Усовершенствование, как правило, означает повышение сложности разработки, увеличение расчетной мощности и функциональности – но теперь все это возможно реализовать в устройстве, которое на 50% компактнее своего предшественника, см. рис. 1 и 2. Для этого разработчики сначала рассмотрели основной компонент устройства и выбрали очень мощный 32-битный микроконтроллер ARM1, отличающийся большей энергоэффективностью и высокими эксплуатационными характеристиками наряду с использованием компактной однопроцессорной конфигурации. Он обеспечивает повышенный уровень возможностей подключения, позволяя осуществлять комплексную разработку различных коммуникационных шин. 4 2

AББ ревю 4|10

3 Электронно-механический блок автоматического выключателя, вид в сборе

Серия автоматических выключателей Tmax XT состоит из устройств четырех типоразмеров, которые могут использоваться для защиты распределительных систем, электродвигателей и генераторов, перегруженной нейтрали и в качестве выключателей-разъединителей. Примечания 1 Компания ARM, с главным офисом в Кембридже (Великобритания), является ведущим в отрасли поставщиком 32-битных встроенных микропроцессоров. 2 В Дополнении SE стандарта UL489 приводятся требования к автоматическим выключателям в литом корпусе и к переключателям в литом корпусе с ПО в программируемых компонентах.

4 Пример имитационной модели апаратной части и ПО для частотного анализа

5 Дисплей выключателя Tmax XT Ekip Display

6 Скриншот программного обеспечения Ekip Connect

нологию «включи и работай», таких как графический ЖК-дисплей с подсветкой (Ekip Display), светодиодный индикатор (Ekip LED Meter), локальный интерфейс связи (Ekip T&P и Ekip Connect), системный коммуникационный интерфейс (Ekip COM) и устройство для тестирования расцепителя и определения последнего срабатывания (Ekip TT). Дисплей Ekip Display, инновационное устройство для автоматических выключателей в литом корпусе АББ, представляет собой графический человеко-машинный интерфейс, который обеспечивает возможность местного конфигурирования расширенных функций расцепителя, доступных прежде только через коммуникационную шину или дополнительные устройства конфигурирования, см. рис. 5. Питание на дисплей подается непосредственно от расцепителя, а также дисплей можно легко переустановить с одного расцепителя на другой. Блок Ekip T&P позволяет подключить расцепитель к порту USB ПК и работает вместе с модулем Ekip Connect, программным обеспечением для контроля, настройки и тестирования, см. рис. 6. Модуль Ekip COM может быть установлен в автоматический выключатель и обеспечивает связь

между местной коммуникационной шиной расцепителя и системной шиной. Кроме того, имеется возможность дистанционного управления расцепителем и автоматическим выключателем, при использовании моторных приводов. «Мультифизическое» моделирование Биметаллическая пластина – это механическое устройство, которое преобразует изменение температуры в изменение формы. Благодаря простой конструкции, надежности и низкой стоимости производства это устройство считается наиболее распространенным решением защиты от сверхтоков автоматического выключателя. Хотя принцип действия биметаллов хорошо изучен и известен уже многие годы, проектирование и калибровка полной номенклатуры реле максимального тока Tmax XT оказались непростой задачей, так как необходимо было обеспечить соответствие техническим стандартам, включая следующие требования: – низкий режимный перегрев с номинальном током In; – низкая чувствительность к температуре окружающей среды; – ток несрабатывания 1,05 × In;

– время срабатывания при 1,3 × In менее 10 минут; – время срабатывания при 2,0 × In менее 3 минут; – время срабатывания при 6,0 × In менее 20 секунд; – ограниченное превышение температуры во время короткого замыкания (Icu, Ics). Чтобы выполнить эти условия, которые относятся к различным разделам физики, была реализована итерационная многопрофильная процедура, см. рис. 7. Начиная с приблизительной геометрической конфигурации (включая свойства материалов), последовательность электрического моделирования при поданном токе позволила выявить соответствующие источники тепла для последующих тепловых расчетов. После получения удовлетворительного профиля распределения температуры, становятся определенными все неизвестные механические величины (деформация, скорость и усилие биметаллического элемента). Таким образом, начальная геометрия пересматривается до тех пор, пока не будут полностью выполнены все вышеупомянутые условия. По сравнению с классическим аналитичеПростая экстраординарность

4 3

7 Многопрофильная процедура

8 Для контроля развития дуги, оптические волокна помещаются на боковой стороне выключателя с промежуточным расположением защитного стекла

Геометрия

1 Плотность тока

Деформация 5

Температура (сверхток)

9 Вид системы визуализации дуги (AIS)

Значительно ускоренные испытания на долговечность (HALT) базируются на принципе экспресс-испытаний и выполняются непосредственно на укомплектованных выключателях, аксессуарах и отдельных компонентах на этапе проектирования.

4 4

AББ ревю 4|10

Стекло

Температура (короткое замыкание)

ским подходом, такая процедура имеет два преимущества: – широкий диапазон применения (от маленьких до больших токов); – геометрическая независимость (каждое решение можно проанализировать). Оптическая диагностика низковольтных дуг Анализ отключения токов короткого замыкания представляет трудность для разработчиков. Например, во время расцепления плазма дуги может достигнуть температуры до 20000 K , и ее необходимо очень быстро погасить. Для наблюдения и анализа за развитием дуги во время короткого замыкания была разработана система визуализации дуги (AIS). Она состоит из матрицы оптических волокон, устанавливаемой с боковой стороны выключателя, считывающей интенсивность света внутри дугогасительных камер, см. рис. 8. Система регистрации данных, разработанная совместно с Университетом Саутгемптона, представляет собой автономную мобильную систему с набором оптического волокна различной длины, см. рис. 9. Она включает в себя специальный ПК, с встроенным экраном и клавиатурой. В аппаратную систему входят шесть плат, каждая из которых имеет 16 каналов для регистрации данных (всего 96 каналов). Аппаратура устанавливается на виброустойчивых креплениях и герметично уплотняется для транспортировки. Была разработана программа последующей автоматической обработки данных, которая визуализирует развитие дугового разряда: отдельные кадры одного примера показаны на рис. 10. Иначе говоря, для каждого момента времени в выборке, интенсивность света каждого волокна отображается на соответствующей цветовой

шкале и накладывается в правильном положении на изображение дуговой камеры автоматического выключателя. Система AIS зарекомендовала себя как отличное средство с корректной и точной интерпретацией результатов испытаний и, при выполнении анализа с использованием осциллограмм испытательной лаборатории, внесла огромный вклад в выяснение многих аспектов отключения тока. Ускоренные испытания на износостойкость (HALT) Автоматические выключатели Tmax XT разработаны с применением современных методик, что обеспечило их повышенную надежность и прочность. Эти выключатели были спроектированы и испытаны в соответствии с требованиями всех применяемых международных стандартов, а также с требованиями Морского регистра. Один из реализованных методов, ускоренные испытания на износостойкость (HALT), базируется на принципе экспресс-испытаний. Эти испытания проводятся непосредственно на укомплектованных выключателях, аксессуарах и отдельных компонентах на этапе проектирования. Цель испытаний HALT состоит в том, чтобы под действием нагрузок вызвать быстрый отказ изделия и проанализировать типы отказов. Главное - это определение типов отказов и скорости, с которой они проявляются. В реальных условиях эксплуатации могут пройти годы, прежде чем эти отказы действительно произойдут. Испытания HALT считаются успешными, если будут вызваны отказы, определены типы отказов и внесены корректировки в процесс проектирования или производства, см. рис. 11. В соответствии с процедурой HALT, изделие подвергается воздействию механиче-

10 Регистрация успешного отключения с помощью системы визуализации дуги (AIS)

11 Определение прочности под действием механических нагрузок во время ускоренных испытаний на износостойкость (HALT) Снижение прочности Зона отказов

Приложенная механическая нагрузка

Прочность при t = n лет

Прочность при t = 0

12 Цикл ускоренных испытаний на износостойкость (HALT)

ских нагрузок, выходящих далеко за пределы его технических возможностей и нормальных условий окружающей среды. Определяются и, по возможности, расширяются фактические функциональные пределы и пределы разрушения (например, вибрация до 40 g, температура от -80 до 180°C и тепловой удар со скоростью нагрузки 15°C/мин), см. рис. 12.

Автоматические выключатели Tmax XT разработаны и производятся в соответствии с Директивой об ограничении использования вредных веществ в электрическом и электронном оборудовании (RoHS Directive), а для оценки и минимизации вредного воздействия на окружающую среду применяется анализ жизненного цикла (LCA).

06:20

06:00

05:45

05:30

05:15

05:00

04:45

04:30

04:15

04:00

03:45

03:30

03:15

03:00

02:45

d Охлаждение дуги (4 мс). e Электрическая прочность почти восстановлена (5 мс). f Окончание процесса: успешное отключение тока – (6 мс).

02:20 02:30

Переменная

a Отталкивание контакта и зажигание дуги (1 мс). b Движение дуги от контакта к каналу дуги (2 мс). c Растягивание дуги в дугогасительной камере (3 мс).

График – 4 часа

157 150 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 -10 -20 -30 -40 -50 -60 -67

29 июля 2009 Температура воздуха

Влажность

Температура под нагрузкой

Вибрация

Каждый этап испытаний HALT предусматривает: − планирование эксперимента с помощью методики построения эксперимента (DOE), для определения подходящего количества выборок и переменных; − выполнение испытаний по методике HALT с определенными уровнями нагрузки и длительности каждого этапа; − анализ результатов, путем соотношения отказа со статистическими моделями, такими как закон Аррениуса для отказов, обусловленных тепловым воздействием; теория температуры и влажности Эйринга; обратный степенной закон (IPL) в отношении давления, механической нагрузки; модель электропитания и теплового/нетеплового эффекта (T-NT) (например, температура и вибрация). В целом, эта методика усовершенствовала процесс разработки конструктивного ряда XT, позволила конструкторам лучше понять ожидаемое поведение изделия на протяжении жизненного цикла и сократить период от начала разработки изделия до выхода его на рынок.

ям промышленного оборудования, от стандартных и до самых современных с точки зрения технологии. В выключателях применяется новая гамма как термомагнитных, так и электронных расцепителей защиты, поддерживающих технологию «включай и работай», которые являются взаимозаменяемыми, начиная с самого малого типоразмера, и гарантируют абсолютную надежность и точность отключения. Кроме того, эти автоматические выключатели разработаны с учетом экологических норм, а именно в соответствии с Директивой об ограничении использования вредных веществ в электрическом и электронном оборудовании (RoHS) и с требованиями других экологических стандартов по таким веществам. Также, для оценки и минимизации воздействия изделий на окружающую среду в отношении выбросов, исчерпания ресурсов и образования отходов в течение жизненного цикла, с момента изготовления и до утилизации, использовалась методика анализа жизненного цикла (LCA).

Лара Кортиновис Лючио Аццола

Опыт разработки и производства Новые автоматические выключатели Tmax XT компании АББ разработаны и произведены для удовлетворения всем требовани-

ABB S.p.A Bergamo, Italy (Италия) lara.cortinovis@it.abb.com lucio.azzola@it.abb.com

Простая экстраординарность

4 5

4 6

AББ ревю 4|10

Передвижные трансформаторы Быстро развертываемые модульные трансформаторы для высоковольтных систем передачи

МИГЕЛЬ ОЛИВА – Установки для подачи электроэнергии в ваш дом или на завод разрабатываются и эксплуатируются с учетом обеспечения высочайшего уровня надежности. Однако, несмотря на качественную конструкцию и техническое обслуживание, никогда нельзя полностью исключить возможность отказов. Серьезная авария может вывести трансформатор из строя на несколько месяцев или почти на год, пока не будет приобретен новый трансформатор или выполнен большой объем ремонтных работ. Но для того чтобы продолжить обслуживание

есперебойность и качество энергоснабжения являются двумя наиболее важными оперативными задачами электроэнергетических компаний. Управление растущим спросом на электроэнергию требует новых инвестиций и все более эффективного использования существующего оборудования. В этом контексте энергокомпаниям требуются стратегии, позволяющие сократить эксплуатационные расходы и расходы на техническое обслуживание при одновременном сокращении числа незапланированных отключений и отказов.

потребителей в этот период, требуется альтернатива. Одним из вариантов является использование передвижного трансформатора. Такой трансформатор имеет достаточно небольшие размеры и вес, может перевозиться автотранспортом в виде единого блока или в разобранном состоянии, которое, тем не менее, позволило бы его быстро собрать и запустить в работу. До настоящего времени выпускались передвижные трансформаторы на напряжение не более 230 кВ. Благодаря новаторской конструкции, компании АББ удалось создать передвижной трансформатор на 400 кВ.

Силовые трансформаторы являются существенными активами в цепи доставки электроэнергии. Они представляют собой один из наиболее важных, дорогостоящих компонентов и критических узлов в высоковольтных сетях электропередачи. Надежность мощных трансформаторов представляет собой основной источник озабоченности энергокомпаний. Трансформаторы критически важны для работы системы передачи и для их замены требуются значительные затраты времени и средств. Это сложный элемент оборудования, характеризующийся высокой стоимостью и большими затратами труда на проектирование и изготовление. Кроме того, для них характерны сравнительно большие

сроки поставки, а для оптимизации их эксплуатации и срока службы требуется соответствующее техническое обслуживание. В зависимости от стратегической важности установки, незапланированное отключение трансформатора может привести к существенному сокращению производства или к потере доходов для энергокомпании, существенно повлиять на систему. В крайних случаях отказ трансформатора может привести к общему отключению электроснабжения с соответствующим ущербом для репутации, жалобами потребителей и административными штрафами. Во избежание этих проблем необходима разработка планов действий в чрезвы-

Время, необходимое для монтажа трансформатора в случае аварии, может быть сокращено с нескольких недель или месяцев до 10–15 дней, включая подготовку к отправке и транспортировку. чайных ситуациях, позволяющих принять меры в случае отказа трансформаторов и длительного отключения электроэнергии. Имеются различные стратегии планироПередвижные трансформаторы

4 7

1 Трансформаторы на различные напряжения: Модули однофазных трансформаторов небольшого размера, которые можно объединять для получения блока большей мощности

2 Модульная концепция: передвижной трансформатор на 400 кВ для использования в аварийных ситуациях Пример использования двух модулей для замены однофазного трансформатора

Модульный подход Однофазные модули объединяют для получения однофазных трансформаторов большей мощности или трехфазных трансформаторов

Однофазные модули, например, на 100 МВА

Два модуля, например, для получения однофазного трансформатора на 200 МВА

Пример использования трех модулей для замены трехфазного трансформатора

Три модуля, например, для получения трехфазного трансформатора на 300 МВА

вания таких действий. К ним относятся следующие: – Сеть с дополнительными соединениями – Резервные трансформаторы – Стандартизация трансформаторов – Запасные блоки – Системы на несколько значений напряжения – Передвижные трансформаторы Закупка нового трансформатора с заданными характеристиками занимает от нескольких месяцев до года и более. На монтаж имеющегося резервного трансформатора может уйти от нескольких недель до нескольких месяцев, так как, если он не установлен на месте аварии, то его необходимо доставить, разгрузить, собрать и выполнить ряд других действий. Очень важны планы восстановления после аварии для быстрого принятия мер. В таких ситуациях передвижные трансформаторы могут играть важную роль.

ка трансформаторов осуществляется в полностью собранном состоянии с залитым маслом. Основным препятствием для выпуска передвижных трансформаторов на номинальное напряжение более 230 кВ является увеличение веса и размеров. В связи с этим до настоящего времени напряжение передвижных трансформаторов ограничивалось этим значением. Компания АББ работала над этой проблемой в целях поиска решения для быстрого выполнения планов действий в аварийных ситуациях в сетях электропередач более высокого напряжения. Концепция Силовые трансформаторы на значения, превышающие 100 МВА, оказываются сравнительно тяжелыми и большими. Для их транспортировки требуются специальные автомобили, а также тщательная оценка и планирование, кроме того, необходимо получение разрешений административных органов, на что может уйти много времени рис. 4.

Основная задача проекта заключалась в получении максимальных характеристик с учетом существующих ограничений на перевозку автотранспортом. Передвижные трансформаторы – это не новая концепция, но их напряжение традиционно ограничивалось значением 230 кВ. Обычно передвижные трансформаторы рассчитаны на напряжение от 35 до 245 кВ при номинальной мощности от 5 до 100 МВА и представляют собой трехфазные системы. В целях минимизации размеров и веса обычно используется теплостойкая изоляция. Для обеспечения быстрого развертывания транспортиров4 8

AББ ревю 4|10

В связи с этим АББ поставила перед собой задачу решить проблему ограничения мощности и транспортабельности передвижных трансформаторов. Требовалось изготовить трансформатор большой мощности с уменьшенными размерами, чтобы обеспечить возможность его перевозки автотранспортом и использовать при этом упрощенные административные процедуры. АББ выбрала модульный подход. Модули однофазных трансформаторов меньших размеров объединяются для получения

3 Общие сведения о передвижных трансформаторах

Основные особенности высоковольтных передвижных трансформаторов: – Модульная концепция для напряжений 345, 400 и 525 кВ – Быстрое развертывание – Быстрота и простота транспортировки – Возможность использования систем на несколько значений напряжения Преимущества и применения передвижных трансформаторов более высокой мощности: – Планы действий в аварийных ситуациях с быстрым реагированием и гибкостью для восстановления работы критически важных подстанций в случае отказа трансформаторов; основной целью является сокращение сроков – Временная установка в целях временного увеличения мощности в критических местах в случае сезонного пикового увеличения нагрузки или для определенных мероприятий – Сокращение страховых платежей – Уменьшение проблем в отношении местных служб обеспечения безопасности – Снижение рисков полного отключения электроснабжения, административных штрафов и жалоб от потребителей – Очень быстрая окупаемость инвестиций в связи с потребностью в оборудовании, а цена упущенной выгоды очень высокая

4 Для перевозки стандартного большого трансформатора автомобильным транспортом требуются специальные автомобили и получение разрешений

5 Передвижной трансформатор готов к перевозке

блока большей мощности рис. 1. Например, два однофазных модуля объединяют для получения однофазного трансформатора большей мощности или три модуля для получения трехфазного блока рис. 2. Для оптимизации размеров используют броневые трансформаторы. Некоторые преимущества броневых трансформаторов: – Компактность конструкции, при этом магнитопровод ограждает обмотки, что упрощает выполнение требований по перевозке и погрузке-разгрузке. – Горизонтальная укладка, что упрощает перевозку и оптимизирует конструкцию трансформатора. Трансформатор собирается на платформе автомобиля для ускорения подготовки к перевозке при минимуме административных разрешений. Была выбрана традиционная целлюлозная изоляция, так как теплостойкая изоляция до сих пор не использовалась для напряжений выше 230 кВ. В настоящее время ведется исследовательская работа, чтобы использовать теплостойкую изоляцию для повышения мощности при тех же размерах или уменьшить вес при той же мощности. Важным аспектом является возможность быстрого развертывания данных трансформаторов. Если был превышен вес и размеры, ограничивающие возможности транспортировки, трансформаторы перевозятся частично разобранными и без изоляционного масла. Конструкция трансформатора дорабатывается с учетом конкретного применения с целью сокращения объема работ по разборке. Трансформатор также может быть сконструирован таким образом, чтобы он перевозился и собирался с расположением теплообменников на автомобиле. В зависимости от типа внешних

соединений, для перевозки потребуется снять высоковольтные вводы, хотя можно использовать и кабельные муфты. Работы по окончательной сборке должны тщательно планироваться, чтобы учесть все практические аспекты: заливку масла, ввод в эксплуатацию и проведение испытаний при одновременной минимизации затрат времени до начала использования трансформатора. Время на монтаж может быть сокращено, если трансформатор хранится в хорошо подготовленном к отправке состоянии, персонал обучен выполнению своих задач, а требуемые действия определены.

Трансформатор собирается на платформе автомобиля для ускорения подготовки к транспортировке при минимуме административных разрешений.

При использовании данной концепции время для монтажа трансформатора в случае аварии может быть сокращено с нескольких недель или месяцев до 10–15 дней, включая подготовку к отправке и транспортировку. Это позволяет энергокомпаниям быстро заменить вышедшие из строя трансформаторы в сети электропередачи рис. 3. Передвижные трансформаторы

4 9

Практический случай Концепция быстроразвертываемых передвижных трансформаторов была разработана для поддержки стратегических планов действий в аварийных ситуациях испанского оператора сетей электропередачи и владельца системы на 400 кВ (REE: Red Electrica). Это первый в мире случай использования передвижного трансформатора на 400 кВ. Был использован совместный подход, чтобы воспользоваться возможностями синергии АББ и энергокомпании. Мощность однофазных модулей 117 МВА и другие характеристики, например полное сопротивление, были выбраны таким образом, чтобы получить возможность замены стандартных трансформаторов энергокомпании (однофазные трансформаторы на 200 МВА) и обеспечить трехфазные трансформаторы большой мощности (350 МВА) при соблюдении ограничений размеров для транспортировки автомобильным транспортом. Был изготовлен трансформатор на несколько значений напряжения: – со стороны высокого напряжения – на 400 кВ, на стороне низкого напряжения можно выбирать значение 230 кВ или 138 кВ, на третичной стороне – три различных уровня напряжения (33 кВ, 26,4 кВ и 24 кВ). Такая конструкция создает дополнительные возможности и расширяет область применения этих трансформато5 0

AББ ревю 4|10

ров для замены тех, которые используются энергокомпанией (однофазных или трехфазных). Возможность использования переключателя обмоток под нагрузкой была отвергнута, чтобы не увеличивать вес и объем. Был использован переключатель обмоток в выключенном состоянии, чтобы добавить некоторые дополнительные функции и возможности регулирования в отключенном режиме.

Передвижные трансформаторы не являются новой концепцией, однако, их напряжение традиционно ограничивалось значением 230 кВ. Основная задача проекта заключалась в получении максимальных характеристик с учетом существующих ограничений на перевозку автотранспортом. Был использован броневой трансформатор с горизонтальной укладкой. Перевозимая масса готового изделия составляет менее 60 тонн при высоте менее 3,4 м и ширине менее 2,7 м. Трансформатор был подготовлен к пере-

возке и собран на автомобиле, без заливки масла рис. 5. С энергокомпанией была согласована его поставка с отделенными вводами и теплообменниками. Был совместно подготовлен детальный план сборки для того, чтобы сократить время сборки на месте и надлежащим образом обучить персонал. Энергокомпания также разработала схему подключения к системе, разрядник и изоляторы для подключения к линии, кабельные соединители, системы управления и т. д. Были учтены вопросы техники безопасности и охраны окружающей среды, а на случай утечек масла был предусмотрен перемещаемый сборник масла. Было изготовлено три установки на 400 кВ. С целью подготовки к аварийной ситуации энергокомпанией проведен пробный монтаж, который позволил за одни испытания проверить работоспособность, время, необходимое на развертывание и подготовку персонала. Заказчик был удовлетворен результатами испытаний, которые в реальной ситуации соответствовали бы быстрому восстановлению электроснабжения.

Мигель Олива ABB Power Products Кордова, Испания miguel.oliva@es.abb.com

Активное повышение качества Активные фильтры PQF компании АББ улучшают характеристики и повышают КПД системы КУРТ ШИПМАН, ФРАНСУА ДЕЛИНК – Расширение использова-

Модульные активные фильтры PQF компании АББ предостав-

ния нелинейных нагрузок во всех типах промышленных и

ляют надежное и экономичное решение данной проблемы

коммерческих применений привело к появлению потенциально

посредством постоянного контроля тока в реальном времени

вредных гармоник тока в силовых сетях, которые могут

для того, чтобы определить, какие гармоники присутствуют, а

приводить к перегреву кабелей, электродвигателей и транс-

затем подать в сеть токи гармонических составляющих точно в

форматоров, повреждению чувствительного оборудования,

противоположной фазе компонентам, которые необходимо

срабатыванию автоматических выключателей и перегоранию

отфильтровать. Две гармоники эффективно гасят друг друга,

предохранителей, а также к преждевременному старению

так что на трансформатор питания поступают чистые синусои-

установок.

дальные колебания. Активное повышение качества

5 1

1 Примеры финансовых потерь при происшествиях, вызванных плохим качеством электроэнергии

лектрические сети с плохим качеством электроэнергии приводят к финансовым потерям, негативному воздействию на окружающую среду или проблемам безопасности. Существует три основные причины плохого качества электроэнергии: – Загрязнение гармониками – Несимметричность нагрузки, приводящая к несимметричности напряжений – Реактивная мощность

Избыточное воздействие этих условий приводит к частым отказам оборудования или к сокращению его срока службы, снижению производства, уровня безопасности установок, увеличению выбросов парниковых газов, несоблюдению требований энергосистемы и к другим нежелательным последствиям. В дополнение к финансовым потерям возникают расходы, понесенные вследствие дополнительного потребления киловатт-часов в таких типовых компонентах сети, как трансформаторы, кабели и электродвигатели. Эти потери каскадно распространяются к электростанциям энергосистемы и, в зависимости от процесса и вида топлива, используемого для выработки электроэнергии, приводят к повышению выбросов CO2. Например, атомные электростанции почти не выделяют CO2 на кВт ч, в то время как электростанции на угле выделяют от 900 до 1000 г/кВт ч. Если в связи с плохим качеством электроэнергии производство будет остановлено, то это приведет к большим убыткам. Это 5 2

AББ ревю 4|10

Отрасль

Финансовые потери для одного происшествия (в евро)

Производство полупроводников (*)

3,8 млн. (5,3 млн. долларов)

Финансовые операции (*)

6 млн. (8,4 млн. долларов)

Компьютерный центр (*)

750 000 (1 млн. долларов)

Телекоммуникации (*)

30 000 (42 000 долларов)

Сталелитейная промышленность (*)

350 000 (490 000 долларов)

Стекольная промышленность (*)

250 000 (350 000 долларов)

Морские платформы

250 000 – 750 000 (350 000 – 1 млн. долларов)

Дноуглубление / мелиорация

50 000 – 250 000 (70 000 – 350 000 долларов)

показано на рис. 1, где приводится обзор типичных финансовых потерь в связи с аварией (остановкой электрооборудования), вызванной плохим качеством электроэнергии в различных отраслях [1]. Данные, помеченные (*), были взяты из исследования качества электроэнергии в Европе, проведенного Европейским институтом меди в 2002 г. Остальная информация основана на данных АББ. Один из возможных методов теоретической количественной оценки дополнительных потерь, вносимых гармониками в трансформаторы, описан в стандарте IEEE C57.110 [2]. Расчетное воздействие зависит от ситуации на месте, но ясно, что потери быстро накапливаются. В настоящее время большая часть загрязнения гармониками создается токами гармонических составляющих, вызываемыми

Модульные активные фильтры PQF компании АББ используются для противодействия потенциально вредным гармоникам тока в силовых сетях. нагрузками отдельных установок. Такой ток гармонических составляющих, воздействующий на полное сопротивление сети, приводит к возникновению напряжения гармоник (закон Ома), которое затем прикладывается ко всем нагрузкам установки потребителя. Кроме того, если не отфильтровать ток гармонических составляющих, возникший в одной установке, он также будет протекать через трансформаторы питания в сеть энергокомпании, создавая гармонические искажения напряжения в сети общего пользования. В результате любой потребитель энергоком-

пании, подключенный к этой же системе питания, окажется подверженным воздействиям искажений, созданных другим потребителем энергокомпании. Это может привести к эксплуатационным проблемам в других установках. Большая часть потребителей приняли и соблюдают стандарты качества электроэнергии и правила, направленные на ограничение проблем такого типа. Несоблюдение таких правил ведет к отказу в выдаче разрешения на подключение новой установки. Решение проблем гармонических «загрязнений» и несимметричности нагрузки Исторически для решения проблемы загрязнения гармониками было предложено использовать пассивные фильтры. В низковольтных (LV) установках эти решения применяются все меньше в следующих случаях: – Низковольтные установки являются очень динамичными, что приводит к сравнительно быстрой перегрузке пассивного фильтра – Современные нагрузки (например, частотно-регулируемые приводы, современные системы освещения) уже имеют очень хорошее значение cos ϕ (возможно, даже емкостное), что приводит к перекомпенсации при установке пассивного фильтра. Это, в сочетании с ограниченными возможностями типичных резервных генераторов работать в условиях емкостного значения cos ϕ, снижает надежность такой установки. – Пассивные фильтры низковольтных установок обычно устраняют гармоники низших порядков. Однако в настоящее время основные проблемы возникают с гармониками высших порядков. – Эффективность фильтрации пассивного фильтра определяется отношением полного сопротивления пассивного фильтра к полному сопротивлению

2 Схема соединений для наиболее распространенных активных фильтров Только общие принципы

3 Принцип действия активных фильтров с замкнутым и разомкнутым контуром Замкнутый контур

iискажение

Распространение искажений

Нагрузка

Питание

Активный фильтр

iкомпенсация Активный фильтр

Разомкнутый контур

Распространение искажений

Активный фильтр

4 Принцип фильтрации в частотной области Ток питания

Ток нагрузки

Ток фильтра

сети, поэтому она не может быть гарантирована. Таким образом, при использовании пассивных фильтров практически невозможно гарантировать соблюдение нормативных требований.

С целью получения эффективных характеристик во всем диапазоне частот фильтра, критически важны два аспекта управления, оба из которых могут быть реализованы в PQF:

По этим причинам во всем мире для систем низкого и среднего напряжения наблюдается тенденция перехода от пассивных фильтров к активным. Наиболее распространенные активные фильтры представляют собой электрооборудование на основе силовой электроники, которое подключается параллельно нагрузкам, создающим искажения рис. 2.

Сегодня для систем низкого и среднего напряжения наблюдается тенденция перехода от пассивных фильтров к активным.

Контроллер фильтра качества электроэнергии (PQF) АББ анализирует гармоники тока в линии, а также требования потребителя. Затем для частоты каждой гармоники он может генерировать ток гармонической составляющей (компенсационный ток), противоположный по фазе измеренному току искажений. Так как PQF не действует в соответствии с обычным принципом низкого полного сопротивления для гармоник, используемым пассивными фильтрами, на него не влияют изменения параметров сети и не может наступить перегрузка. Кроме того, по сравнению с блоками пассивных фильтров, блоки активных фильтров можно легко расширять.

– Использование системы управления с замкнутым контуром – Использование частотной области для обработки и регулирования искаженного тока. Для активных фильтров аспекты замкнутого и разомкнутого контуров связаны с местом, в котором должны быть установлены измерительные трансформаторы тока активного фильтра рис. 3. В системах с замкнутым контуром измеряется ток перед местом соединения нагрузки и фильтра, и выполняются корректирующие действия. Любые погрешности измерений или другие неточности могут автоматически компенсироваться благодаря использованию концепции замкнуто-

го контура. В системах с разомкнутым контуром измеряется ток нагрузки и обрабатывается полученное значение, инвертированный сигнал используется для управления мостом с биполярным транзистором с изолированным затвором (IGBT). Так как отсутствует обратная связь, получаемый ток в линии обычно содержит погрешности, которые не выявляются системой управления. Преимущества использования системы с замкнутым контуром по сравнению с системой с разомкнутым контуром [3]: – Системы с замкнутым контуром позволяют компенсировать погрешности контура управления, а также реакций на внешние возмущения. В системах с разомкнутым контуром нет такой возможности. – Системы с замкнутым контуром могут реагировать столь же быстро, как и системы с разомкнутым контуром, при условии, что параметры контура управления заданы для их характеристик. Подход частотной области является более предпочтительным, чем подход временной области, далее объясняется почему. Для подхода временной области компонент основной частоты удаляется из измеренного сигнала тока. После этого остающаяся форма сигнала инвертируется и используется для управления мостом IGBT активного фильтра. При данном подходе игнорируется тот факт, что характеристики сети различаются для разных частот, а также различаются характеристики трансформатора тока и системы управления. При использовании данного подхода к управлению рабочие характеристики активного фильтра ухудшаются с повышением частоты. При использовании подхода частотной области каждая гармоника и соответствующая ей характеристика системы обрабатываются по отдельности, и рабочие характеристики могут быть оптимизированы для гармонических компонентов в полосе частот фильтрации. В результате этого одинаковые (высокие) характеристики фильтрации могут поддерживаться для всей полосы частот фильтрации. Принцип использования для фильтрации подхода частотной области описан в рис. 4. Наилучшие результаты фильтрации получаются при использовании активного фильтра с системой управления с замкнутым контуром и с индивидуальным подходом частотной области. Такие фильтры Активное повышение качества

5 3

5 Пример применения активного фильтра с замкнутым контуром для симметрирования нагрузки

L1:

49.1 А ср. кв.

L2:

5.3 А ср. кв.

L3:

5.1 А ср. кв.

L1:

19.6 А ср. кв.

L2:

19.4 А ср. кв.

L3:

19.5 А ср. кв.

Примечание:

44.1 А ср. кв.

3.5 А ср. кв.

Верхние данные: исходная несимметричная нагрузка Нижние данные: работает активный фильтр и симметрирует токи

Наилучшие результаты фильтрации получаются при использовании активного фильтра с системой управления с замкнутым контуром и с индивидуальным подходом частотной области.

также обладают следующими преимуществами: – Требования пользователя могут быть заданы для каждой гармоники (например, стандартные нормативные требования). – Отдельные гармоники можно выбирать с целью оптимального использования ресурсов фильтра (например, нет необходимости отфильтровывать пятую гармонику, если она уже была отфильтрована другим имающимся устройством фильтрации). – Могут быть заданы и поддерживаться точные значения cos ϕ. Это позволяет использовать такие активные фильтры для применений, в которых требуется точно регулировать значение cos ϕ, чтобы избежать нарушений в работе системы (например, отключения генератора). Активные фильтры АББ могут компенсировать как 5 4

AББ ревю 4|10

индуктивные, так и емкостные нагрузки. – Может выполняться точное симметрирование нагрузки, позволяющее разгружать нейтральные системы и обеспечивать минимальные уровни тока между нейтралью и землей. Также может обеспечиваться симметрирование нагрузки, контролируемой, например, источником бесперебойного питания. В рис. 5 приводится пример симметрирования с использованием активного фильтра PQF АББ с системой управления с замкнутым контуром. В дополнение к функциональным аспектам более совершенные активные фильтры, например, фильтры АББ, имеют функции, минимизирующие потери при работе оборудования и повышающие надежность установки. Это связано с наличием ценных вторичных функций (например, функции автоматического изменения параметров при повышении температуры и т. д.). Результаты практического применения Активные фильтры PQF и другое оборудование АББ для повышения качества электроэнергии имеет несколько областей применения. Например, при эксплуатации нефтяного месторождения имеется одна центральная энергетическая установка, питающая много кустовых насосных станций. Подавляющее большинство нагрузок представляют собой приводы переменного тока. Имеется приблизительно 40 кустов, нагрузка каждого составляет приблизительно 2 МВт. Без использования активных фильтров напряжение гармонических искажений (THDV) с

низковольтной стороны куста будет составлять 12 процентов, а ток гармонических искажений (THDI) – 27 процентов рис. 6. При использовании активных фильтров значение THDV уменьшится до 2 процентов, а THDI – до 3 процентов рис. 7. В целом, качество электроэнергии для кустов значительно повысится, что позволит использовать оборудование с соблюдением пределов, установленных стандартом IEEE 519, будет обеспечена надежная работа оборудования различных кустов. Во втором примере рассматривается качество электроэнергии на борту судна рис. 8. На рассматриваемом судне имеется силовая электроустановка, состоящая из двух генераторов, мощность каждого составляет приблизительно 600 кВА. Основными нагрузками являются два гребных агрегата с электродвигателями постоянного тока. До использования компенсации значение THDI составляло приблизительно 25 %, а соответствующе значение THDV приблизительно 22 %. Значение cos ϕ для установки составляет приблизительно 0,76. Типичное потребление топлива судном находится в диапазоне 14 000-15 000 литров в месяц. Заказчик предъявил следующие требования: – Уменьшить содержание гармоник до приемлемого уровня, чтобы избежать технических проблем с гребными агрегатами. – Обеспечить компенсацию реактивной мощности без риска перекомпенсации. Для достижения этих целей выбрали и установили активные фильтры АББ. Полученная от заказчика информация оказалась очень обнадеживающей, так как технические проблемы были устранены, и появилась возможность экономии приблизительно 10 процентов расходов на топливо. В годовом исчислении у заказчика появилась потенциальная возможность экономии приблизительно 18 000 литров топлива. Это стало возможным благодаря повышению качества сети и более частому выключению одного генератора. Как видно из предыдущих примеров, проблемы качества электроэнергии часто возникают в промышленных сетях в связи с присутствием заметного количества

6 Формы колебаний напряжения (вверху) и тока (внизу) на низковольтной стороне оборудования куста до фильтрации

8 Компания АББ снизила потребление топлива данным судном на 10 процентов

750

Вольт

500 250 0 -250 -500 -750 3,000

А ср. кв.

2,000 1,000 0 -1,000 -2,000 -3,000 10:25:43.72 10:25:43.73 10:25:43.74 10:25:43.75 10:25:43.76 10:25:43.77 10:25:43.78 Форма колебаний записана 22/11/01 в 10:25:43.533 CHA Volts

CHC Volts

CHB Amps

CHB Volts

CHA Amps

CHC Amps

7 Формы колебаний напряжения (вверху) и тока (внизу) на низковольтной стороне оборудования куста после фильтрации 750

Вольт

500 250 0 -250

Активные фильтры PQF компании АББ имеют дополнительные функции, минимизирующие потери при работе оборудования и повышающие надежность установки.

-500 -750 3,000

А ср. кв.

2,000 1,000 0 -1,000 -2,000 -3,000 10:41:55.72 10:41:55.73 10:41:55.74 10:41:55.75 10:41:55.76 10:41:55.77 10:41:55.78 Форма колебаний записана 22/11/01 в 10:41:55.533 CHA Volts

CHC Volts

CHB Amps

CHB Volts

CHA Amps

CHC Amps

создающих искажения нагрузок. Качество электроэнергии также будет важным и для коммерческих применений. В таких случаях присутствуют много однофазных создающих искажения нагрузок, которые создают следующие проблемы: – Повышенные гармонические нагрузки для оборудования, которое обычно более уязвимо, чем промышленное оборудование. – Возбуждение резонансов вследствие присутствия компонентов 3-й гармоники в сочетании с батареями конденсаторов с неправильно выбранным расстроенным дросселем или вообще без такового. – Токи нейтрали, превышающие допустимые значения для проводника нейтрали и соединительных шин. – Слишком высокие напряжения между нейтралью и землей, которые не могут быть приемлемыми с точки зрения

эксплуатации изделий и/или техники безопасности. – Емкостное значение cos ϕ в связи с использованием современного серверного оборудования, что приводит к необходимости снижения параметров источников бесперебойного питания и т. д. В качестве примера коммерческого применения можно привести качество электроэнергии в престижном многозвездочном отеле. В отеле имеются помещения для гостей, номера, конференц-залы и бизнес-центры. Типичными нагрузками будут высокоскоростные лифты, выключатели с плавной регулировкой освещения и другое сложное световое оборудование, а также типичное офисное оборудование, включая ПК, принтеры и т.д. В результате всех этих нагрузок качество

электроэнергии снизилось настолько, что напряжение стало нестабильным. Простое изменение эксплуатационных режимов нагрузок в одной части здания влияло на работу других нагрузок в других помещениях. Безусловно, это было неприемлемым, так как могло привести к потере клиентов вследствие низкого уровня сервиса. Все эти проблемы удалось устранить после установки фильтрующего оборудования компании АББ.

Курт Шипман Франсуа Делинк ABB Power Products Шарлеруа, Бельгия kurt.schipman@be.abb.com francois.delince@be.abb.com

Литература [1] Европейский институт меди (2002 г.). Исследование качества электроэнергии в Европе. [2] IEEE C57.110-2008: Методические рекомендации IEEE по установлению возможностей трансформаторов обеспечивать не синусоидальные токи нагрузки. 2008 г. [3] Kuo, B.C. Automatic Control Systems (Системы автоматического управления). John Wiley & Sons, Inc. Нью-Йорк, США. Активное повышение качества

5 5

Поставка электроэнергии с берега на суда Готовое техническое решение АББ способствует эффективному сокращению выбросов и загрязнений в портовых зонах КНУТ МАРКВАРТ, ТОН ХАСДИЙК, ГБ ФЕРРАРИ, РАЛЬФ ШМИДХАЛЬТЕР – В отрасли судоходства портовые территории и акватории признаны главным объектом, где возможны значительные сокращения выбросов и загрязнений. С учетом этого, руководство портов, судовладельцы, компании-поставщики и органы контроля и надзора сосредоточили внимание на разработанной десять лет назад технологии, известной как “поставка электроэнергии с берега на суда”. Институт инженеров по электротехнике и электронике (IEEE), Международная организация по стандартизации (ISO) и Международная электротехническая комиссия (МЭК) уже готовы утвердить всеобщие стандарты по электротехнике, разработанные для этой технологии. Благодаря применению береговой силовой установки коммерческие суда, заходящие в порт, могут отключать свои дизельные двигатели и подсоединяться к более чистым источникам электропитания. После успешного, впервые в мире, оснащения шведского порта Гётеборг системой подачи электроэнергии с берега на суда в 2000 году, компания АББ присоединила к своим активам не только новую технологию, но и практический опыт полного монтажа соединительной арматуры питающей линии, как на берегу, так и на судне. 5 6

AББ ревю 4|10

олее 90% мировых грузовых перевозок осуществляется морем. Морские перевозки являются чрезвычайно эффективным способом транспортировки с низкими, по сравнению с автотранспортными, и еще более низкими, по сравнению с воздушными перевозками, выбросами углекислого газа. Эта отрасль все-таки несет аналогичную ответственность в количестве 4% глобального объема выбросов углерода (на долю авиации приходится 2%). Технология поставки электроэнергии с берега на судно, разработанная компанией АББ 1, позволяет экономить до 20 тонн топлива на большом круизном лайнере и сократить выбросы СО2 во время 10-часовой стоянки в порту на 60 тонн, что эквивалентно совокупному годовому объему выбросов 25 автомобилей европейского стандарта. В таком свете возрастание интереса к поставкам электропитания с берега на суда не вызывает удивления не только в контексте защиты окружающей среды, но и из экономических соображений. При наличии береговой силовой установки корабль может отключить двигатели, не прекращая обслуживание судна. Например, выполнения погрузочно-разгрузочных работ, бытового обеспечения и прочей деятельности, требующей потре-

бления электроэнергии во время стоянки. Для подсоединения и отсоединения судна требуется всего 15 минут, а управление подачей питания и контроль его расхода осуществляет портовый оператор. Организация подсоединения судна к береговой силовой установке неизбежно влечет расходы, как со стороны судовладельцев, так и со стороны руководства порта или операторов терминала, – в форме модернизации и переоборудования существующих объектов, либо строительства новых объектов (см. рис. 1). На судне потребуется установка дополнительного распределительного щита, прокладка кабелей на центральный корабельный щит управления и, в большинстве случаев, монтаж понижающего трансформатора. В порту потребуется соорудить подстанцию, оснащенную выключателями и разъединителями, автоматическим заземлителем, трансформатором, защитной аппаратурой, например, релейной защитой трансформатора и фидера, средствами связи судового и берегового оборудования, и, в большинстве случаев, преобразователь частоты для адаптации частоты тока локальной энергосистемы к параметрам электросети любого корабля. Кроме того, либо в порту, либо на судне должна быть установлена система кабельного менеджмента. Данная технология общедоступна и с учетом безусловного сокращения выбросов углекислого газа на береговой силовой установке, а также предстоящего приведения технологии в соответствие с требованиями стандартов. Такое техническое решение вызывает интерес. Эта технология все чаще упоминается в нормативных актах и становится предметом обсуждения в Евросоюзе, США и Международной морской организации - специализированного учреждения ООН по техническим вопросам, связанным с международным торговым судоходством. В соответствии с Директивой Еврокомиссии 2005/33/EG, вступившей в силу 1 января 2010 г., на суда, использующие электроэнергию береговых силовых установок, не распространяется требование использования судового топлива с низким содержанием серы во время стоянки в порту. В США штаты один за другим вводят соответствующие законы. В Калифорнии, которая всегда на переднем крае законодательного регулирования, для некоторых типов судов введено требование обязательного подсоединения к береговым источникам электроснабжения. Принятые на уровне Международной морской организации ООН новые ограничения по содержанию

Технология поставки электроэнергии с берега на судно, разработанная компанией АББ, позволяет экономить до 20 тонн топлива на большом круизном лайнере и сократить выбросы СО2 во время 10-часовой стоянки в порту на 60 тонн. серы в топливе способствовали укреплению экономической аргументации в пользу энергоснабжения из береговых источников питания без формальных санкций или явно выраженной поддержки. Нормативные акты в области берегового энергоснабжения судов Поскольку органы контроля и надзора осознают возрастающую степень влияния загрязнения окружающей среды вследствие эксплуатации плавучих средств на здоровье населения, а также на увеличение расходов, эта отрасль промышленности привлекает все больше внимания. В конце 1980-х гг. Международная морская организация ООН сосредоточила внимание на проблеме экологического воздействия судоходства (проблема предотвращения разливов нефти была поднята значительно раньше). Национальные и муниципальные власти и портовое руководство также начали принимать меры по контролю выбросов судов. В настоящее время нет законов или правил, обязывающих суда подсоединяться к береговым источникам электропитания во время стоянки в порту, однако утверждение стандартов на технологии берегового энергоснабжения может стать эффективным стимулом их активного внедрения. Нормативные акты в Европе В 1970-х гг. в Северной Европе началось

Ссылки 1 Технология поставки электроэнергии с берега на судно известна также как «cold ironing», береговое энергоснабжение судов («onshore power supply»), альтернативное энергоснабжение судов («alternative maritime power», AMP), подсоединение к береговой силовой установке («shore connection»); применяются и другие термины.

Поставка электроэнергии с берега на суда

5 7

1 Общая схема подсоединения корабля к береговой силовой установке

~ ~

Центральная подстанция питающей линии

~ Силовые кабели

широкомасштабное картографическое описание глобальных выбросов загрязняющих веществ. В результате исследования полученных данных, первые меры по снижению опасности выбросов для здоровья населения, например, выпадения кислотных осадков как последствия экологического загрязнения, были ориентированы на наземные источники загрязнения. В 1980х гг. в центре внимания оказались энергетические установки и автомобильные пассажирские и грузовые перевозки. Поскольку при проведении исследований в прибрежных зонах и вдоль важнейших морских путей, например, ЛаМанша, была выявлена неожиданно высокая концентрация загрязняющих веществ, которую невозможно отнести на счет известных источников загрязнения, стало очевидным, что значительный объем загрязняющих веществ создается судами, осуществляющими международные транзитные перевозки. В 1988 г. Швеция и Норвегия представили результаты проведенных исследований в Международную морскую организацию. Спустя почти 10 лет была одобрена Конвенция ММО ООН, которая ввела ограничения на содержание загрязняющих веществ в судовом топливе (Дополнение VI к Конвенции MARPOL). Эта конвенция вступила в силу в 2005 г. Вместе с ММО меры по сокращению опасных выбросов предпринимает и Евросоюз. В 2001 и 2002 гг., когда Евросоюз разрабатывал стратегию решения проблемы экологического загрязнения вследствие эксплуатации судов, перспективы поставки электроэнергии с берега на суда уже обсуждались. В результате была разработана директива, обязывающая суда во время стоянки в портах Евросоюза использовать судовое топливо с максимальным содержанием серы 0,1%. В директиве оговорен ряд исключений, одним из которых являются суда, использующие электроэнергию береговых силовых установок. Суть политики, которой придерживается Евросоюз, состоит не в том, чтобы оказывать содействие одной из технологий, на5 8

AББ ревю 4|10

Береговая подстанция

Терминал на причале

Корабельная энергетическая установка

правленных на борьбу с экологическим загрязнением, а скорее, во всеобъемлющем достижении поставленных целей. В отношении выбросов опасных веществ при эксплуатации судов, европейское законодательство уделяет первостепенное внимание сокращению опасных для здоровья выбросов непосредственно в районах, прилегающих к портам или главным морским путям, но также планируется охват остальных регионов. Кроме того, законодательные инициативы проявляются под давлением таких факторов как долгосрочные и масштабные последствия кислотных и дисперсных загрязнений. (В отношении судоходства выбросы СО2 не рассматривались как критический фактор, поскольку их опасность для здоровья в конкретной местности незначительна по сравнению с воздействием выбросов дис-

Одним из основных преимуществ поставки электропитания на суда из береговых источников являются экологические характеристики выработки электроэнергии наземными силовыми установками в противоположность судовым дизельным двигателям, работающим на флотском мазуте. персных частиц). Проблему изучали и в Евросоюзе и на уровне ММО, в особенности в контексте торговли квотами на выбросы СО2, однако пока что каких-либо определенных результатов нет. Нормативные акты в США По сравнению с Евросоюзом, Агентство по охране окружающей среды ЕРА (Кали-

форния) достигло значительно более высоких результатов усилий, направленных на обязательное береговое энергоснабжение судов, встающих в доки, хотя при этом обсуждаются и другие технологии. Согласно требованиям Агентства контейнерные, пассажирские и рефрижераторные суда должны либо выключить вспомогательные двигатели почти на все время стоянки в калифорнийском порту и подсоединиться к другому источнику питания (например, на базе энергосистемы), либо использовать другие методы, оборудование и средства, обеспечивающие сопоставимое сокращение выбросов. Сначала эти меры распространялись только на отдельные типы плавучих средств и на флотилии, которые заходят в калифорнийские порты не менее 25 раз в год. Начиная с 1 января 2010 г., все суда, имеющие технические возможности подсоединения к береговой силовой установке и входящие в состав одной из упомянутых флотилий, должны использовать электроэнергию из береговых источников, при условии наличия ресурсов электроэнергии в порту и совместимости параметров питания с корабельным оборудованием. До 2014 г. должны быть отменены все разрешения допуска судов, не оснащенных для поставки электроэнергии с берега и установлены ограничения по выработке энергии вспомогательными двигателями флотилии в объеме 50% во время стоянки в доках. В 2017 г. 70% судов флотилии должны использовать электропитание из береговых источников, а выработка энергии вспомогательными двигателями судов должна быть сокращена на 70%. В 2020 г. этот показатель должен быть увеличен до 80%. Законодательные инициативы ММО ООН, Евросоюза и Калифорнии стимулировали нормотворчество в других регионах, например, в остальных штатах США и азиатских государствах. В общем смысле, можно рассчитывать на то, что органы контроля, надзора и регулирования установят самые жесткие нормы выбросов судов в портах, поднимут налоги для источников загрязнений и предоставят льготы при использовании энергии от береговых силовых установок, открывая, таким образом, возможности для таких компаний, как АББ, способных предложить готовые решения по поставке электроэнергии с берега на суда. Оценка экономического эффекта Руководство портов и судовладельцы испытывают затруднения, когда нужно сделать выбор между технологией поставки

2 Общая схема береговой силовой установки Полностью оснащенная судовая система, с панелью высоковольтной соединительной арматуры и кабельным барабаном

Подстанция (оснащенная преобразователем частоты 50/60 Гц) Точка подсоединения потребителя 6,6 кВ / 11 кВ

Береговая трансформаторная подстанция Высоковольтный подземный кабель (длина 1–5 км)

электроэнергии с берега на суда и другими конкурентоспособными технологиями, ориентированными на борьбу с экологическим загрязнением. Нужно также учитывать специализацию судна, например, паром, который бывает в порту каждый день, и контейнерное судно, которое заходит раз в месяц, – это не одно и то же. Поэтому инвесторам сложно рассчитать доходность капиталовложений в долгосрочной перспективе из-за изменений в законодательстве. На расчеты также влияют колебания цен на флотское топливо2 по сравнению со стоимостью электроэнергии береговых силовых установок. Одним из основных преимуществ поставки электропитания на суда с береговых источников являются экологические характеристики выработки электроэнергии наземными силовыми установками в противоположность судовым дизельным двигателям, работающим на флотском мазуте. В целом, если сократить выработку энергии до такого уровня, когда останется минимальное количество ее поставщиков, можно было бы эффективно и без затруднений оптимизировать их деятельность в целях снижения воздействия на окружающую среду. Еще одним аргументом в пользу поставки электроэнергии с берега на суда является подведомственное преимущество. При обустройстве береговых энергетических установок органы контроля и надзора могут решить конкретную местную проблему экологического загрязнения с позиций конкретно заинтересованных местных Ссылки 2 Флотское топливо – это любое топливо, используемое на борту корабля.

лиц. Меры по улавливанию выбросов вспомогательных дизельных двигателей могут применяться в любой точке мира на протяжении всего времени плавания, но при этом исключаются любые действия местных или региональных властей. Что касается портов, то перспектива поставки электроэнергии на суда предоставляет возможность их оборудования более эффективной и мощной комплексной силовой установкой для общего пользования. Применение современных преобразователей частоты обеспечит как стабилизацию локальной сети высокого напряжения, так и повышение коэффициента мощности. По сути это означает сокращение потерь мощности в локальной энергосистеме. Еще одним преимуществом поставок электроэнергии из береговых источников по сравнению с другими технологиями, направленными на борьбу с экологическим загрязнением, является снижение шума и вибрации на территории порта. Это вызовет одобрение мореплавателей, пассажиров, судовых команд, портовых рабочих и населения жилых массивов вблизи порта, в особенности крупного. Некоторые порты при оформлении разрешений природоохранных органов сталкиваются с наложением ограничений на расширение в связи со слишком высоким уровнем выбросов, шума или вибрации, за которые ответственны операторы портовых терминалов.

Наконец, поставки электроэнергии с берега на суда можно легко варьировать. Капиталовложения в инфраструктуру сохраняют стабильность в течение десятилетий при долгосрочной прибыли и сравнительно низких эксплуатационных расходах. В любом новом порту, который вкладывает средства в оборудование для подачи питания на суда из береговых источников, стоимость переоценки технологии возрастает на порядок по мере возрастания количества судов, использующих эту технологию. Доводы, направленные против поставок электропитания с берега на суда, связаны с происхождением энергии с береговых установок, объемом капиталовложений в инфраструктуру, факторами безопасности и эффективности работ при оборудовании порта и необходимостью применения технологий, которые также влияют на выбросы, когда судно находится в плавании. Результаты исследований показывают, что при использовании электропитания из береговых источников, работающих на угольном топливе, вместо электропитания, выработанного судовыми дизельными двигателями, достигается весьма низкий экологический эффект (вследствие увеличения выброса дисперсных загрязнений и, возможно, сернистого ангидрида), в то время как использование других видов энергии обеспечивает значительно лучшие результаты. В частности, исполь-

Еще одним преимуществом поставок электроэнергии из береговых источников по сравнению с другими технологиями, направленными на борьбу с экологическим загрязнением, является снижение шума и вибрации на территории порта. зование энергии из возобновляемых источников способствует улучшению экологических характеристик деятельности операторов. Себестоимость инвестиций в инфраструктуру береговых энергетических установок весьма значительна, а схема определения доли участия государственных органов, операторов порта или терминала и судовладельцев в этих расходах пока не создана. Например, в порту Гётеборг фрахтователь судна, полный решимости улучшить экологические характеристики своей цепочки поставок, инвестировал в инфраструктуру. В порту Лонг-Бич и порту Лос-

Поставка электроэнергии с берега на суда

5 9

3 Оборудование для поставки электроэнергии с берега уже установлено на различных типах судов, в том числе на нефтеналивных танкерах, контейнерных и круизных судах.

Компания АББ разработала масштабируемые и гибкие монтажные решения, отвечающие требованиям судовладельцев и портов.

Анджелес, владельцами которых являются муниципальные органы власти, инфраструктура портов финансируется за счет налогоплательщиков. Как бы там ни было, по мере роста затрат на контроль выбросов и увеличения количества нормативных актов по их предотвращению, поступление средств как из частных, так и из общественных источников будет возрастать. Проблемы безопасности и эффективности при оснастке порта также очень актуальны. Контейнерные терминалы, оборудованные огромными перемещающимися козловыми кранами, создают проблемы в аспекте прокладки кабелей и обустройства береговой инфраструктуры. Порты всегда испытывают дефицит свободного пространства. Кроме того, руководство портов и судовладельцев беспокоит опасность несчастных случаев или смертельных исходов в связи с выполнением работ по подведению электропитания. Ослабить это беспокойство поможет введение жестких стандартов на подведение электроэнергии с береговых установок и внедрение технических решений для обеспечения безаварийной работы в доках и безопасной прокладки кабелей. 6 0

AББ ревю 4|10

Решения для берегового обустройства Начиная с 2000 года, оборудование для поставки электроэнергии с берега на суда было установлено примерно на 24 портовых терминалах в разных странах мира, а также более чем на 100 судах, от круизных лайнеров до нефтяных танкеров и контейнерных судов (см. рис. 3). Операторы и судовладельцы множества других портов занимаются оценкой объема капиталовложений в эту технологию и ждут утверждения всеобщих стандартов на подведение электроэнергии из береговых источников. Утверждение и инвестирование инфраструктуры береговых энергетических установок проводится с ограничениями из-за отсутствия всеобщих стандартов. Общедоступные технические условия уже опубликованы и используются судовладельцами и руководством портов для оценки стоимости обустройства. Существующие технические решения разрабатывались в основном на основе этих спецификаций. Нормативные и регулятивные мероприятия, проведенные местными, национальными и международными органами и направленные на стимулирование внедрения технологии поставки электроэнергии с берега на суда, включают определение размера налогов на органическое топливо, утверждение требований на судовое топливо и введение условия берегового энергоснабжения судов (или других вариантов, обеспечивающих сопоставимое сокращение выбросов). В большинстве случаев поставка электроэнергии с берега на судно является удобным и эффективным средством сокращения выбросов опасных веществ на территории интенсивно эксплуатируемых портов. Технология доступна для эксплуатации, однако ее внедрение ограничено до

тех пор, когда она будет использоваться множеством портов и множеством судов. Компания АББ разработала масштабируемые и гибкие монтажные решения, отвечающие требованиям судовладельцев и портов. В рамках технического решения поставки электроэнергии с берега на суда компания АББ разработала береговую и судовую соединительную арматуру и составила перечень реализованных проектов, использующих эту технологию, наряду с лишь несколькими другими мировыми компаниями. В пределах 6–12 месяцев можно спроектировать и оборудовать одну или несколько точек подсоединения потребителя. Для проектирования береговых сооружений потребуется несколько месяцев, а их монтаж можно провести в течение недели. Несомненно, введение всеобщих стандартов повлечет значительный рост инвестиций в инфраструктуру и, таким образом, стимулирует подготовку еще большего количества судовладельцев и руководства портов к переходу на поставку электропитания с береговых силовых установок. Уже сейчас наблюдается увеличение количества проектов по расширению портов во всем мире. Располагая экологически безопасным и эффективным техническим решением по береговому электроснабжению судов, компания АББ полностью готова к поставке нужных технологий. В целях обеспечения соответствия своих предложений по оснащению портов потребностям рынка, компания АББ продолжает сотрудничество с заказчиками во всех мировых регионах. Более подробное обсуждение технологий, использованных в техническом решении компании АББ для энергоснабжения судов от береговых силовых установок, будут опубликованы в следующем выпуске АББ Ревю.

Кнут Маркварт Компания АББ, отдел маркетинга и решений для заказчиков knut.marquart@ch.abb.com

Тон Хасдийк Компания АББ, отдел решений для судоходства ton.haasdijk@nl.abb.com

ГБ Феррари Компания АББ, отдел решений для береговых объектов gb.ferrari@it.abb.com

Ральф Шмидхальтер Компания АББ, отдел решений для преобразователей частоты ralph.schmidhalter@ch.abb.com Более подробная информация www.abb.com/ports

АББ Ревю 1|10

АББ Ревю 2|10

Интеллектуальные сети

Интеллектуальное электричество Эффективная энергия для рационального мира

Следующий уровень эволюции Технологии Smart grid для рационально используемой энергии

Энергия для изменений PCS 6000 STATCOM

Рациональные связи Линии HVDC для интеллектуальной сети

Хранилище обеспечивает стабильность

Железные дороги и транспорт

6 8

33 38

19 24

Сотрудничество с признанными исследовательскими учреждениями

Надежность поставки энергии Компенсаторы SVC ослабляют лавины напряжения

Разъединение, превосходящее ожидания Прерыватель с залитыми полюсами PT1

Работать и через 50 лет TrafoAsset Management™ – упреждающее обслуживание

Спрятанное сокровище Использование информации приводов для диагностических целей

Интеллектуальные измерения Цвета интуитивного управления Решения для управления зданиями и помещениями

Факты о системах FACTS FACTS в системах питания рельсового транспорта

Статические преобразователи, динамичная работа Преобразователи частоты для электрификации железных дорог

Добиваясь успеха Наружные вакуумные автоматические выключатели FSK II

Трансформация идей в движение Сухие трансформаторы с залитыми в вакууме обмотками

Трансформация пригородного транспорта Тяговые трансформаторы для пригородных поездов

Подходят превосходно Тяговые преобразователи для транспортных машин всех конструкций

Стандартизация тягового электродвигателя Модульные индукционные тяговые электродвигатели

Специальное сервисное обслуживание Широкий ассортимент сервисных услуг компании АББ

Начало новой эры Устройства зарядки электромобилей

Электроэнергия с берега Решения по передаче энергии с берега на судно

Мониторинг потребления энергии

Швейцария на рельсах Тяговая электроэнергия для железных дорог

Передача данных

Интеллектуальная работа в команде

Экологичные железные дороги для Индии Модернизация железных дорог Индии

Интеллектуальные системы управления распределением электроэнергии

Железнодорожная революция в Китае Преобразование сети железных дорог Китая

Интеллектуальное управление

Замыкая обратную связь

По быстрой колее Скоростные поезда

Интегрированные инновации SCADA/DMS помогают операторам электросетей Сети передачи данных для интеллектуальных электросетей

Решения для рельсового транспорта – ответ на потребность в мобильности Интервью UNIFE – АББ

Следующее поколение систем FACTS

АББ, железные дороги и транспорт Коротко о предлагаемом ассортименте компании

S3 – скорость, безопасность и экономичность Сверхбыстрый заземляющий выключатель для распределительного устройства среднего напряжения

История электрификации Разработка электрифицированных железных дорог в компании АББ

Указатель 2010

6 1

АББ Ревю 3|10

АББ Ревю 4|10

Энергия и ресурсы

В центре внимания – производительность

Снижение выбросов углерода Анализ окупаемости вложений в экологию при использовании приводов

Построено для повышения эффективности Экологичное строительство АББ в Южной Африке

6 12 16

Привод для победы Прокладывая курс Навстречу ветру Парк ветроустановок Alpha Ventus

Достижение новых уровней Испытательный центр сверхвысоких напряжений АББ

Система защиты от дуги Arc Guard System™ Снижение риска поражения электродугой

40 47 49

AББ ревю 4|10

Простая экстраординарность Семейство автоматических выключателей Tmax XT

Система 800xA

6 2

Подстанции с воздушной изоляцией с выключателями-разъединителями

Системы совместной автоматизации процессов

Сберегая лучшее на будущее Устройства плавного пуска и приводы с регулируемой скоростью

Анкета

Интеллектуальное управление двигателями Контроллер UMC100

Выключатель-разъединитель (DCB)

Помогите сделать АББ Ревю еще лучше

Применение силовой электроники энергокомпаниями Полупроводники для электросетей

Полупроводники без загадок Введение в полупроводниковые технологии

Эксплуатационные характеристики в условиях сейсмической активности Углубленный анализ сейсмостойкости объектов энергетики

Электрическая тяга на тягово-буксирных судах

Безопасность приводных систем Функциональная безопасность в приводах переменного тока

Технология прямого управления моментом

Эффективность работы оператора Система 800xA для рабочего места оператора

Делаем трансформаторы мобильными Передвижные трансформаторы на 400 кВ

Активное улучшение качества Активные фильтры PQF

Передача энергии с берега на судно Снижение выбросов в портовой зоне

Указатель 2010

Редакционный совет Петер Тервиеш Глава департамента технологий НИОКР и Технологии

Кларисса Халлер Руководитель Департамента корпоративных коммуникаций

Рон Поппер Руководитель Департамента корпоративной ответственности

Ээро Яаскела Руководитель Департамента управления счетами Группы

Фридрих Пиннекамп Вице-президент, Корпоративная стратегия

Андреас Моглестуэ Главный редактор, АББ Ревю andreas.moglestue@ch.abb.com

Издатель АББ Ревю опубликовано Департаментом НИОКР и технологий Группы АББ. ABB Asea Brown Boveri Ltd. ABB Review/REV CH-8050 Цюрих Швейцария АББ Ревю выходит четыре раза в год на английском, французском, немецком, русском, испанском и китайском языках. АББ предоставляется всем интересующимся технологиями и целями компании АББ. Для подписки обращайтесь к ближайшему представителю АББ или подписывайтесь через Интернет на сайте www.abb.com/abbreview Частичная перепечатка или воспроизведение разрешаются после полного одобрения. Полное переиздание требует письменного разрешения издателя. Издатель и авторские права ©2010 ABB Asea Brown Boveri Ltd. Цюрих/Швейцария

Типография Vorarlberger Verlagsanstalt GmbH AT-6850 Дорнбирн/Австрия

Верстка DAVILLA Werbeagentur GmbH AT-6900 Брегенц/Австрия

Отказ от обязательств Содержащаяся в настоящем документе информация отражает точку зрения авторов и предназначена только для информационных целей. Читателям не следует действовать на основании этой информации, не получив профессиональной консультации. Мы предоставляем публикации с пониманием того, что авторы не оказывают технических или других профессиональных консультаций и не передают мнений по конкретным фактам или предметам и не несем какой-либо ответственности в связи с их использованием. Компании Группы АББ не дают каких-либо гарантий или обещаний, явных или подразумеваемых, касающихся содержания или точности выраженных в настоящем документе точек зрения.

Анонс номера 1|11

Технологии и инновации Инновации – это главная движущая сила технологий. Они приводят к новым решениям как старых, так и новых проблем и предоставляют технологии, прокладывающие путь в области эффективности, производительности или функциональности. Компания АББ в высшей степени привержена инновациям. С некоторых пор последний выпуск АББ Ревю в каждом году был посвящен инновациям и обычно представлял собой подборку наиболее значительных прорывов компании в области НИОКР, а также запусков в производство важных изделий. Эта особенность теперь перенесена в первый выпуск года. Такая перемена позволит включить инновации, произошедшие в конце года, и позволит создать полную картину достижений за весь календарный год. Среди представляемых инноваций – новый электродвигатель с высоким КПД, усовершенствования в системах управления и изменяемая по требованиям заказчика концепция освещения для дома.

ISSN: 1013-3119

www.abb.com/abbreview

Анонс номера 1|11

6 3

Сократить количество выбросов CO2 на 180 млн. тонн в год? Только в 2009 году, приводы, установленные АББ, позволили сократить общее количество выбросов CO2 на 180 млн. тонн. Система управления работой двигателя, которая позволяет регулировать скорость и снижать количество потребляемой энергии, – лишь одно из многих решений АББ, которые позволяют эффективно управлять потреблением энергии, сокращать выбросы углекислого газа и сокращать расходы наших клиентов. www.abb.com/betterworld

Именно.