Oplossingen voor Dips

Er zijn verschillende manieren om problemen met dips te voorkomen op diverse niveaus in de installatie of het voedende net. Wel zijn hieraan soms hoge kosten verbonden. De afbeelding oplossingen voor dips op diverse niveaus met een kostenindicatie geeft schematisch aan op welke niveaus oplossingen gekozen kunnen worden. De kosten blijken aanzienlijk te stijgen als er meer vermogen nodig is voor het opvangen van de dip. De PLC in de afbeelding staat voor programmable logic controller (programmeerbare besturing).

Locatie 4: een mogelijke oplossing is apparatuur kopen die bestand is tegen een redelijke spanningsdip. Zo kan een grotere condensator worden opgenomen in de voeding van elektronische apparatuur. De in die condensator opgeslagen energie dient tijdens een spanningsdip om de dip te overleven. Deze oplossing is relatief goedkoop, maar moet wel per apparaat worden toegepast dat belangrijk is voor het proces. Een andere oplossing ligt op het gebied van de procesbesturing, bijvoorbeeld een snelle herstart.

Locatie 3: een mogelijke oplossing is dat een gestabiliseerde voeding de besturing en regeling voedt van een proces dat in de regel de gevoelige apparatuur bevat. Deze oplossing is iets duurder dan een oplossing per apparaat – zeker als deze in het ontwerp van het apparaat wordt meegenomen − maar relatief goedkoop gezien het geringe benodigde vermogen. Een andere oplossing is de toepassing van een DVR (dynamic voltage restorer).

Locatie 2: er wordt voor het hele proces een oplossing gezocht, wat grotere vermogens vereist. Een UPS (uninterruptible power supply) beschermt tegen alle dips maar kost minimaal € 200 per kVA voor de grotere vermogens. Nog een oplossing is een tweede transformator waarop de gevoelige apparatuur is aangesloten. Voor deze trafo kunnen dan specifieke maatregelen worden genomen.

Locatie 1: de duurste oplossing is de kwaliteit van het net verder verbeteren. Om de dips in de MS te verminderen, kan dan gedacht worden aan een aansluiting op het niveau van het onderstation, eventueel via een eigen transformator, of aan de toepassing van smoorspoelen.

Oplossingen voor dips op diverse niveaus met een kostenindicatie.

UPS

Onderstaande afbeelding toont een UPS-systeem. Het net is van twee inverters gekoppeld met de belasting. Een gelijkspanningsbron is aangesloten op het gelijkspanningsdeel. Bij het verminderen of wegvallen van de voedende spanning kan de belasting een tijd vanuit de gelijkspanningsvoeding worden gevoed, afhankelijk van de energie in de gelijkspanningsvoeding.

Een uninterruptible power supply-systeem met batterijen.

Bij deze uitvoering voedt de UPS constant de belasting. De bypass wordt alleen gebruikt als er onderhoud aan de UPS moet plaatsvinden of als er een defect in de UPS is ontstaan. Een andere mogelijkheid is de belasting alleen voeden als er een storing (dip of onderbreking) is. Deze zogeheten offline systemen worden meestal bij de kleinere vermogens toegepast (zie onderstaande afbeelding).

Offline UPS.

Nog een mogelijkheid is korte dips opvangen met een vliegwiel en langdurige onderbrekingen opvangen met een dieselmotor/generator-set (zie onderstaande afbeelding). Het UPS-systeem vangt niet alleen dips op, maar is ook een actief filter tegen harmonischen en transiënten.

Combinatie van diesel en vliegwiel. Bron: Hitec.

Vliegwiel

Een vliegwiel kan ook de dip op de belasting reduceren (zie onderstaande afbeelding). Bij een dip wordt de belasting gevoed vanuit de dieselmotor/generator-set. De benodigde energie wordt uit het vliegwiel gehaald.

Hitec ride through system. Bron: Hitec.

DVR

Onderstaande afbeelding toont het principe van de DVR. Bij een dip wordt met behulp van de transformator een spanning toegevoegd aan de netspanning. In de geschetste versie wordt de benodigde energie via een wisselrichter uit een gelijkspanningsvoeding gehaald. Het is ook mogelijk om de benodigde energie rechtstreeks uit het net te betrekken, maar dan moet de dip niet te groot zijn.

Dynamic voltage restorer.

Statcom

Een statcom compenseert statisch blindvermogen door met stroominjectie blindvermogen in het net te injecteren en hiermee de spanning op het gewenste peil te proberen te houden. Het vermogen om de dip te compenseren kan worden vergroot door een gelijkspanningsvoeding toe te voegen.

Statcom.

Toestellen met meer immuniteit

Een manier om de immuniteit tegen dips te vergroten, is toestellen kopen die beter bestand zijn tegen dips in het net. Dips kunnen leiden tot het slecht functioneren van bedrijfsprocessen of het uitvallen van gevoelige apparatuur. De gevoeligheid van apparatuur voor dips wordt weergegeven in zogeheten immuniteitscurves. Bij apparatuur voor informatietechnologie zoals computers en datacommunicatie hoort de ITIC-curve van onderstaande afbeelding.

ITIC-curve van IT-apparatuur.

De betreffende apparatuur zal blijven werken als de spanning boven de dikke lijn blijft. Spanningsdips, waarbij meer dan 20 ms minder dan 70% van de nominale spanning overblijft, kunnen tot problemen leiden. Deze problemen kunnen klein zijn (uitval van een pc) of groot (procesuitval). De meeste dips bevinden zich in het gebied met een tijdsduur tot en met een 0,5 s en een diepte tussen de 20 en 50%.

Toestellen die aan de SEMI F47-norm voldoen, vallen minder snel uit dan toestellen die net aan de ITIC-curve voldoen. De SEMI F47-curve van onderstaande afbeelding is volgens de norm gekarakteriseerd in het rechthoekige kader. Daarbuiten liggen 'aanbevolen' knikpunten die niet in de norm zijn vastgelegd.

SEMI F47-curve.

Verder is in de IEC 61000-4-11 ‘Testing and measurement techniques − Voltagedips, short interruptions and voltage variations immunity test for equipment with input current less than 16 A per phase’ de immuniteitscurve opgenomen van onderstaande afbeelding. Dezelfde curve staat ook in de IEC 61000-4-34 ‘Testing and measurement techniques − Voltagedips, short interruptions and voltage variations immunity test for equipment with input current more than 16 A per phase’.

Toestellen die aan deze curve voldoen, zijn dus redelijk immuun tegen de meest voorkomende dips.

Immuniteitscurve volgens de IEC 61000-4-11 en -34.

Toepassing van een boost converter als bescherming tegen dips.

Een industrieel toestel dat problemen oplevert, is de frequentieregelaar. Deze aandrijving is gevoelig voor vooral driefasendips, maar wordt veel toegepast. De immuniteit van de frequentieregelaar is te vergroten door middel van een boost converter (zie bovenstaande afbeelding).