چگونه از قطعی برق در کارخانه ها و خطوط تولید جلوگیری کنیم؟

توقف چند دقیقه ای برق در یک کارخانه ممکن است به ضایعات مواد اولیه، اختلال در عملکرد تجهیزات کنترلی و تأخیر در تحویل سفارش ها منجر شود.

برای جلوگیری از قطعی برق در کارخانه، صرفاً نمی توان به پایداری شبکه سراسری وابسته بود؛ بلکه باید یک سیستم برق اضطراری متناسب با ظرفیت مصرفی، حساسیت ماشین آلات و مدت زمان خاموشی طراحی کرد.

ترکیب دیزل ژنراتور صنعتی، UPS و سیستم انتقال خودکار برق (ATS) یکی از راهکارهای اصولی برای حفظ تداوم فعالیت خطوط تولید است. داشتن چنین برنامه ای، به ویژه در فصل تابستان و زمستان که احتمال محدودیت تأمین برق صنایع افزایش پیدا می کند، دیگر یک انتخاب اختیاری نیست.

راهکارهای جلوگیری از قطعی برق در کارخانه

برای انتخاب راهکارهای مقابله با قطعی برق صنایع، ابتدا باید تجهیزات مصرف کننده از نظر توان، حساسیت و مدت زمان مجاز خاموشی دسته بندی شوند. راهکاری که برای یک کارگاه کوچک مناسب است، لزوماً پاسخگوی نیاز یک کارخانه دارای چندین الکتروموتور سنگین و خط تولید پیوسته نیست.

سه راهکار اصلی برای تأمین برق پشتیبان وجود دارد:

• دیزل ژنراتورها؛ بهترین روش تأمین برق اضطراری

دیزل ژنراتور یکی از کاربردی ترین تجهیزات برای تامین برق اضطراری در واحدهای صنعتی است. این دستگاه با تبدیل انرژی حاصل از احتراق سوخت دیزل به انرژی الکتریکی، امکان ادامه فعالیت ماشین آلات را هنگام قطع برق شبکه فراهم می کند.

برخلاف UPSهای معمولی که ظرفیت محدودی دارند، دیزل ژنراتورهای صنعتی را می توان متناسب با توان مصرفی تجهیزات سنگین طراحی و انتخاب کرد.

به همین دلیل، برای کارخانه هایی که از الکتروموتورها، کمپرسورها، پمپ های صنعتی، دستگاه های تزریق پلاستیک و تجهیزات پرمصرف استفاده می کنند، این سیستم اهمیت زیادی دارد.

از مزایای استفاده از دیزل ژنراتور می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• قابلیت تأمین برق برای بارهای سنگین صنعتی با انتخاب توان مناسب
• امکان کارکرد طولانی مدت با سوخت رسانی و نگهداری اصولی
• استقلال نسبی از شبکه برق سراسری
• امکان اتصال به تابلو ATS برای انتقال خودکار بار
• قابلیت استفاده به عنوان منبع پشتیبان برای بخش های حیاتی کارخانه

در انتخاب دستگاه، توان نامی ژنراتور، جریان راه اندازی الکتروموتورها، ضریب توان، نوع بار و شرایط محیطی باید بررسی شوند.

انتخاب ژنراتور صرفا بر اساس مجموع توان اسمی تجهیزات می تواند باعث کمبود ظرفیت در لحظه استارت ماشین آلات شود. برای نمونه، هنگام بررسی گزینه هایی مانند دیزل ژنراتور ولوو، باید علاوه بر توان خروجی، مشخصات آلترناتور، موتور، سیستم خنک کاری و قابلیت تحمل بارهای متغیر نیز ارزیابی شود.

در بسیاری از کارخانه ها، این تجهیزات بهترین روش تأمین برق اضطراری کارخانه های تولیدی برای حفظ فعالیت ماشین آلات اصلی محسوب می شوند.

UPS صنعتی؛ محافظت از سیستم های کنترل و ابزار دقیق

UPS یا منبع تغذیه بدون وقفه، وظیفه متفاوتی نسبت به دیزل ژنراتور دارد. این دستگاه در زمان قطع برق، انرژی ذخیره شده در باتری را بدون وقفه در اختیار مصرف کننده قرار می دهد.

• نکته مهم این است که UPS صنعتی برای راه اندازی کل خط تولید یا تأمین انرژی الکتروموتورهای سنگین طراحی نمی شود.

کاربرد اصلی آن، محافظت از تجهیزات حساس و جلوگیری از خاموشی ناگهانی سیستم های کنترلی است.

مهم ترین تجهیزات قابل اتصال به UPS عبارت اند از:

• سیستم های PLC و HMI
• کامپیوترهای صنعتی و سرورها
• تجهیزات ابزار دقیق و کنترل فرآیند
• تابلوهای فرمان و سیستم های مانیتورینگ
• تجهیزات ارتباطی و شبکه داخلی کارخانه

فرض کنید برق یک کارخانه قطع می شود و دیزل ژنراتور برای روشن شدن به چند ثانیه زمان نیاز دارد. در این فاصله، UPS می تواند برق تجهیزات کنترلی را تأمین کند تا اطلاعات فرآیند، تنظیمات دستگاه ها و ارتباط سیستم های نظارتی از بین نروند.

نیروگاه های خورشیدی و سیستم های CHP

نیروگاه خورشیدی و سیستم تولید هم زمان برق و حرارت (CHP) از راهکارهای دیگری هستند که می توانند بخشی از نیاز انرژی کارخانه را تأمین کنند.

نیروگاه خورشیدی با استفاده از پنل های فتوولتائیک، برق مورد نیاز را از انرژی خورشید تولید می کند. با این حال، برای استفاده از آن هنگام خاموشی شبکه، باید طراحی سیستم، اینورتر سازگار با عملکرد جزیره ای و ذخیره سازی انرژی نیز در نظر گرفته شود. پنل خورشیدی متصل به شبکه به تنهایی هنگام قطع برق، برق کارخانه را تأمین نمی کند.

سیستم CHP نیز با استفاده از یک منبع سوخت، به صورت هم زمان برق و حرارت تولید می کند. این روش برای صنایعی که مصرف حرارتی و الکتریکی قابل توجهی دارند، می تواند بهره وری انرژی را افزایش دهد.

تبعات و خسارات توقف خط تولید

قطعی برق فقط به خاموش شدن چراغ ها و دستگاه ها محدود نمی شود. در بسیاری از صنایع، قطع ناگهانی جریان برق می تواند خسارت هایی ایجاد کند که جبران آن ها بسیار پرهزینه تر از تأمین برق اضطراری است.

مهم ترین پیامدهای قطع برق در واحدهای صنعتی عبارت اند از:

• از بین رفتن مواد اولیه: در صنایع غذایی، قطع برق تجهیزات پخت، انجماد و بسته بندی می تواند باعث فساد مواد یا از بین رفتن محصول نیمه آماده شود. در صنایع پلاستیک نیز توقف ناگهانی دستگاه تزریق یا اکسترودر ممکن است باعث سرد شدن مواد داخل سیلندر و گرفتگی مسیر تولید شود.
• آسیب به تجهیزات الکترونیکی: نوسانات ولتاژ پیش از قطع کامل برق یا هنگام بازگشت جریان می تواند به بردهای الکترونیکی، PLC، اینورترها و تجهیزات ابزار دقیق آسیب بزند.
• افزایش هزینه های عملیاتی: راه اندازی مجدد ماشین آلات، تنظیم دوباره پارامترهای تولید و بررسی کیفیت محصولات پس از توقف، زمان و نیروی انسانی بیشتری نیاز دارد.
• جریمه تأخیر در تحویل سفارش ها: کارخانه هایی که با قرارداد های زمان بندی شده فعالیت می کنند، ممکن است به دلیل توقف تولید با جریمه قراردادی یا از دست دادن مشتری مواجه شوند.

برای مثال، در یک خط تولید مواد غذایی که سیستم سرمایش آن به صورت پیوسته کار می کند، حتی اگر قطعی برق به دستگاه های اصلی آسیبی نزند، افزایش دمای مواد اولیه می تواند کل یک محموله را غیرقابل استفاده کند.

بنابراین جلوگیری از توقف خط تولید هنگام قطعی برق باید بخشی از برنامه مدیریت ریسک کارخانه باشد. این برنامه مدیریت ریسک با خرید دیزل ژنراتور به درستی پیش خواهد رفت.

چک لیست حفاظت از خطوط تولید در برابر خاموشی

برای جلوگیری از قطعی برق در خط تولید، تنها خرید تجهیزات پشتیبان کافی نیست. زیرساخت برق داخلی، نحوه توزیع بار و برنامه نگهداری نیز باید به صورت منظم بررسی شوند.

چک لیست زیر می تواند برای ارزیابی وضعیت برق اضطراری کارخانه استفاده شود:

• بالانس کردن بار شبکه داخلی: بار مصرفی بین فازها به درستی توزیع شود تا از افزایش جریان در یک فاز و فشار غیرضروری بر تجهیزات جلوگیری شود.
• نصب سیستم ATS: تابلو انتقال خودکار برق باید در زمان قطع شبکه، فرمان استارت ژنراتور را صادر کرده و پس از پایدار شدن ولتاژ و فرکانس، بار را به منبع اضطراری منتقل کند.
• سرویس دوره ای دیزل ژنراتور: سطح روغن، وضعیت فیلترها، سیستم خنک کاری، باتری استارت و مدار سوخت رسانی باید طبق برنامه بررسی شوند.
• تست عملکرد زیر بار: ژنراتور باید در فواصل مشخص با بار واقعی یا بانک بار آزمایش شود تا عملکرد آن صرفاً به روشن شدن بدون بار محدود نباشد.
• محافظت در برابر نوسانات ولتاژ: استفاده از تجهیزات حفاظتی مناسب، رله کنترل فاز و حفاظت اضافه ولتاژ و افت ولتاژ ضروری است.
• اولویت بندی مصرف کنندگان: تجهیزات حیاتی مانند سیستم سرمایش، پمپ های اصلی و مدارهای کنترل باید از مصرف کنندگان غیرضروری تفکیک شوند.
• تعیین زمان پشتیبانی مورد نیاز: ظرفیت مخزن سوخت و میزان مصرف ژنراتور باید با توجه به مدت احتمالی خاموشی محاسبه شود.

یک نکته مهندسی: بهتر است سیستم برق اضطراری در شرایط واقعی و تحت سناریوی قطع برق آزمایش شود. روشن شدن ژنراتور به تنهایی تضمین نمی کند که انتقال بار بدون مشکل انجام خواهد شد.

انتخاب راهکار مطمئن برای صنایع

برای جلوگیری از قطع برق کارخانه، ابتدا باید نقشه مصرف انرژی و حساسیت تجهیزات بررسی شود. انتخاب ژنراتور بدون محاسبه جریان راه اندازی موتورها، ظرفیت بارهای هم زمان و توان مورد نیاز در شرایط اضطراری می تواند باعث افت ولتاژ، اضافه بار و حتی خاموش شدن مجدد سیستم شود.

همچنین لازم است زمان مجاز توقف هر بخش از خط تولید مشخص باشد تا ظرفیت تجهیزات پشتیبان بر اساس نیاز واقعی تعیین شود.

در اغلب کارخانه هایی که به فعالیت پیوسته نیاز دارند، ترکیب UPS برای مدارهای فرمان و تجهیزات حساس + دیزل ژنراتور با توان متناسب برای ماشین آلات و مصرف کنندگان اصلی + تابلو ATS برای انتقال خودکار برق یک ساختار اصولی و قابل اتکاست. این ترکیب، هم از اطلاعات و تجهیزات کنترلی محافظت می کند و هم امکان ادامه فعالیت بخش های ضروری تولید را فراهم می سازد.

جلوگیری از قطعی برق در کارخانه های تولیدی زمانی نتیجه بخش خواهد بود که انتخاب تجهیزات، نصب، تست و نگهداری آن ها در قالب یک برنامه مهندسی یکپارچه انجام شود.