Okolité prostredie
Nemusíme nijako rozvíjať, že prostredie galvanizovní je veľmi korozívne a to má neblahé dôsledky jednak na ľudí, a jednak na technológie v nich. Na obr. 1 môžeme vidieť napájací zdroj, ktorý bol zapožičaný ako náhrada do nemenovanej prevádzky a vrátil sa po dvoch týždňoch. Zdroj je zrelý na kompletnú výmenu výkonových prvkov a medených pásnic.

Obr. 1: Výkonový zdroj po dvoch týždňoch v galvanizovni

Obr. 2: Výkonový zdroj po jednom roku prevádzky

Obr. 3: Vykryštalizované soli na výkonovom zdroji po roku prevádzky

Umiestnenie zdroja bolo v rozpore s používateľským manuálom, ktorý definuje okolité prostredie. Pre platnosť záruky a zákonného servisu je nutné, aby okrem iného zákazník zabezpečil prívod čistého vzduchu na chladenie zdrojov. Agresívne výpary účinkujú buď priamo, alebo vo forme kondenzátu. Kondenzát je okrem iného vysoko vodivý, a preto môže dochádzať ku skratom na primárnej strane zdroja, kde je vysoké napätie.
Takýto skrat takmer pravidelne spôsobuje poruchu zdroja a môže byť nebezpečný pre obsluhu. Náklady spojené s neustálym servisom môžu byť radšej investované do potrebnej vzduchotechniky.
Iným riešením je použitie zdrojov s vodným chladením, ktoré sú voči pôsobeniu agresívnych výparov odolnejšie. Podmienkou správneho fungovania je kvalita prívodnej vody a, samozrejme, jej teplota a prietok.
Všetky tieto parametre sú špecifikované v používateľských manuáloch alebo priamou komunikáciou s obchodným oddelením firmy NES Nová Dubnica, s. r. o.

Obr. 4: Detail technického riešenia zdroja s vodným chladením

Umiestnenie zdrojov
Napájacie zdroje by nemali byť umiestnené priamo pri technológii. Dôvod, prečo sa to robí, je len finančný. Pre veľké prúdy je nutný veľký prierez vodiča a tým rastie jeho cena. Odpor medeného vodiča z hľadiska geometrických rozmerov môžeme definovať ako

kde R je odpor vodiča v Ω, l je dĺžka vodiča v m, a S je prierez vodiča v mm2.
Uveďme si názorný príklad: Majme technológiu, ktorá potrebuje prúd s hodnotou maximálne IMAX = 2 000 A a napätie na elektródach UELE = 10 V. Dodaný zdroj bol vyšpecifikovaný na parametre UNOM = 15 V a INOM = 2 500 A. Ak má byť na elektródach UELE = 10 V, potom úbytok na prívodných vodičoch by mal byť maximálne ULOST = 5 V (ULOST = UNOM – UELE = 15 V – 10 V = 5 V. Berieme idealizovaný prípad, kde úbytok napätia bude len na prívodných vodičoch). Pri maximálnom prúde IMAX = 2 000 A, musí byť maximálna hodnota odporu na prívodných vodičoch rovná RMAX, Pair = 0.0025 Ω (RMAX, Pair = ULOST/IMAX = 5 V/2 000 A), respektíve RMAX, Single = 0.00125 Ω na jeden pól prívodného vodiča. Pri tomto odpore skúsime vyrátať požadovaný prierez vodiča pri dĺžke napr. 2 m, úpravou vzorca 1 dostaneme:

V skutočnosti to musí byť ešte oveľa väčší prierez, pretože stratový výkon by na jednom póle bol až 5 kW (PHEAT = RMAX * IMAX2)!!! V praxi sa požadovaný prierez vodiča počíta pomocou prúdovej hustoty J, ktorú zvolíme napríklad J = 2.5 mm2/A.

Vidíme, že oproti prvotnému návrhu 28 mm2 je to veľký rozdiel. Odpor takéhoto vodiča bude podľa vzorca 1

A výkonová strata na vodiči je rovná

Ak umiestnime zdroj vedľa vane, povedzme 2 m, potrebný prierez vodiča podľa vzťahu 1 bude 800 mm2 a viac. Objem takéhoto vodiča je daný jeho prierezom x dĺžkou, takže 800 mm2 x 2 000 mm = 16 000 000 mm3 = 1 600 cm3. Hustota medi je 8.96 g/cm3, takže hmotnosť medi je 1 600 cm3 x 8.96 g/cm3 = 14 336 g = 14.33 kg.
Cena medených pásnic je v čase písania článku okolo 7 € za 1 kg, takže výsledná cena je 100 € za jeden pól, teda 200 € za obidva póly jednorazovo! Strata sa bude rovnať 0.35 kW, teda 0.35 kWh energie. Povedzme, že technológia pracuje 8 hod. denne počas celého roka. Množstvo premrhanej energie je 0.35 kWh * 8 * 365 = 1.02 MWh. Pri sadzbe 0.1 € za kWh je to 102 € za rok.
Pri tejto prevádzke zdroja 2 m od vane hrozí poškodenie vyobrazené na obr. 2 a 3 a servis, ktorý je takmer zbytočný, a dodáva sa nový zdroj, kde je cena okolo 5 900 €. Pri menej závažných poruchách je servis minimálne 2 000 €. Ročná strata je teda minimálne 2 000 € + 102 € = 2 102 € ročne a maximálne pre daný zdroj 6 002 € ročne!
Ak umiestnime zdroj do bezpečnej vzdialenosti a vhodného ovzdušia povedzme 20 m od vane, tak cena bude úmerne väčšia a to 1 000 € za pól a 2 000 € za oba póly jednorazovo!
Strata bude rovná 3.5 kW, teda 3.5 kWh energie. Povedzme, že technológia pracuje 8 hod. denne počas celého roka. Množstvo premrhanej energie je 3.5 kWh * 8 * 365 = 10.2 MWh. Pri sadzbe 0.1 €/kWh to činí 1 020 € za rok. Pri tejto prevádzke zdroja 20 m od vane v dobre vetranej a čistej miestnosti nehrozí takmer žiadny servis a zdroje môžu správne fungovať roky.
Rozdiel v úspore teda je minimálne 1 082 € a maximálne až 4 982 € ročne. Umiestniť napájacie zdroje v dobrom prostredí teda má zmysel.

Teplota okolia
Teplota okolia je veľmi dôležitá z hľadiska životnosti zdrojov a je nutné ju v predpísaných hodnotách udržať. Vysoká okolitá teplota komplikuje chladenie výkonových komponentov, ktoré sú špeciálne v galvanotechnike počas procesu trvalo namáhané.

Kvalita rozvodnej sústavy
Výkonové zdroje sú navrhované tak, že svoje nominálne parametre dosiahnu pri istých vstupných podmienkach, a to je 400 V/50 Hz s toleranciou +/– 10 %, takže rozsah je od 360 V do 440 V. Ak je vstupné napätie mimo rozsahu, potom už výkonový zdroj nemôže dosiahnuť svoje nominálne parametre, resp. ohlási chybu.
Ak zákazník má povedzme naprázdno združené napätie v sieti, napríklad 380 V, potom je pravdepodobné, že pri zaťažení siete nastane pokles pod túto hranicu a tým nastáva problém, že zdroj nedosiahne požadované napätie na výstupe a tým pádom ani požadovaný prúd do technológie.

Riešenia existujú v podstate dve:
• Zmena odbočky na distribučnom transformátore na vyššie napätie v sieti.
• Ak nám „chýba“ pomerne malé napätie na dosiahnutie požadovaného prúdu, tak zväčšenie prierezu prívodných vodičov do vane.
Túto problematiku sme už načrtli vyššie v príspevku. Toto však má zmysel len vtedy, ak je úbytok na prívodných vodičoch naozaj markantný (napríklad 1 V na 1 pól).

Účinnosť zdroja
Účinnosť má vplyv na ekonomickú stránku prevádzky zdroja a vyjadruje pomer medzi výstupným výkonom a vstupným príkonom. Mnoho prevádzok má ešte staré tyristorové zdroje, ktoré okrem hmotnosti majú pomerne nízku účinnosť, povedzme okolo 70 %, resp. 0.70. Moderné spínané zdroje dosahujú účinnosť okolo 90 %, resp. 0.9.
Majme technológiu, ktorá ide 365 dní po 8 hodín na 10 V a 2 000 A. To je 20 kW výkonu a za hodinu je to 20 kWh dodanej energie do procesu, za celý deň to je 160 kWh energie a za rok to znamená 58.4 MWh.
Ak máme tyristorový zdroj, kde je účinnosť 0.70, potom sme do zdroja za rok „natlačili“ 58.4 MWh / 0.70 = 83.4 MWh energie. Pri sadzbe 0.1 € na 1 kWh to ročne predstavuje 0.1 € * 83 400 kWh = 8 340 € za rok.
– Pri spínanom zdroji je účinnosť 0.9, takže ročne sme dodali do zdroja 58.4 MWh / 0.9 = 64.9 MWh a to ročne pri rovnakej sadzbe znamená 6 490 € za rok. Úspora energie za jeden rok je 13 MWh a 1 940 €.

Strata za výluku prevádzky
Samozrejme, že v prípade akejkoľvek poruchy sa musí technologický proces zastaviť a jeho zastavenie neblaho vplýva na fungovanie firmy a jej zisk. Navyše, ak vznikne problém počas technologického procesu, kde nesmie prísť k prerušeniu dodávky elektrickej energie, zničíme aj povrchovo upravovaný kus, ktorý musíme uhradiť za vlastné peniaze.

Záver
Zdanlivo veľké investičné náklady sa rozumným prístupom môžu vrátiť už v prvých rokoch po vzniku danej investície. Úspora je nielen finančná, ale aj ekologická, a to je v dnešnej dobe pomerne dôležité a žiadané.

TEXT/FOTO Maroš Ďurík, NES Nová Dubnica