1. Το προφίλ της μονάδας

Ο πελάτης είναι μια σύγχρονη βιομηχανική μονάδα παραγωγής και συσκευασίας τροφίμων. Η γραμμή παραγωγής λειτουργεί σε 24ωρη βάση και περιλαμβάνει αυτοματοποιημένη multi-lane διαδικασία πλήρωσης, θερμοσφράγισης και σήμανσης, με ενδεικτική δυναμικότητα 1.200–1.500 συσκευασίες την ώρα.

2. Η πρόκληση: βυθίσεις τάσης και απρόβλεπτες διακοπές στη γραμμή παραγωγής

Στην παροχή της εγκατάστασης είχαν καταγραφεί επαναλαμβανόμενες βυθίσεις τάσης και στιγμιαίες διακοπές, διάρκειας περίπου 100–300 ms. Παρότι τα συμβάντα αυτά ήταν σύντομα, ήταν αρκετά για να επηρεάσουν ευαίσθητα ηλεκτρονικά φορτία της γραμμής, όπως PLCs, drives / inverters κίνησης, HMI και συστήματα ελέγχου σφράγισης / σήμανσης.

Η προέλευση τέτοιων φαινομένων μπορεί να σχετίζεται είτε με το δίκτυο τροφοδοσίας είτε με δυναμικά φορτία εντός ή κοντά στην εγκατάσταση. Για τον πελάτη, το κρίσιμο ζήτημα δεν ήταν η αιτία κάθε συμβάντος, αλλά η επίδρασή του στη γραμμή παραγωγής και ο χρόνος που απαιτούνταν για την επαναφορά της σε κανονική λειτουργία.

Οι επιπτώσεις στην παραγωγή ήταν σημαντικές:

• Απότομη διακοπή της γραμμής: Ακόμη και μια στιγμιαία βύθιση τάσης μπορούσε να οδηγήσει σε σφάλμα ή επανεκκίνηση στα PLC/HMI και σε trip των inverters, προκαλώντας αποσυγχρονισμό και απότομο σταμάτημα της γραμμής.
• Κίνδυνος φθοράς στο σύστημα σφράγισης: Σε περίπτωση απότομης διακοπής, οι θερμές σιαγόνες σφράγισης μπορούσαν να παραμείνουν σε επαφή με το πλαστικό φιλμ, προκαλώντας λιώσιμο υλικού, παραγωγή καπνού, ανάγκη χειροκίνητου καθαρισμού και πιθανή φθορά σε θερμαντικά στοιχεία ή αισθητήρες θερμοκρασίας.
• Κόστος downtime και επανεκκίνησης: Παρότι η βύθιση τάσης διαρκούσε μόλις 100–300 ms, το απότομο trip της γραμμής μπορούσε να σταματήσει τη διεργασία σε κρίσιμο σημείο του κύκλου σφράγισης. Σε τέτοιες περιπτώσεις απαιτούνταν χειροκίνητος καθαρισμός του sealing section, έλεγχος θερμαντικών στοιχείων και αισθητήρων, επαναπέρασμα υλικών, reset των αυτοματισμών και δοκιμαστική επανεκκίνηση πριν η γραμμή επιστρέψει σε κανονική παραγωγή. Ο συνολικός χρόνος αποκατάστασης μπορούσε να φτάσει έως και τις 4 ώρες, ανάλογα με το σημείο του κύκλου στο οποίο σταματούσε η γραμμή.

3. Η μελέτη επιλεκτικής τροφοδότησης κρίσιμων φορτίων

Η τεχνική προσέγγιση της Tescom Hellas δεν βασίστηκε στην υποστήριξη ολόκληρης της γραμμής παραγωγής με UPS, καθώς μια τέτοια λύση θα ήταν σημαντικά πιο κοστοβόρα.

Αντίθετα, εφαρμόστηκε μελέτη επιλεκτικής τροφοδότησης κρίσιμων φορτίων. Στόχος ήταν να υποστηριχθούν μόνο τα υποσυστήματα που είναι απαραίτητα για τον έλεγχο της διεργασίας, την αποφυγή απότομου shutdown, την προστασία του συστήματος σφράγισης και τη δυνατότητα ασφαλούς ολοκλήρωσης του κύκλου ή ελεγχόμενης διακοπής της γραμμής.

Με αυτόν τον τρόπο, ακόμη και σε περίπτωση βύθισης τάσης ή σύντομης διακοπής, η γραμμή δεν σταματά απότομα. Τα κρίσιμα συστήματα παραμένουν ενεργά, δίνοντας χρόνο για ασφαλή ολοκλήρωση του κύκλου ή ελεγχόμενη παύση της διεργασίας.

Τα φορτία που επιλέχθηκαν για υποστήριξη από το UPS ήταν τα εξής:

Το κρίσιμο τμήμα θερμοσφράγισης δεν επιλέχθηκε με στόχο τη συνέχιση της πλήρους παραγωγής μέσω UPS, αλλά για να παραμείνει ελεγχόμενη η διεργασία σφράγισης σε περίπτωση βύθισης τάσης ή σύντομης διακοπής. Με αυτόν τον τρόπο μειώνεται ο κίνδυνος απότομου σταματήματος σε κρίσιμο σημείο του κύκλου και δίνεται χρόνος για ασφαλή ολοκλήρωση ή ελεγχόμενη παύση της γραμμής.

Η επιλογή των φορτίων έγινε με βάση τη λειτουργική τους σημασία για τη γραμμή. Δεν συμπεριλήφθηκαν μεγάλα φορτία που δεν ήταν κρίσιμα για τη συγκεκριμένη επιλεκτική τροφοδότηση, όπως ο κεντρικός συμπιεστής αέρα, βοηθητικοί κινητήρες ή άλλα φορτία που δεν ήταν απαραίτητα για την ασφαλή ολοκλήρωση του κύκλου ή την ελεγχόμενη διακοπή της διεργασίας.

4. Η διαστασιολόγηση & η επιλογή της λύσης

Με βάση την καταγραφή των κρίσιμων φορτίων, η απαίτηση του πελάτη ήταν:

• Ισχύς κρίσιμων φορτίων: 43,0 kW / 46,5 kVA
• Επιθυμητή αυτονομία: 15 λεπτά

Η τεχνική πρόταση της Tescom:

Ως κατάλληλη λύση προτάθηκε τριφασικό Online Double-Conversion UPS Tescom TEOS 400, ισχύος 60 kVA, με ενσωματωμένο φορτιστή 20 A.

Γιατί επιλέχθηκε UPS 60 kVA;

Περιθώριο ασφαλείας (headroom):
Με το φορτίο στα 46,5 kVA, το UPS λειτουργεί περίπου στο 77,5% της ονομαστικής φαινόμενης ισχύος του. Αυτό αφήνει σημαντικό περιθώριο ασφαλείας, ώστε το σύστημα να μη λειτουργεί οριακά και να μπορεί να ανταποκριθεί καλύτερα στις απαιτήσεις ενός βιομηχανικού περιβάλλοντος.

Δυναμική συμπεριφορά φορτίων:
Το επιπλέον περιθώριο ισχύος καλύπτει στιγμιαίες αιχμές, μεταβατικές καταστάσεις και επανασυγχρονισμό κρίσιμων κινήσεων μέσω inverters, χωρίς το UPS να λειτουργεί κοντά στο όριό του ή να μεταβαίνει σε bypass.

Μελλοντική επέκταση κρίσιμων φορτίων:
Η επιλογή των 60 kVA επιτρέπει επίσης ένα λογικό περιθώριο για μελλοντική προσθήκη μικρών κρίσιμων φορτίων, χωρίς να απαιτείται άμεση αναβάθμιση της λύσης UPS.

5. Οι μπαταρίες και το περιθώριο ασφάλειας

Για την επίτευξη της ζητούμενης αυτονομίας των 15 λεπτών, για κρίσιμο φορτίο 43 kW και λαμβάνοντας υπόψη απόδοση inverter 0,95, σχεδιάστηκε εξωτερικό cabinet μπαταριών με αυξημένο περιθώριο αυτονομίας.

Η συστοιχία περιλαμβάνει:

• 80 μπαταρίες 12 V / 38 Ah
• Διάταξη: 2 παράλληλα strings των 40 μπαταριών

Με βάση το κρίσιμο φορτίο της εγκατάστασης και τη συγκεκριμένη διάταξη μπαταριών, η εκτιμώμενη αυτονομία της λύσης υπολογίστηκε περίπου στα 19 λεπτά, καλύπτοντας την απαίτηση του πελάτη για τουλάχιστον 15 λεπτά υποστήριξης.

Η αυτονομία αυτή παρέχει επαρκές περιθώριο ώστε η γραμμή να παραμείνει ελεγχόμενη κατά τη διάρκεια βυθίσεων τάσης, σύντομων διακοπών ή μέχρι την πλήρη ανάληψη των κρίσιμων φορτίων από το ηλεκτροπαραγωγό ζεύγος (Η/Ζ). Αν η παροχή δεν επανέλθει ή το Η/Ζ δεν αναλάβει εγκαίρως, ο διαθέσιμος χρόνος επιτρέπει την ασφαλή ολοκλήρωση του κύκλου ή την ελεγχόμενη παύση της διεργασίας.

Η επιλογή αυτή προσφέρει πρόσθετο περιθώριο ασφαλείας σε πραγματικές συνθήκες λειτουργίας, λαμβάνοντας υπόψη παράγοντες όπως η θερμοκρασία χώρου, η φυσιολογική γήρανση των μπαταριών και πιθανές μικρές μελλοντικές προσθήκες κρίσιμων φορτίων.

6. Τα αποτελέσματα & το οικονομικό όφελος

Σύμφωνα με την πανευρωπαϊκή έρευνα European Power Quality Survey, η οποία πραγματοποιήθηκε στο πλαίσιο της πρωτοβουλίας Leonardo Power Quality Initiative / Leonardo Energy και κάλυψε βιομηχανικές εγκαταστάσεις σε 8 ευρωπαϊκές χώρες και 16 διαφορετικούς κλάδους, το ετήσιο κόστος από προβλήματα ποιότητας ισχύος μπορεί να φτάσει έως και το 4% του ετήσιου κύκλου εργασιών μιας παραγωγικής μονάδας. Η ίδια έρευνα εκτιμά ότι οι συνολικές απώλειες για την ευρωπαϊκή βιομηχανία ξεπερνούν τα 150 δισ. € ετησίως.

Τα προβλήματα αυτά περιλαμβάνουν βυθίσεις τάσης, μικροδιακοπές, αρμονικές, μεταβατικές διαταραχές και άλλες αποκλίσεις που μπορούν να επηρεάσουν ευαίσθητο βιομηχανικό εξοπλισμό, αυτοματισμούς και γραμμές παραγωγής.

Για μια μεσαία βιομηχανία με ετήσιο κύκλο εργασιών 5.000.000€, όπως η μονάδα που εξετάζεται στο συγκεκριμένο case study, αυτό μεταφράζεται σε δυνητική ετήσια οικονομική επιβάρυνση της τάξης των 200.000€.

Στο συγκεκριμένο case study, οι βυθίσεις τάσης και οι σύντομες διακοπές μπορούσαν να προκαλέσουν απότομο σταμάτημα της γραμμής, ανάγκη καθαρισμού του sealing section, επανεκκίνηση αυτοματισμών, scrap πρώτης ύλης και υλικών συσκευασίας, εργατοώρες αποκατάστασης και απώλεια παραγωγικού χρόνου.

Η λύση UPS περιορίζει αυτόν τον κίνδυνο, διατηρώντας ενεργά τα κρίσιμα φορτία της γραμμής και δίνοντας τον απαραίτητο χρόνο είτε για μετάβαση στο ηλεκτροπαραγωγό ζεύγος (Η/Ζ), είτε για ελεγχόμενο shutdown.

Πέρα από την άμεση οικονομική εξοικονόμηση, η λύση προσφέρει μεγαλύτερη ασφάλεια, σταθερότητα και προβλεψιμότητα στη λειτουργία της γραμμής παραγωγής, μειώνοντας τον κίνδυνο απρογραμμάτιστων shutdowns και βοηθώντας την εγκατάσταση να διατηρεί πιο ελεγχόμενη και αξιόπιστη παραγωγική διαδικασία.