Jak działa bezpieczeństwo energetyczne od kuchni?

Wyobraź sobie scenariusz: wielka elektrownia, miliony odbiorców podpiętych pod jej moce, nagle… zanik napięcia. Co chroni nas przed kompletnym blackoutem? Tu właśnie wkracza zasilanie awaryjne - niepozorne, lecz absolutnie niezastąpione ogniwo energetycznego bezpieczeństwa.

A stacje transformatorowe? One również mają swoje „plany B”, gotowe do działania w każdej sekundzie.

Jako Energeks dostarczamy rozwiązania, które codziennie zabezpieczają krytyczne punkty sieci - od transformatorów po magazyny energii, nie zapominając o wsparciu dla awaryjnych systemów zasilania. Nasza wiedza to efekt lat współpracy z operatorami systemów dystrybucyjnych, elektrowniami i inwestorami przemysłowymi.

Chcesz dowiedzieć się, jak elektrownie i stacje transformatorowe radzą sobie bez zasilania z sieci? Po lekturze tego artykułu poznasz mechanizmy stojące za zasilaniem awaryjnym i dowiesz się, które rozwiązania sprawiają, że energia płynie nieprzerwanie, niezależnie od sytuacji.

W tym artykule przeczytasz:

1. Jakie są grupy odbiorników wymagających awaryjnego zasilania w elektrowniach.

2. Na jakich technologiach opierają się systemy podtrzymujące pracę stacji transformatorowych.

3. Jakie rozwiązania stosuje się dla różnych poziomów napięcia i mocy odbiorników.

4. Jaką rolę pełnią generatory prądotwórcze i dlaczego są nieodzowne w infrastrukturze elektroenergetycznej.

Czas czytania: 6 minut

Zasilanie awaryjne elektrowni – jak zachować pełną kontrolę nawet w kryzysie?

Elektrownia to złożony ekosystem, w którym współistnieją setki różnorodnych urządzeń. Znajdziemy tu zarówno precyzyjne systemy informatyczne, jak i ogromne maszyny o wielomegawatowych mocach. Choć różnią się przeznaczeniem i zapotrzebowaniem energetycznym, wszystkie mają jedną wspólną cechę: muszą być zasilane nieprzerwanie. Jakikolwiek zanik napięcia grozi poważnymi zakłóceniami procesów technologicznych, a w skrajnych przypadkach nawet zatrzymaniem produkcji energii. Dlatego zasilanie awaryjne elektrowni projektowane jest z chirurgiczną precyzją, uwzględniając charakterystykę każdego typu odbiornika.

Odbiorniki napięcia stałego – fundament stabilnej automatyki

Sercem każdego systemu sterowania w elektrowni są odbiorniki napięcia stałego. To na nich opierają się układy automatyki, zabezpieczeń, telemechaniki oraz sygnalizacji. Typowe poziomy napięć stałych stosowane w takich obiektach wynoszą 24V, 48V, 60V, 110V lub 220V DC, co pozwala na uniwersalne dopasowanie zasilania do wymagań poszczególnych urządzeń.

W codziennej eksploatacji odbiorniki te zasilane są głównie z centralnych układów bateryjnych. Akumulatory współpracują z zasilaczami buforowymi i przetwornicami DC/DC, które utrzymują stabilny poziom napięcia niezależnie od zmian w obciążeniu. Dzięki temu kluczowe elementy systemu, jak przekaźniki zabezpieczeń, sterowniki PLC czy urządzenia komunikacji SCADA, działają bez zakłóceń.

W mniejszych elektrowniach lub dla wybranych odbiorników stosuje się również systemy rozproszone, w których każde urządzenie posiada indywidualne źródło energii w postaci własnej baterii. To rozwiązanie zwiększa elastyczność i ogranicza ryzyko przerwy zasilania w przypadku awarii centralnego źródła.

Warto wspomnieć, że w wielu elektrowniach również oświetlenie awaryjne zasila się napięciem stałym. Pozwala to uprościć infrastrukturę zasilania oraz zapewnić niezależność od sieci niskiego napięcia.

Odbiorniki napięcia przemiennego – stabilność w dużej skali

Drugą grupę stanowią odbiorniki napięcia przemiennego. W tej kategorii mieszczą się zarówno niewielkie urządzenia informatyczne i systemy komunikacji, jak i potężne maszyny technologiczne, których moce liczone są w megawatach. Dla każdego z tych odbiorników projektuje się dedykowane rozwiązania zasilania awaryjnego, dostosowane do ich charakterystyki pracy.

Odbiorniki małej i średniej mocy, takie jak systemy IT, systemy monitoringu czy oświetlenie robocze, najczęściej zasilane są przez zasilacze UPS. Mogą to być zarówno urządzenia indywidualne, jak i centralne układy współpracujące z zakładowymi bateriami. Alternatywnie stosuje się przetwornice DC/AC, które konwertują energię z układów bateryjnych na wymagane napięcie przemienne.

W przypadku odbiorników dużej mocy, takich jak silniki pomp, wentylatorów czy sprężarek, rozwiązania muszą być bardziej zaawansowane. W elektrowniach wykorzystuje się układy bateryjne sprzężone z przetwornicami DC/AC lub falownikami, które umożliwiają nie tylko awaryjne zasilanie, ale również płynne sterowanie napędami. Tego typu rozwiązania minimalizują ryzyko nagłego zatrzymania procesów technologicznych i pozwalają na bezpieczne przejście do trybu awaryjnego.

Dodatkowo, coraz częściej w dużych napędach stosuje się funkcję zasilania bezprzerwowego. Tego typu układy posiadają własne zasilanie bateryjne, niezależne od głównego systemu, co jeszcze bardziej zwiększa niezawodność pracy całej elektrowni.

Stacje transformatorowe – tutaj każda sekunda ma znaczenie

Stacje transformatorowe to newralgiczne węzły sieci elektroenergetycznej. Im większa stacja i im bardziej strategiczna jej rola, tym większe wymagania stawiane systemom zasilania awaryjnego. Szczególnie w przypadku stacji wysokiego napięcia, gdzie przepływ energii liczony jest w setkach megawatów, nie ma miejsca na przestoje ani kompromisy. Każda sekunda opóźnienia może skutkować nie tylko lokalnym blackoutem, ale również zakłóceniem stabilności całego systemu przesyłowego.

Zasilanie awaryjne w stacjach transformatorowych nie sprowadza się do prostego podtrzymania napięcia. To przemyślany układ wielu współpracujących ze sobą elementów, które muszą zagwarantować możliwość natychmiastowego przywrócenia pracy urządzeń, gdy tylko napięcie sieciowe powróci.

Jakie urządzenia wymagają nieprzerwanego zasilania?

• Napędy łączników: Kluczowe dla bezpiecznego zarządzania przepływem energii. Pozwalają zdalnie przełączać obwody i rekonfigurować sieć. Ich niezawodność determinuje szybkość reakcji operatora na zmieniające się warunki pracy.

• Zabezpieczenia przekaźnikowe i układy automatyki: Odpowiadają za ochronę urządzeń stacji przed zwarciami, przeciążeniami oraz innymi awariami. Bez ich poprawnego działania ryzyko uszkodzenia transformatorów czy rozdzielnic znacząco rośnie.

• Systemy telemechaniki, sterowania, blokowania i sygnalizacji: Umożliwiają pełną kontrolę nad urządzeniami stacji, a także przesyłanie informacji do centrów dyspozytorskich. Zdalna diagnostyka, wizualizacja i reakcja na zakłócenia nie byłyby możliwe bez ciągłego zasilania tych systemów.

• Awaryjne oświetlenie stacji: Ułatwia obsługę i serwis w warunkach awaryjnych, zapewniając bezpieczeństwo personelu.

• Urządzenia pomocnicze kompensatorów: Stabilizują napięcie i współczynnik mocy, co ma bezpośredni wpływ na jakość przesyłanej energii.

Jakie technologie zapewniają nieprzerwane zasilanie?

Systemy bateryjne (akumulatory)

To standardowe rozwiązanie w każdej stacji elektroenergetycznej. Akumulatory odpowiadają za zasilanie odbiorników prądu stałego, takich jak zabezpieczenia przekaźnikowe, sterowniki telemechaniki czy układy sterowania napędami. Typowe poziomy napięcia to 230V lub 110V DC, dostosowane do wymagań poszczególnych urządzeń. Baterie są na bieżąco doładowywane z sieci, a w przypadku jej zaniku natychmiast przejmują rolę źródła energii.

W zależności od wielkości stacji, pojemność układu bateryjnego pozwala na podtrzymanie zasilania od kilku minut do nawet kilku godzin. W tym czasie operatorzy mają możliwość bezpiecznego zakończenia operacji lub przygotowania stacji do ponownego podłączenia do sieci.

Agregaty prądotwórcze

W większych stacjach transformatorowych układ bateryjny jest często wspierany przez agregaty prądotwórcze. Ich zadaniem jest dostarczenie zasilania odbiornikom o dużej mocy, które przekraczają możliwości akumulatorów. Mowa tu nie tylko o napędach dużych łączników, ale również o systemach wentylacji, sprężarkach czy urządzeniach pomocniczych stacji, które muszą działać nawet w przypadku długotrwałego braku napięcia w sieci.

Agregaty uruchamiane są automatycznie w momencie wykrycia zaniku napięcia i są zdolne pracować przez wiele godzin, a nawet dni, jeśli przewidziano odpowiednią infrastrukturę paliwową. Dzięki nim stacja transformatorowa zachowuje pełną autonomię, a proces przywracania pracy sieci odbywa się bez ryzyka.

Przetwornice napięcia

Przetwornice stanowią nieodzowny element systemów zasilania awaryjnego. Ich głównym zadaniem jest dostosowanie parametrów napięcia do wymagań konkretnych odbiorników. W praktyce stosuje się zarówno przetwornice DC/DC dla odbiorników prądu stałego, jak i DC/AC dla odbiorników pracujących na napięciu przemiennym. Dzięki nim, niezależnie od źródła zasilania – czy jest to akumulator, czy agregat – każde urządzenie otrzymuje dokładnie takie napięcie, jakiego potrzebuje do stabilnej pracy.

Generatory prądotwórcze – fundament długoterminowego zasilania awaryjnego

Baterie i UPS-y doskonale sprawdzają się w roli pierwszej linii obrony, reagując natychmiast w momencie zaniku napięcia. Jednak ich zasoby są jak bateria w telefonie – pozwalają na krótkotrwałe działanie, ale nie podtrzymają systemu przez długie godziny. Gdy awaria trwa dłużej, a obciążenie rośnie, do gry wchodzą generatory prądotwórcze. To one przejmują odpowiedzialność za nieprzerwaną pracę urządzeń, gdy brak zasilania z sieci przeciąga się na minuty, godziny, a czasem nawet dni.

Power Generator Deutz, CC: electroquell.de

Dlaczego generatory są nieodzowne?

Stałość procesów technologicznych:
Elektrownie przypominają precyzyjnie zsynchronizowany mechanizm zegarowy. Każde urządzenie współdziała z innymi, a ich zatrzymanie, nawet na pół godziny, może prowadzić do kosztownych przestojów i rozregulowania pracy całej sieci. Generatory w takim układzie pełnią rolę niezawodnego sprężyny - dostarczają stabilną moc, która pozwala utrzymać ciągłość procesów przez dowolnie długi czas.

Obsługa odbiorników dużej mocy:
Silniki pomp, układy chłodzenia, sprężarki, systemy wentylacyjne – te urządzenia to energetyczni giganci, wymagający stałych dostaw energii na wysokim poziomie. Akumulatory, choć skuteczne w podtrzymaniu automatyki czy sterowania, nie są w stanie sprostać takim wymaganiom. Generatory zapełniają tę przestrzeń, zapewniając setki kilowatów, a często megawatów energii, niezbędnej do utrzymania pełnej funkcjonalności infrastruktury.

Niezależność od sieci:
W sytuacjach kryzysowych, takich jak wichury zrywające linie przesyłowe czy poważne awarie systemowe, stacje elektroenergetyczne muszą radzić sobie samodzielnie. Generatory działają wtedy jak własny miniaturowy blok energetyczny – zasilają stację bez potrzeby polegania na sieci. Dzięki odpowiednio dobranym układom paliwowym, obejmującym zbiorniki stacjonarne i systemy automatycznego tankowania, mogą utrzymać obiekt w pełnej gotowości przez wiele dni bez konieczności interwencji z zewnątrz.

Technologie stosowane w generatorach dla energetyki

Dzisiejsze agregaty daleko odbiegają od prostych jednostek sprzed lat. Wyposażone są w zaawansowane układy, które zapewniają niezawodność działania i zgodność z normami dla infrastruktury krytycznej:

Systemy automatycznego przełączania (ATS):
Pozwalają na błyskawiczne uruchomienie generatora zaraz po wykryciu zaniku napięcia. Cały proces odbywa się bez udziału człowieka, eliminując ryzyko opóźnień.

Regulatory napięcia AVR (Automatic Voltage Regulation):
Odpowiadają za utrzymanie stałego poziomu napięcia wyjściowego, co ma szczególne znaczenie dla czułych systemów automatyki i sterowania.

Możliwość pracy synchronicznej z siecią:
W wielu obiektach agregaty mogą działać równolegle z siecią elektroenergetyczną, płynnie przejmując lub oddając obciążenie. To rozwiązanie eliminuje jakiekolwiek przerwy w zasilaniu.

Systemy zdalnego monitorowania:
Dzięki technologii online operatorzy mogą na bieżąco śledzić parametry pracy agregatu: poziom paliwa, temperaturę, napięcie czy częstotliwość. Szybka reakcja na nieprawidłowości jest możliwa bez konieczności fizycznej obecności na stacji.

Generatory w elektrowniach a w stacjach transformatorowych

Choć zasada działania agregatów pozostaje niezmienna, ich konfiguracja i zadania różnią się w zależności od typu obiektu.

Elektrownie:
Tutaj wymagania wobec generatorów przypominają potrzeby dużego zakładu przemysłowego. Stosuje się jednostki o wysokiej mocy, zdolne do pracy ciągłej w trybie Prime Power. Często konfiguracja obejmuje układy kaskadowe, w których kilka generatorów pracuje równolegle, zapewniając elastyczne dostosowanie mocy do bieżących potrzeb. W wielu przypadkach agregaty zintegrowane są z napędami pomp, układami wentylacyjnymi i systemami technologii pomocniczej, tworząc spójny i samowystarczalny system zasilania.

Stacje transformatorowe:
W stacjach transformatorowych głównym zadaniem generatorów jest podtrzymanie pracy systemów sterowania, zabezpieczeń oraz napędów łączników. Tutaj kluczowe są niezawodność rozruchu, szybki czas przełączenia oraz niskie zużycie paliwa. Agregaty w tych obiektach nie muszą pracować w trybie ciągłym, lecz muszą gwarantować pełną gotowość do natychmiastowego działania w każdej chwili.

Jeżeli myślisz o tym, jak zabezpieczyć swój system energetyczny na każdą ewentualność - od chwilowego zaniku napięcia po długotrwałe awarie - warto porozmawiać z tymi, którzy robią to na co dzień. W Energeks wierzymy, że niezawodność zaczyna się od dobrego planu i sprawdzonych rozwiązań. Dlatego każdego dnia wspieramy naszych klientów w projektowaniu systemów, które nie tylko pracują stabilnie, ale też są przygotowane na nieprzewidziane sytuacje.

Zapraszamy Cię do zapoznania się z naszą ofertą stacji transformatorowych, rozdzielnic oraz rozwiązań dla farm fotowoltaicznych. Znajdziesz u nas zarówno sprawdzone konfiguracje dostępne od ręki, jak i możliwość indywidualnego dopasowania pod kątem Twoich potrzeb.

Dzielimy się wiedzą, bo wiemy, jak wiele można osiągnąć dzięki świadomym decyzjom. Nasze publikacje powstają na bazie doświadczeń z wdrożeń dla sektora przemysłowego, energetyki odnawialnej i dystrybucji energii. Chcesz porozmawiać o modernizacji swojej infrastruktury? A może po prostu wymienić się spostrzeżeniami na temat przyszłości rynku elektroenergetycznego?

Dołącz do nas na LinkedIn, tam codziennie dzielimy się wiedzą, rozwiązaniami i pomysłami, które mogą zmienić Twoje podejście do zasilania.

Energeks to nie tylko urządzenia. To przede wszystkim ludzie, którzy z pasją i zaangażowaniem wspierają rozwój nowoczesnej energetyki. Napisz do nas i sprawdź, co razem możemy osiągnąć!

Źródła:

1. IEEE - Emergency Power Supply Systems Overview

2. Eaton - Guide to Industrial UPS Systems