Transformatorių pasirinkimas farmacijos gamybos įmonėms: švariosios patalpos elektros energijos kokybė, harmonikos ir N+1 atsarginė sistema

Kodėl farmacinė gamykla yra sunkesnė transformatoriui, nei atrodo

Vienoje linijų schemoje farmacinis objektas atrodo kaip įprastas komercinis pastatas. Tai ne taip. Trys dalykai keičia apkrovos ciklą. Pirmiausia, apkrova niekada nesustabdoma – sterilioji patalpa veikia 24 valandas per parą pastovioje temperatūroje ir slėgyje, todėl transformatorius ilgą laiką veikia 60–75 % apkrova, o ne ciklinamasis režimas. Antra, beveik kiekvienas variklis prijungtas prie kintamos dažnio valdymo įrenginio, įskaitant tiekimo ir ištraukiamųjų orų ventiliatorius, kurie palaiko švariosios patalpos slėgio grandininį režimą. Trečia, apkrovos, kurios nėra prijungtos prie valdymo įrenginių – HPLC sistemos, masės spektrometrai, lazeriniai dalelių skaitikliai – būtent tos apkrovos labiausiai jautrios įtampų iškraipymams.

Paskutiniais metais pasiūlyta užpildymo ir užsandarinimo gamykla naudoja 1500 kVA sausosios tipo transformatorių, kurio vidutinis apkrovimas yra 68 % be sezoniškų palengvinimų. Po 26 mėnesių apvijų temperatūros indikatorius rodė 12 °C aukštesnę temperatūrą nei numatyta projektavimo skaičiavimuose. Jokios gedimų nebuvo. Transformatorius tiesiog veikė esdamas šiluminės klasės viršuje dėl harmonikų srovės, cirkuliavusios apvijoje, kurią pradinė apkrovos tvarkaraštyje nebuvo įvertinta.

 

Tikroji jūsų tiekiamos apkrovos charakteristika

Padalykite farmacinį gamybos objektą į keturias elektros energijos naudojimo zonas – tai supaprastins transformatorių parinkimą. Valymo patalpų oro kondicionavimo ir ventiliacijos zona yra didžiausia: tiekiamojo ir ištraukiamojo oro ventiliatoriai, HEPA filtras, drėkinimas bei šaldymo vandens gamybos įrenginiai. ISO 8 klasės patalpose oro keitimo dažnis paprastai siekia nuo 20 iki 60 kartų per valandą, todėl oro kondicionavimo ir ventiliacijos sistema dažnai suvartoja 40–50 % viso prijungtojo galingumo. Technologinė zona apima autoklavus, švaraus garo generatorius, WFI distiliatorius bei CIP/SIP modulius. Komunalinių paslaugų zona apima suspausto oro ir azoto tiekimą, šaldytuvus bei švaraus vandens gamybos įrenginius. Laboratorijos zona yra nedidelė kW atžvilgiu, tačiau reikalauja daug elektronikos įrangos.

Dažniausiai pasitaikanti klaida nustatant įrenginių galios reikmes – tai vienodas įkrovos įvairovės koeficientas, taikomas jungtinei įkrovai. Farmacinės įkrovos grafikas nėra variklių sąrašas. Autoklavai veikia cikliškai ir šildymo ciklo metu gali pridėti 30–40 % savo nominalios galios. Po paleidimo nuolat veikia WFI distiliatoriai. Valymo patalpų ventiliatoriai ilgą laiką veikia sumažintu sūkių skaičiumi, o vėliau padidina sūkių skaičių, kai filtro slėgio nuostolis didėja. Galios reikmės nustatymas kaip 80 % jungtinės įkrovos su 25 % atsargos marža yra pagrįstas pradinis taškas – tačiau tik po to, kai įvertinta harmoniniai iškraipymai variklių maitinamųjų įkrovos dalis.

 

Valymo patalpų elektros energijos kokybė: iš kur kyla harmonikos

Šešių impulsų kintamosios srovės variklio valdymo įrenginio (VFD) priekinė dalis suvartoja charakteringą srovės spektrą: 5-asis harmoninis dažnis yra maždaug 20–25 % nuo pagrindinio dažnio, 7-asis – apie 12–15 %, o toliau vis mažėjantys 11-asis ir 13-asis harmoniniai dažniai; bendras srovės iškraipymas įprastai svyruoja nuo 25 % iki 35 % prie variklio valdymo įrenginio įėjimo. Kai tie variklio valdymo įrenginiai naudoja bendrą magistralę, transformatorius perneša šį iškraipymą per savo apvijas ir paduoda jį kiekvienam kitam antrinėje pusėje esančiam apkrovos įrenginiui.

Pagal įtampą standartas IEEE 519 riboja bendrą harmoninės įtampos iškraipymą iki 5 %, o bet kurio atskiro harmonikos komponento – iki 3 % magistralėje, kurios nominali įtampa yra nuo 1 kV iki 69 kV. Paties transformatoriaus atveju svarbūs trys techninės specifikacijos. K-faktoriaus reikšmė (K-13 arba K-20) nurodo gamintojui suprojektuoti šerdį ir apvijas taip, kad būtų užtikrinta nustatyto harmonikų srovės profilio naudojimo galimybė be viršijimo leistinos karščiausios vietos temperatūros. 200 % neutraliojo laidininko skerspjūvis neleidžia neutraliajam laidininkui tapti karščiausiu sistemos laidininku, nes triplinės harmonikos sudedamos aritmetiškai, o ne kompensuojamos viena kitos. Mažesnė projektinė magnetinės indukcijos tankis užtikrina, kad tuščiosios eigos nuostoliai ir girdimas triukšmas nepasiektų ribų, kurių negali viršyti švariosios patalpos šalia.

Štai tas dalis, kurią dažniausiai praleidžia dauguma pirkėjų. Harmonikų srovė nenurodoma kVA techninėje charakteristikoje, tačiau ji pasireiškia kaip šiluma. 1500 kVA transformatorius, vežantis 65 % tiesinės apkrovos ir dar 30 % harmonikų srovės, gali įkaisti labiau nei visiškai apkrautas tos pačios galios tiesinės apkrovos transformatorius. Jei apkrovos grafike nenurodyta harmonikų spektras, transformatorius farmacinėms gamykloms yra pasirinkta aklai – ir pirmasis simptomas yra vingiuota temperatūros signalizacija po dviejų metų.

Jei šiuo metu tvirtinate techninį projektą, mūsų inžinerijos komanda kartu su jumis peržiūrės apkrovos grafiką prieš patvirtindama galutinį įrenginio naudingumo koeficientą. Išsiųskite jį mums, ir mes kartu su jumis parinksime įrenginį, o ne už jus.

 

Dubliavimas: kas iš tikrųjų keičiama transformatorių schemoje N+1 principu

Paprastame komerciniame pastate dubliavimas paprastai reiškia atsarginį jungiklį. Farmacinėje gamykloje tai yra kvalifikavimo reikalavimas. N+1 atsarginė sistema transformatorių schema paprastai reiškia du vienetus, kiekvieną galintį priimti visą kritinę apkrovą, su jungiamuoju jungikliu tarp dviejų skydų, kad bet kuris transformatorius galėtų būti išjungtas techninėms priežiūroms be valymo kameros slėgio grandininio reguliavimo nutraukimo.

Matavimo aritmetika veikia priešinga kryptimi nei dauguma žmonių tikisi. Dvi 1000 kVA galios vienetai N+1 poroje nėra keičiamos vienu 2000 kVA vienetu: kiekvienas iš jų turi būti pritaikytas nešti visą apkrovą taip, kad jo karščiausio taško temperatūra liktų jo šiluminės klasės ribose, kas paprastai reiškia, kad kiekvienas vienetas turi būti suprojektuotas apie 60–70 % nuo bendros apkrovos, o ne 50 %. Jei kritinė apkrova taip pat turi 30 % harmonikų turinį, efektyvus projektavimo rezervas vėl sumažėja.

Ar šis sprendimas veiks eksploatacijoje, priklauso nuo trijų praktinių detalių: impedanso procentinės reikšmės turi būti suderintos ±7,5 % ribose, kad jungiamasis pertraukiklis nekurtų cirkuliuojančiosios srovės; vektorių grupės ir įtampos reguliavimo padėtys turi būti identiškos; taip pat turi būti sąmoningai priimta sprendimo dėl to, ar jungtis paprastai yra atvira arba paprastai uždaryta. Paskutinis sprendimas keičia kiekvienos po to esančios jungties skydo trumpojo jungimo charakteristiką, todėl jis turi būti įtrauktas į elektros konsultanto pareigas dar prieš išduodant vienetus gamybai.

 

Transformatoriaus pasirinkimas farmacinėms gamykloms: liejamas dėžės tipo arba VPI

Beveik kiekvieno valymo kambario elektros patalpose įrengiamas sausasis transformatorius, ir tam yra gera priežastis: nereikia laikyti skystos medžiagos, nereikia specialios apsauginės patalpos, o gaisro apkrova yra tokia, kokios galima priimti rizikos vertinime. Tarp sausųjų transformatorių pasirinkimas – tarp liejimo dėžės transformatorius konstrukcijos ir vakuumo impregnavimo (VPI). Dėl epoksidinės izoliacijos gaminti transformatoriai yra geriausias pasirinkimas ten, kur tikrai yra drėgmės ar valymo problemų – epoksidinė izoliacija nekenčia kondensato taip, kaip gali kenkti impregnuotos apvijos, – ir ten, kur švaraus (klasės A) ploto riba yra tiesiogiai šalia, nes jie toleruoja didesnį temperatūros pakilimą esant mažesnei gaisro apkrovai.

VPI transformatoriai paprastai yra lengvesni ir pigesni tos pačios kVA galios, o jų atviros konstrukcijos apvijos yra lengviau remontuojamos. Laboratorijos pastate ar sandėlio šone esančioje transformatorinėje, nutolusioje nuo sterilių zonų, VPI dažnai yra protingas komercinis sprendimas. Žemiau pateikta lentelė – tai versija, kuria mes kartu su klientais dirbame.

Parametras	Dėl epoksidinės izoliacijos gaminti transformatoriai (valymo kambariai / sterilių zonų pastatai)	VPI transformatoriai (laboratorijos, komunalinės sistemos, sandėliai)
Izoliacijos sistema	Epoksidinė izoliacija, klasė H (180 °C)	Impregnuota izoliacija, klasė H, įprastai 100 K temperatūros pakilimas
Dalinės išlytos riba	≤ 10 pC pagal IEC 60076-11	≤ 10 pC pagal IEC 60076-11
Drėgmė ir plovimas	Nepaveikiamas kondensato	Reikalauja sausos, vėdinamos patalpos
Įrengiamas pastate	Gali būti įrengtas pastato apvalkale	Paprastai skirta vėdinama patalpa
Tipiškas remonto būdas	Apvijos arba vieneto keitimas	Perimpregnavimas arba vieneto keitimas
Santykinė kaina toje pačioje kVA vertėje	Vidurkis	Žemesnis

 

Dokumentacija ir sertifikavimas, kurio prašo farmaciniai auditai

Atransformatorius farmacinėms gamykloms įsigyjama kaip kvalifikuota įranga, o ne kaip paprastas prekinis produktas, o dokumentų rinkinys yra vienas iš priėmimo kriterijų. Sertifikavimo srityje Šiaurės Amerikoje įrengiamam įrenginiui reikalingas UL 1561 arba UL 1562 sertifikatas, o Kanadoje veikiančioms vietovėms – CSA sertifikatas – tie patys ženklai, kuriuos jau turi mūsų sausosios tipo ir ant polių montuojamos įrangos vienetai. UL Solutions paskelbia sertifikavimo įrašus, o techninėje lentelėje privalo būti nurodytas atitinkamas failo numeris.

Efektyvumo požiūriu JAV įrengiamam įrenginiui reikia atitikti JAV energijos taupymo standartus skirtųjų transformatorių atveju (10 CFR 431 skirsnis K), kurie nustato minimalų efektyvumą pagal kVA ir įtampos klasę sausosios tipo vienetams. Praktinė pasekmė farmaciniam projektui yra ta, kad efektyvumo klasė turi būti nustatyta jau RFQ etape, nes ji lemia šerdies medžiagą, o tuo pačiu – svorį, gabaritus ir pristatymo terminą.

Tada yra procesų dokumentacija. Objekto kvalifikavimo komandos dirba pagal FDA reikalavimai dėl geriausios gamybos praktikos (cGMP) galutiniams vaistams (21 CFR 211 dalis) įrangai, kuri liečia produkto aplinką, ir jie paprašys gamyklos bandymų ataskaitos su įprastiniais bandymų rezultatais, dalinio išlydžio įrašo, medžiagų sertifikatų bei sekamo serijos numerio. ISPE nurodymai ir kiekvienos įmonės patvirtinimo pagrindinis planas nustato tikslų paketą, tačiau gamykla privalo gebėti jį parengti popieriuje, o ne tik pagal užklausą.

 

Ką gamina Ryan Electric švaraus kambario projektams

Mūsų gamybos bazė apima 120 000 m², kurioje yra daugiau kaip 180 gamybos ir bandymų įrangos vienetų bei 37 patentai. Kiekvienas į valymo patalpas skirtas sausasis transformatorius praeina standartinį bandymų ciklą, kuris apima apvijų varžos, koeficiento ir vektorinės grupės patikrinimą, indukuotos įtampos atlaikymo bandymą bei dalinio išlydžio matavimą pikokulonais (pC) – skaičių, kurį iš tikrųjų perskaito farmacinės kvalifikacijos komanda. Lietosios dėžės ritės liejamos vakuumo sąlygomis patalpose, todėl galutinio gaminio izoliacinė sistema yra ta pati, kuri buvo išbandyta, o ne nežinoma išorinė.

Nuo 2023 m. „Ryan Electric“ gamina kaip „Eaton“ bendradarbiavimo partneris, todėl mūsų dokumentų rinkinys atitinka formatą, kurį Šiaurės Amerikos projektų komandos jau tikisi gauti.

Švaraus kambario darbams dažniausiai gaminame liejimo dėžės transformatorius nuo 1 000 iki 2 500 kVA galios, su K-13 įvertinimu ir 200 % neutralu visur, kur pateiktoje dokumentacijoje nurodyta daugiau kaip 20 % variklių maitinamos apkrovos. Prieš nustatydami temperatūros pakilimą, prašome pateikti harmonikų spektrą, o jei spektras nepalaiko kliento numatytos apkrovos, tai aiškiai nurodysime.

Jei nurodote transformatorius farmacinėms gamykloms – sterilią bloką, laboratoriją arba pildymo ir užsandarinimo liniją – atsiųskite mums apkrovos grafiką ir jam priskirtus harmonikų duomenis, o ne tik kVA. Mūsų inžinerinė komanda pateiks transformatoriaus galios įvertinimą, rekomenduojamą K-faktorių ir bandymų dokumentus, kurių reikės jūsų kvalifikavimo komandai. Užsakykite pasiūlymą jau šiandien.