Nei moderni sistemi energetici industriali, l’uso diffuso di azionamenti a frequenza variabile (Vfds), apparecchiature inverter, e i carichi non lineari hanno migliorato significativamente l’efficienza produttiva e il risparmio energetico. Tuttavia, queste tecnologie introducono anche una grave distorsione armonica nei sistemi di distribuzione elettrica.
Industrie come la lavorazione chimica, metallurgia, minerario, e la produzione di carburo di calcio dipendono fortemente da apparecchiature elettriche ad alta potenza e da sistemi controllati da inverter. Senza un adeguato controllo armonico, armoniche eccessive possono mettere a rischio la sicurezza del trasformatore, destabilizzare i sistemi energetici, aumentare le perdite di energia, e ridurre la durata delle apparecchiature.
In qualità di ingegnere elettrico senior presso CoEpower, Condividerò un progetto di mitigazione armonica di successo implementato presso lo stabilimento chimico di carburo di calcio di Xinjiang Zhongtai Shengxiong. Questo caso di studio dimostra come funziona il filtro armonico attivo intelligente di CoEpower (Ahf) la tecnologia ha effettivamente ridotto la distorsione armonica totale da circa 35% al di sotto 6%, migliorando notevolmente la qualità dell’energia e la stabilità operativa.
Sfondo del progetto
Il progetto Xinjiang Zhongtai Chemical Shengxiong Calcium Carbide Plant comprende un gran numero di sistemi di pompe dell'acqua ad alta potenza combinati con convertitori di frequenza multipli utilizzati per la regolazione della pompa e il controllo del processo.
Mentre la tecnologia inverter migliora la flessibilità operativa e l’efficienza energetica, l’uso massiccio di convertitori di frequenza ha generato un grave inquinamento armonico in tutto il sistema di distribuzione a bassa tensione da 0,4 kV dell’impianto.
Le correnti armoniche eccessive hanno causato diversi problemi importanti:
- Grave distorsione della forma d’onda della corrente
- Rischi di surriscaldamento del trasformatore
- Aumento delle perdite di sistema
- Efficienza elettrica ridotta
- Potenziale malfunzionamento dell'apparecchiatura
- Problemi di sicurezza elettrica
- Instabilità nella rete di distribuzione elettrica
Per garantire un funzionamento sicuro e affidabile a lungo termine, l'impianto necessitava urgentemente di una soluzione professionale di compensazione delle armoniche.
Panoramica del sistema elettrico
Il progetto si è concentrato sul sistema di distribuzione elettrica a bassa tensione da 0,4 kV della Sezione Acqua e Gas di Fase II.
Informazioni sull'installazione
Posizione di installazione: Fase II Acqua e Gas Sezione I & II Armadi di distribuzione
Attrezzatura installata: WK-400-APF44L/R Intelligente Filtri armonici attivi
Numero di unità: 2 Imposta
Capacità installata totale: 400UN
I sistemi APF sono stati installati direttamente negli armadi di distribuzione a bassa tensione per fornire una compensazione armonica centralizzata per i carichi non lineari a valle.
Problemi armonici prima della compensazione
Prima che i filtri armonici attivi fossero attivati, è stata osservata una grave distorsione armonica in tutto il sistema elettrico.
Caratteristiche armoniche tipiche
La forma d'onda della corrente misurata mostrava un classico modello di forma d'onda a due teste, che è una tipica indicazione della distorsione dominante della quinta armonica generata dai convertitori di frequenza.
I principali ordini armonici identificati inclusi:
- 5th armonica
- 7th armonica
- 11th armonica
- 13th armonica
Queste armoniche sono comuni nei sistemi inverter industriali che utilizzano circuiti raddrizzatori e carichi non lineari.
Trasformatore #1 Risultati della compensazione armonica
Dopo l'attivazione del sistema CoEpower Active Harmonic Filter, le prestazioni elettriche sono migliorate notevolmente.
Miglioramento della forma d'onda corrente
La forma d'onda della corrente distorta è tornata ad una forma quasi sinusoidale dopo la compensazione.
Grazie all'eliminazione delle correnti armoniche:
- La corrente apparente è diminuita
- Migliorata l'efficienza del sistema
- Migliorate le condizioni di caricamento del trasformatore
I valori della corrente efficace trifase si sono ridotti da circa 800A a circa 780A.
Prestazioni di riduzione THDi
Prima del risarcimento
THDi ≈ 35%
Dopo il risarcimento
THDi ≈ 5.9%
Ciò rappresenta un notevole miglioramento nella qualità complessiva dell’energia.
Riduzione della corrente armonica
La prestazione di compensazione per gli ordini armonici maggiori è stata molto efficace.
5corrente armonica
Ridotto da 248,2 A a 6,5 A
7corrente armonica
Ridotto da 77,6 A a 3,1 A
11corrente armonica
Ridotto da 58,3 A a 6,9 A
Il sistema APF ha soppresso con successo le armoniche dominanti di ordine basso responsabili della distorsione del sistema.
Trasformatore #2 Risultati della compensazione armonica
Dopo la messa in servizio del sistema di filtro armonico attivo intelligente CoEpower, le condizioni elettriche sono migliorate sostanzialmente.
Ripristino della forma d'onda corrente
Il sistema APF filtra efficacemente la forma d'onda della corrente distorta, riportandolo ad una condizione sinusoidale.
Poiché le correnti armoniche sono state eliminate:
- La corrente apparente è diminuita
- Migliorate le condizioni operative del trasformatore
- Le perdite elettriche sono state ridotte
I valori di corrente efficace sono diminuiti da circa 1100A a circa 1000A.
Risultati della riduzione del THDi
Prima del risarcimento
THDi ≈ 33%
Dopo il risarcimento
THDi ≈ 6%
Il miglioramento della qualità dell’energia ha pienamente soddisfatto i requisiti del progetto.
Prestazioni di soppressione armonica
5corrente armonica
Ridotto da 308,7 A a 45,4 A
7corrente armonica
Ridotto da 93,5A a 15A
Anche le correnti armoniche dell'undicesima e della tredicesima sono state significativamente ridotte.
Questi risultati dimostrano chiaramente l’efficacia della tecnologia di compensazione armonica intelligente di CoEpower.
Riepilogo del progetto
A seguito dell'installazione dell'apparecchiatura di compensazione armonica attiva intelligente CoEpower, il problema della distorsione armonica nel sistema di distribuzione a bassa tensione da 0,4 kV dello stabilimento chimico di carburo di calcio di Xinjiang Zhongtai Shengxiong è stato notevolmente migliorato.
Il progetto realizzato:
- Riduzione del THDi da circa 35% al di sotto 6%
- Soppressione significativa del 5°, 7th, 11th, e 13a armonica
- Condizioni operative del trasformatore migliorate
- Corrente apparente ridotta
- Maggiore sicurezza dell’impianto elettrico
- Maggiore stabilità del sistema di alimentazione
Il successo di questo progetto dimostra ulteriormente l’efficacia e l’affidabilità delle soluzioni di filtro armonico attivo CoEpower nelle applicazioni industriali pesanti.
Conclusione
Poiché gli impianti industriali continuano ad adottare apparecchiature azionate da inverter e sistemi automatizzati, la distorsione armonica sta diventando una sfida sempre più importante per la qualità dell’energia.
Questo caso di studio di successo presso lo stabilimento chimico di carburo di calcio di Xinjiang Zhongtai Shengxiong evidenzia come i filtri armonici attivi intelligenti di CoEpower possono risolvere efficacemente gravi problemi di armoniche e migliorare l'affidabilità a lungo termine dei sistemi elettrici industriali.
Riducendo la distorsione armonica da 35% al di sotto 6%, il progetto ha migliorato significativamente la sicurezza del trasformatore, qualità dell'energia ottimizzata, e una migliore stabilità operativa.
Se la tua struttura presenta una distorsione armonica, THDi eccessivo, o problemi di qualità dell'alimentazione causati da carichi non lineari, CoEpower può fornire analisi armoniche personalizzate e soluzioni avanzate di mitigazione delle armoniche su misura per la tua applicazione.
Per ulteriori informazioni sui sistemi di compensazione delle armoniche industriali, visita il sito ufficiale di CoEpower: https://www.coepowers.com/
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