Filtry aktywne w przemyśle potrzeba stosowania czy już konieczność?!

Transkrypt

1 Filtry aktywne w przemyśle potrzeba stosowania czy już konieczność?!

2 Kilka słów o firmie Aniro Sp. Z O.O. Na rynku od 1985 roku Firma z bogatymi tradycjami Handel, doradztwo, serwis, usługi Dystrybucja LSIS, Emotron, Comsys, Power Electronics, produkty własne Zatrudnia 68 osób Kilka biur regionalnych Magazyn Toruń o wartości 3 mln Euro Kompleksowe usługi z zakresu szeroko rozumianego inżynieringu

3 Kilka słów o firmie Aniro Sp. Z O.O rok założenie firmy (Pracownia Zastosowań Elektroniki Aniro) 1991 rok umowa Lenze, projekty napędowe AC,DC 1993 rok opracowanie sterowania teleskopu (Piwnice p. Toruniem) 1994 rok rozszerzenie portfolio, skupienie się na projektach inżynierskich rok PLC i EPLAN jako standard, wdrożenie norm europejskich. Praca wedle: Koncepcja, projekt, realizacja, serwis 2003 rok wdrożenie koncepcji: Polska Myśl Inżynierska 2004 rok dystrybucja LSIS 2005 rok podział na Aniro Grupa Handlowa oraz Aniro Engineering Sp. Z O.O rok zmiana nazwy na Aniro Sp. Z O.O.

4 Jakość energii Energia nie jest doskonała!

5 Jakość energii Harmoniczne Moc bierna Asymetria napięcia Wariacje napięcia Oscylacje Migotanie Stany nieustalone

6 Jakość energii Następuje ciągły wzrost odbiorników nieliniowych. W 1992 roku procent pobieranej energii elektrycznej przez odbiorniki nieliniowe wynosił 15 20% W 2001 roku procent ten wynosił już 60-80% Dobrym przykładem takiego odbiornika jest przemiennik częstotliwości. Zapotrzebowanie na te urządzenie stale rośnie w tempie około 10% rok do roku

7 Czym są harmoniczne prądu? Harmoniczne prądu, to pasożytnicze składowe, które uwidaczniają się po rozłożeniu sygnału prądowego w widmie mocy. Harmoniczne powstają na skutek NIELINIOWYCH odbiorników elektrycznych. Dobrym przykładem takiego odbiornika jest przetwornica częstotliwości z prostownikiem 6 pulsowym. Na dole odkształcony przebieg po nałożeniu 3 i 5 harmonicznej. Typowy przebieg prądu przy operowaniu z falownikiem.

8 Czym są harmoniczne prądu? Składowe symetryczne wyższych harmonicznych. h rząd wyższej harmonicznej +, -, 0 składowe symetryczne: zgodna, przeciwna, zerowa

9 Czym są harmoniczne prądu? Prąd zasilania przemiennika, jest prądem ładowania pojemności kondensatora jest to prąd odkształcony

10 Czym są harmoniczne prądu? Składowa podstawowa prądu o amplitudzie 70,7A i częstotliwości 50Hz

11 Czym są harmoniczne prądu? Prostownik 6 pulsowy generuje głównie 5 i 7 harmoniczną oraz 11 i 13. Prostownik 12 pulsowy generuje głównie 11 i 13 harmoniczną oraz 23 i 25. Prostownik 24 pulsowy generuje głównie 23 i 25 harmoniczną oraz 47 i 49. Wyładowawcze źródła światła oraz transformatory są źródłem głównie 3 harmonicznej Harmoniczne mogą również wpływać na siebie nawzajem i generują tak zwane interharmoniczne, które nie muszą mieć całkowitej wielokrotności składowej podstawowej Harmoniczne występują również pomiędzy przewodem fazowym a neutralnym Harmoniczne, które posiadają częstotliwość mniejszą niż składowa podstawowa, noszą nazwę subarmonicznych

12 Czym są harmoniczne prądu? 5 ta harmoniczna prądu (250Hz) o amplitudzie 28A na tle składowej podstawowej

13 Czym są harmoniczne prądu? 7 ma harmoniczna prądu (350Hz) o amplitudzie 10,9A na tle składowej podstawowej

14 Czym są harmoniczne prądu? Składowa podstawowa oraz suma wszystkich harmonicznych prądu. Przemiennik pobiera wyższe harmoniczne, które są w sieci zasilającej.

15 Czym są harmoniczne prądu?

16 Czym są harmoniczne prądu? Wynikowo otrzymujemy zniekształcony przebieg sinusoidalny, którego amplituda może być o kilkadziesiąt procent wyższa od składowej podstawowej Składowa podstawowa wynosiła 70,7A Suma prądów harmonicznych wynosiła 30,8A W rzeczywistości prąd pobierany przez przemiennik wynosi 77,14A! Uwaga na zabezpieczenia! Uwaga na przekroje kabli! Uwaga! 5 harmoniczna generuje zmianę kierunku w silniku. Dodatkowe straty mocy w zależności od wysokości trzeciej harmonicznej!

17 Czym są harmoniczne prądu? THDI w granicach 40 80%. *100%

18 Czym są harmoniczne prądu? Przebieg prądu zasilania dla przemiennika jednofazowego. THD w okolicach %

19 Czym są harmoniczne prądu? Przemienniki jednofazowe pobierają harmoniczne kolejności zerowej: 3, 9, 15 Harmoniczne kolejności zerowej sumują się w przewodzie neutralnym Prąd w przewodzie neutralnym może być wyższy niż 200% prądu fazowego Uwaga na przekroje kabli oraz wielkość zabezpieczeń!!!

20 Jak powstają harmoniczne napięcia? Odkształcony prąd powoduje spadek napięcia na impedancji sieci, co skutkuje powstaniem odkształconego napięcia, które zasila odbiory.

21 Jak powstają harmoniczne napięcia? Transformator 75KVA oraz przemiennik 55KW przebiegi na transformatorze. *100%

22 Czym są harmoniczne prądu? Co powoduje odkształcenie prądu? Sprzęt radiowo-telewizyjny i komputerowy; odbiorniki te wyposażone są w różnej klasy zasilacze z pojemnościowymi filtrami napięcia, w których prądzie znaczący udział maja harmoniczne rzędu 3 i 5 Świetlówki, zwłaszcza coraz powszechniej stosowane świetlówki kompaktowe, wyposażone w układ przemiennika częstotliwości; odbiorniki te pobierają prąd o bardzo szerokim spektrum wyższych harmonicznych. Różnego rodzaju zasilacze, przede wszystkim zasilacze z przetwarzaniem energii (SMPS) Bezstopniowe regulatory prędkości obrotowej silników, np. silników elektronarzędzi. Elektroniczne sterowniki natężenia oświetlenia. Układy bezprzerwowego zasilania (UPS), przekształtniki, stateczniki. Urządzenia z rdzeniami magnetycznymi czy na przykład transformatory, silniki.

23 Czym są harmoniczne prądu? Wpływ na silniki i generatory: Destruktywny wpływ THD +Wzrost temperatury ze względu na dodatkowe straty mocy. Jest to stres dla izolacji silników, który skraca ich żywotność. +Powstawanie dodatkowych strumieni magnetycznych w silniku a co za tym idzie indukowanie się dodatkowych prądów (prądy wirowe). + Powstawanie momentów harmonicznych. Wpływa to na pulsację momentu. Prowadzi to do oscylacji mechanicznych, rezonansów. + Harmoniczne wpływają na głośność silnika (im więcej tym większy szum akustyczny silnika).

24 Czym są harmoniczne prądu? Wpływ na przekaźniki i styczniki, transformatory, baterie kondensatorów + Układy te są nie wrażliwe na THD wynoszące do max. 20%. Powyżej tej granicy występują przegrzania elementów, nieprawidłowości w działaniu (załączenia, wyłączenia, duże nagrzewanie, sklejanie). + THD powoduje duże straty mocy. Powoduje to znaczny ubytek mocy transformatora, kable zasilające oraz zabezpieczenia poddawane są dodatkowym wpływom cieplnym, co powoduje konieczność ich przewymiarowania. Filtry ADF powodują wzrost mocy czynnej transformatora sięgający nawet 20%! + Harmoniczne dodatkowo nagrzewają i wpływają destrukcyjnie na baterie kondensatorów (dodatkowa moc wydzielana na nich). Prowadzi to przeważnie do ich uszkodzenia (spalenie, wybuch).

25 Czym są harmoniczne prądu? Kiedy pobierany prąd przez urządzenie jest nieliniowy, to ze względu na impedancje źródła, powoduje to odkształcenie sinusoidy napięcia. Powstaje nowy przebieg napięcia i odnosi się on do wszystkich innych obciążeń w tym samym obwodzie. Nawet, jeśli są to obciążenia liniowe powoduje to przepływ przez nie dodatkowych harmonicznych prądu.

26 Metody kompensacji

27 Metody kompensacji Dla mocy przemiennika 315KW, obciążenie >65%, THDI <8%. Uwaga na rezonanse!!! Koszt w okolicach Euro!!!

28 Jakość energii ADF technologia, dzięki której poprawisz jakość energii. Harmoniczne Moc bierna Asymetria napięcia Wariacje napięcia Oscylacje Migotanie Stany nieustalone

29 Filtry aktywne THD Comsys Obciążenie bez filtracji

30 Filtry aktywne THD Comsys Obciążenie z filtracją ADF oraz minimalizacja strat mocy.

31 Filtry aktywne THD Comsys Zasada działania.

32 Filtry aktywne THD Comsys

33 Filtry aktywne THD Comsys Indywidualna Grupowa Centralna

34 Filtry aktywne THD Comsys Zasada działania. Cisza! Zewnętrzny szum Dźwięk generowany przez słuchawki w celu wyeliminowania szumu

35 Filtry aktywne THD Comsys Dostępne produkty Interfejs użytkownika ADF P100 ADF P100N ADF P300 ADF P200 ADF PPM300 ADF P700 STATCOM

36 Filtry aktywne THD Comsys ADF P100/P100N Montaż naścienny Oszczędność miejsca Niski koszt 480/690 V, 3ph-3w 480 V, 3ph-4w Zakres prądu: A RMS Wydajna kompensacja: Harmonicznych (do 49-tej składowej) Mocy biernej Asymetrii obciążenia Efektu migotania światła Stabilizacja napięcia Dostępne wersje dla sieci IT

37 Filtry aktywne THD Comsys ADF P200 Chłodzony cieczą lub powietrzem 480 V 3ph 3w 100 A RMS Szeroki zakres kompensacji (do 100 harmonicznej) Najszybszy filtr na świecie (czas reakcji <20μs)!

38 Filtry aktywne THD Comsys ADF P300 Modułowa budowa(ppm) Chłodzony powietrzem lub cieczą Dla sieci trój i cztero - przewodowych Prosta instalacja Kontrola prądu i napięcia Wydajna kompensacja: Harmonicznych (do 49-tej składowej) Mocy biernej Asymetrii obciążenia Efektu migotania światła Stabilizacja napięcia Model dla 480 V Powietrze, 120 A 360 A Model dla 480 V ciecz, 150 A 450 A Model dla 690 V Powietrze, 90 A 270 A Model dla 690 V ciecz, 140 A 420 A

39 Filtry aktywne THD Comsys ADF P700 Modułowa budowa Chłodzenie powietrzem i cieczą 3 - przewodowy Prosta instalacja Wykonanie kontenerowe Montaż w pomieszczeniu klienta Zakres mocy 2 30 MVA Zakres napięć 90 V 130 kv

40 Filtry aktywne THD Comsys Produkt dostosowywany do aplikacji Zakres prądu do 1150A Kilka rozmiarów paneli HMI (trendy, archiwizowanie, wizualizacja) Polski interfejs użytkownika Wykonanie szafowe IP54 Duża skalowalność Duża elastyczność Integracja z systemami zewnętrznymi Prosta obsługa i uruchomienie Atrakcyjna cena

41 Filtry aktywne THD Comsys Proste uruchomienie ADF Dashboard Web User Interface (WUI) pozwala na konfigurację z poziomu przeglądarki www Jedynym niezbędnym narzedziem jest laptop lub komputer PC Łatwy w konfiguracji i połączeniu z systemem zewnętrznym Zdalny dostęp, trendy, wykresy, funkcje oscyloskopu, analiza typu transient Oprogramowanie znajduje się w urządzeniu nie są wymagane dodatkowe programy na PC

42 Filtry aktywne THD Comsys

43 Filtry aktywne THD Comsys

44 Filtry aktywne THD Comsys

45 Filtry aktywne THD Comsys

46 Filtry aktywne THD Comsys

47 Filtry aktywne THD Comsys

48 Filtry aktywne THD Comsys

49 Poprawiliśmy jakość energii dla

50 Referencje 1200 A ADF on Jack-up Rig PetroVietnam LeTourneau Super 116E Aplikacja: Kontrola silnika wiertła za pomocą falownika Obciążenie: (Ogółem ~8 MW) 6 x Vacon NXP x Vacon NXP x Vacon NXP1700 Filtr aktywny: 4 x ADF P /690V (~15% mocy napędu) Rezultat: THD(U) < 5 % Pojedyncza harmoniczna < 3 %

51 Referencje : 300 A ADF at REWE Minimalizacja harmonicznych generowanych przez Przetwornicę częstotliwości. Negatywne skutki: Wpływ na inne urządzenia zasilane z tego samego źródła, migotanie światła, błędy komunikacji. Zainstalowano filtr ADF P A Zredukowano 5, 7, 11 oraz 13 harmoniczną. Przebieg prądu przed filtracją Przebieg prądu po filtracji

52 Referencje 640 A ADF on Jack-up, DNV Rowan Gorilla VI LeTourneau Super Gorilla 219-C Aplikacja: Kontrola silnika wiertła (falownik) Odbiory: 3x1200 kw 6 pulsowy DC 1x750 kw 6 pulsowy AC Filtr aktywny: 3 x ADF P /600V /10% Mocy napędu Rezultat: THD(U) < 8 % Pojedyncza harmoniczna< 5 %

53 Referencje Vattenfall Elektrownia Aplikacja: Pompy Poziom THiD = 5% ABB AFE, straty = 4.7% 690V Obciążenie 9.2 MW godzin pracy 50% obciążenia w ciągłym ruchu Alternatywa: 6-pulsowe falowniki+ Comsys ADF Straty mocy: AFE = 433 kw VSD+ADF = 200 kw Net: 233* kw AFE posiada 116% więcej strat! Przy obecnej cenie energii, zwrot inwestycji nastąpi w przeciągu 2.5 roku Oszczędność miejsca: AFE = 21.5 m 6-pulsowy VSD+ADF = 12.5 m daje to 9 m (41%) oszczędności miejsca!

54 Referencje Fabryka Höganäs, to jeden z czołowych producentów sproszkowanych metali na terenie Szwecji. Tabela poniżej ilustruje zwrot inwestycji po zastosowaniu filtrów ADF. Oszczędności Energia elektryczna Energia netto dla taryfy ,5 Decrease of effect Redukcja mocy biernej Obniżenie kosztów produkcji Redukcja produkcji w związku z jakoscia napięcia Redukcja produkcji w związku z migotaniem Łącznie Zainwestowano Zwrot w latach 2,2 ROI [%] 45%

55 Gdzie stosować? Obiekty przemysłowe Klasyfikacja obiektów ze względu na poziom wytwarzanych harmonicznych. % % > > > - ryzyko zagrożeń harmonicznymi jest małe - ryzyko zagrożeń harmonicznymi jest średnie - ryzyko zagrożeń harmonicznymi jest duże

56 Gdzie stosować? Obiekty przemysłowe Huty Odlewnie żeliwa Automotive Przetwórstwo tworzyw sztucznych Cukrownie Kopalnie Rafinerie

57 Gdzie stosować? Obiekty użyteczności publicznej Centra handlowe Biurowce Obiekty wymagające wysokiej jakości zasilania Szpitale Serwerownie Banki

58 Gdzie stosować? Generacja energii Farmy wiatrowe Farmy słoneczne Generatory Przemysł morski Statki Platformy wiertnicze Instalacje przybrzeżne

59 Obowiązujące normy i przepisy

60 Obowiązujące normy i przepisy

61 Obowiązujące normy i przepisy

62 Obowiązujące normy i przepisy

63 Obowiązujące normy i przepisy IEC/EN Pierwsza norma dotycząca poziomu harmonicznych w sieci publicznej Część 3-12: Limity Ogranicza poziom harmonicznych prądu wytworzonych przez urządzenia podłączone do sieci publicznej nn pobierających >16 A i 75 A na 1 fazę zasilania (7,5 37 kw) Sieć średniego napięcia

64 Przyszłość? Zapotrzebowanie na odbiorniki nieliniowe wzrasta, zakłady energetyczne coraz mocniej odczuwają skutki obecności harmonicznych Planowane jest wdrożenie nowych wytycznych w niedalekiej przyszłości Mierniki THDI? THDU? Filtracja domowa? Czy filtracja aktywna to potrzeba czy już konieczność?

65 Aniro ADF Comsys ADF energia bliska ideału Oszczędność miejsca Oszczędność czasu Oszczędność pieniędzy Brak problemów

66