Zaawansowane filtry aktywne VLT AAF firmy Danfoss zmniejszają poziom THDi i poprawiają współczynnik mocy systemu zasilania w Cukrowni Kruszwica

SPOSOBY NA OSZCZĘDNOŚĆ ENERGII

Rys. 1. Zakłócenia zasilania wyższymi harmonicznymi od odbiorników nieliniowych powoduje wzrost strat mocy i wzrost zużycia energii pobieranej przez urządzenia

Modernizacje to nie tylko zmiany urządzeń, zwiększanie możliwości przerobu surowca w zakładzie zakładu, ale także energooszczędność i możliwość płynnej regulacji procesów technologicznych. Uzyskuje się to przez coraz powszechniejsze stosowanie napędów regulowanych, głównie przetwornic częstotliwości.

To właśnie dzięki nim możliwa jest płynna regulacja wydajności urządzeń myjących i transportujących buraki cukrowe do fabryki, podniesienie prędkości obrotowej, a zarazem zwiększenie powyżej wartości znamionowej wydajności ekstraktorów. Krajanka buraczana z krajalnic podawana jest bezpośrednio do ekstraktorów. Zastosowanie przetwornic częstotliwości w krajalnicach umożliwia precyzyjne dopasowanie ilości podawanej krajanki buraczanej do prędkości ekstraktora i utrzymywanie jej w stałej proporcji.

Oszczędność energii uzyskiwana jest dzięki stosowaniu przetwornic częstotliwości jako napędów układów pompowych. Powodem jest możliwość płynnej zmiany prędkości/momentu, a co za tym idzie - dostosowanie poziomu mocy do aktualnego zapotrzebowania mocy na wale silnika. W pierwotnych rozwiązaniach pompy napędzane były silnikami zasilanymi bezpośrednio z sieci, a ich prędkość nie ulegała zmianie. Przepływ regulowano poprzez dławienie, co było nieefektywne z energetycznego punktu widzenia.

FILTRY AKTYWNE ZMNIEJSZAJĄ ZNIEKSZTAŁCENIA

Rys. 2. Schemat włączenia do instalacji filtru aktywnego AAF w celu eliminacji zniekształceń w sieci zasilającej

Pomimo niewątpliwych zalet stosowania przetwornic częstotliwości, mają one także cechy niepożądane, gdyż są odbiornikami nieliniowymi. Pobierają zniekształcony prąd, przez co wprowadzają do sieci elektrycznej zakłócenia w postaci składowych wyższych harmonicznych. Odkształcony prąd powoduje zniekształcenia fali napięcia zasilającego, co ma negatywny wpływ na prawidłową pracę urządzeń, które zasilane są z tej samej sieci. Obecność zniekształceń powoduje wzrost strat mocy oraz wzrost zużycia energii.

Aby zmniejszyć wpływ zakłóceń, należy mieć na uwadze fakt, że harmoniczne prądu - a przez to także napięcia - są większe, jeśli przetwornice częstotliwości są niedociążone lub przewymiarowane. Dotyczy to także urządzeń dopasowanych mocą, ale z dużą przeciążalnością. Jedną z metod zmniejszania problemu jest zastosowanie filtracji aktywnej. Zasadę działania filtra aktywnego można, poprzez analogię, przyrównać do sposobu redukcji niepożądanych szumów w słuchawkach muzycznych. Użycie zewnętrznych przekładników prądowych umożliwia monitorowanie prądu zasilania oraz jego zniekształceń.

Na podstawie ich sygnału układ sterujący określa wymagany poziom kompensacji i opracowuje odpowiednią sekwencję przełączania tranzystorów IGBT. Filtr VLT AAF stanowi dla kompensowanych harmonicznych tor o dużo niższej impedancji niż źródło zasilania. Dlatego też wskutek działania filtru przez transformator czy generator przepływa niewielki procent harmonicznych generowanych przez odbiorniki nieliniowe. Dzięki prawie całkowitej redukcji składowych wyższych harmonicznych prądu, odkształcenie napięcia transformatora lub generatora przestaje być dłużej problemem. Filtr w sposób ciągły monitoruje prąd i dokonuje odpowiedniej kompensacji, dzięki czemu wahania obciążenia nie są powodem występowania problemów w jego działaniu.

URZĄDZENIA FIRMY DANFOSS W CUKROWNI

Rys. 3. Zainstalowane filtry Danfoss VLT AAF to zauważalne zmniejszenie poboru prądu zasilania (kilkadziesiąt amperów w przypadku każdej sekcji)

Pomiary wykonane w Cukrowni Kruszwica wykazały, że poziom zakłóceń w sieci zasilającej jest wysoki i w niektórych przypadkach THDi dochodził nawet do 50%. Najwięcej zniekształceń było w rozdzielniach, w których przetwornice częstotliwości stanowiły ponad połowę mocy zainstalowanej. W związku z tym w 2012 roku na obu sekcjach rozdzielni działu surowni i rozdzielni pakowni zostały zainstalowane filtry Danfoss VLT AAF typ A310.

Rozwiązanie to dało szereg korzyści, m.in. zmniejszony o kilka procent pobór prądu przez odbiorniki nieregulowane, zauważalne zmniejszenie poboru prądu zasilania (kilkadziesiąt amperów dla każdej sekcji) oraz spadek temperatury transformatora. Ze wstępnych analiz wynika, że inwestycja zwróci się w ciągu 2-3 kampanii cukrowniczych.

OPISYWANE WDROŻENIE

Firma Danfoss należy do liderów branży napędowej, a nazwa VLT od lat określa produkty o najlepszych parametrach technicznych. Opisywane w artykule wdrożenie wykonała firma Zakład Energoelektroniki "Wrzosel" Sp. J. z Torunia, która współpracuje z Danfossem od ponad 10 lat. Zapewnia ona kompleksową obsługę klientów - od projektu systemu, po jego realizację, uruchomienie i serwis.

Szczegółowe informacje dotyczące przetwornic częstotliwości i aktywnych metod filtracji harmonicznych i innych produktów VLT oferty Danfoss Drives można znaleźć na stronie firmy: www.danfoss.pl/napedy

Ilustracja tytułowa: W Cukrowni Kruszwica modernizacje to większa wydajność, energooszczędność i możliwość płynnej regulacji procesów technologicznych

Jakub Polichnowski
Zakład Energoelektroniki "Wrzosel" Sp. J.
www.wrzosel.com.pl