Caso estudio armonicos

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http://www.nepsi.com/nepsihome/Case%20Studies/Induction%20Furnace/Induction%20Furnace%20Case%
20Study.htm
El Estudio del caso - la Aplicación
Aplicación de Horno de Inducción
Introducción
Indianapolis Casting la Compañía (ICC), una fundición localizada en Indianapolis, Indiana, contactó acon
Nepsi con el deseo de obtener un banco de capacitores de 8064 kvar a 13.8 kV . ICC estaba buscando una
rápida entrega en no mas de tres semanas debido a problemas de calidad de energía asociados con el
arranque de un multimillonario horno de inducción de 10 MW. El fabricante de horno de inducción e ICC
especularon que los problemas de calidad de energía eran causados notching ó armónicos creados por los
circuitos electrónicos de potencia del nuevo horno de inducción. El banco del condensador propuesto
estaba siendo instalando para atenuarse el notching de la línea y el harmonics del orden más alto.
Figura 1 – Problemas de Calidad de Energía asociados Con los Hornos de la Inducción pueden Ser
Corregido Con los Bancos del Filtro Armónicos y Bancos de Condensador de Desviación
Debido a la necesidad económica de conseguir el horno operacional, el proyecto era los ingenieros muy
visibles y envueltos del Systems de Power Nordeste, Inc. (NEPSI), la utilidad eléctrica, el fabricante de
horno de inducción, ICC, e ingenieros contratadas por ICC para vigilar el proyecto.
ICC’s Power System
ICC se sirve de dos Indianapolis Power separado y Luz (IP&L) 132kV transmisión linea como mostrado en
Figura 2. Se deja caer el voltaje de cada línea a 13.8kV a través de dos 24/32/40 transformadores de MVA
(nombró Norte y los Transformadores del Autobús Sur). El nuevo horno de la Inducción se conecta al
Autobús Norte a través del Transformador del Autobús Norte). El transformador del Autobús Norte tiene una
impedancia de 9.73%. El autobús Norte y Sur se ata juntos a través de un lazo normalmente abierto.
El nuevo horno de la inducción se está a las 10.0MW y recibe el poder del Autobús Norte a través de un tres
bobinado 11.2 transformador de MVA con una impedancia de 5.5%. Además del nuevo horno de la
inducción, el autobús Norte alimenta también 8064 kvar que 13.8kV solo paso arregló al banco del
condensador a una tienda de la máquina grande, otros hornos eléctricos, un IP&L distribución circuito, y los
propusimos.
Durante el periodo comisionando del horno de la inducción, problemas eléctricos que involucran fracasos de
aislamiento y errada-funcionamientos de paseo de molestia ocurrieron en la tienda de la máquina. Estos
problemas eran muy costosos a ICC que llevó a la compra eventual de los 8050 kvar arregló el banco del
condensador.
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UT IL-2
0
8@
0.
22.806
(13.481)
1.
IPL-S
132.000
125.400
2@
-4
02
IPL SOUT H
11.163
(4.510)
02
2@
-4
.6
12.304
(7.006)
2@
-4
1.
.7
8@
-5
IPL FD
2.000
(1.000)
.6
10.402
(4.083)
2.000
(1.000)
98
02
PH-2 N
1.
AJAX
9.826
(6.123)
OPEN
0.000
(7.879)
0.
98
8@
-5
.7
11.166
(4.514)
98
8@
-5
.7
9.829
(6.127)
0.
BUT LER-N
0.
0.
98
8@
-5
.7
2.747
(1.360)
0.
98
IPL NORT H
13.800
1.
8@
-5
13.800
.6
T X-2
.7
T X-1
2.747
(1.360)
01
25.857
25.857
(7.882)
(7.882)
0.000
(0.000)1.0
18
@
0.
0
IPL-N
22.806
(13.481)
UT IL-1
PH-1 S
BUT LER-S
10.400
(4.080)
12.300
(7.000)
Figure 2–ICC Power System que Muestra Flow de Power Típico y Voltajes del Sistema
El Banco del Condensador propuesto
El banco del condensador propuesto consiste individualmente en veintiuno fundió 600 kvar, 9.96kV
condensadores del bushing dobles conectaron en una configuración del ungrounded-wye. Esto iguala a
8064 kvar a un voltaje del sistema de 13.8kV. Debido a los constreñimiento del espacio y el requisito para
una instalación rápida y simple, un banco metal-adjunto era escogido (mostrado si Figura 3). El banco del
condensador está provisto con un 500 MVA íntegros que 15kV ABB limpian con aspiradora la ola grande del
circuito. Esto permitió la conexión directa al 13.8kV Autobús Norte de ICC. Protección encima de-actual se
proporciona por un MDP parada encima de-actual que tiene los dos la fase y las paradas de la falta molidas.
El descubrimiento del fusible soplado se proporciona por una parada que manda el banco al viaje fuera de
la línea si dos o más fusibles del condensador operan.
Figure 3–el Cuadro de 8050 kvar el banco del condensador metal-adjunto (el centro). A la izquierda un
1500 kvar es el banco metal-adjunto y al derecho un cercamiento del interruptor sincronizando es para el
8050 Banco del kvar. Todos los artículos sobre era manufacturado por NEPSI.
Las preocupaciones Con la Instalación de Banco del Condensador
Durante el condensador banco plan proceso de NEPSI, había tres áreas primarias de preocupaciones que
relacionan a la instalación y energization del banco del condensador propuesto. Las áreas primarias de
preocupación eran como sigue:
1. 1.
El Autobús norte el rango de voltaje que opera
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3. 3.
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La distorsión armónica y resonancia
La reducción en la profundidad de la muesca y la atenuación resonante
Como la parte del proceso del plan, los ingenieros de sistemas de poder de NEPSI realizaron una
evaluación de sistema de poder para dirigirse las preocupaciones anteriores. Una descripción breve de la
evaluación y los resultados se presenta en el resto de este documento.
Los Power Sistema Evaluación Resultados
Se analizaron las preocupaciones de rango de voltaje con un programa de flujo de carga, mientras se
dirigieron el problema del notching/ringing y las preocupaciones armónicas con un programa del análisis
armónico.
Los Cálculos de Flujo de carga
Algunos cargan se hicieron los cálculos de flujo determinar el voltaje que opera de los 13.8 kV el Autobús
Norte a ICC para las varias condiciones que opera. Los cálculos también fueron hechos determinar la
posición óptima para la palmadita fija que existe en el Autobús Norte 132 kV/13.8 kV transformador banco.
Un resumen de los resultados se proporciona en Mesa-1 debajo de.
IP&L indicó que su sistema fue diseñado para operar en un rango de + / - 5% en el primero y/o secundario
del ICC el transformador Norte. El voltaje real como moderado durante el año entero de 1998 ido de 0.97 a
1.04 PU con un rango de voltaje que opera normal de 1.0 a 1.035 PU. La posición de la palmadita se
seleccionó basado en el rango que opera normal de 1.0 a 1.035 PU.
La carga usada en los cálculos de flujo de carga era basado en informes de carga que se mantuvieron por
ICC la primera semana de 1999. Las cargas eran basado en el máximo y las condiciones de carga mínimas.
Era supuesto que las condiciones de carga máximas eran a tiempo todo coincidentes. La condición de
carga mínima era supuesta como 0 MW y 0 MVARS. Seleccionando estas dos condiciones de carga, un
máximo conservador y voltaje mínimo en el sistema era calculado.
Caso-1 muestra el voltaje que opera del sistema para las condiciones del sistema existentes con el banco
del condensador propuesto en la línea a 8.064 MVARs. Como puede verse en Mesa 1, el voltaje a los 13.8
kV las subidas del Autobús Nortes a 1.089 PU o 15.02 kV. Este voltaje es anterior lo que se recomendaría
para un voltaje que opera seguro bajo ANSI C84 normal para el equipo estado con un voltaje nominal de
13.8 kV. Resultaría en pre-madure avería de aislamiento y el posible fracaso a equipo electrónico sensible
que se alimenta del Autobús Norte. Los otros dos casos bajo el Caso Nombre-1 muestra el voltaje para
estar dentro del rango que opera seguro para ICC e IP&L.
Caso-2 muestra los mismos casos como caso-1 pero con el banco del condensador propuesto apagado.
Esta condición reflejaría lo que existiría en el sistema sin los condensadores. Como puede verse en mesa 1,
el voltaje todavía puede subir a 1.062 PU que dan el hecho que se reduce la carga en el autobús Norte para
poner a cero la carga. IP&L indicó que el voltaje para 1998 alcanzó un máximo de 1.04 PU. Los voltajes en
nuestra simulación no emparejaron exactamente porque se asumía que la carga a ICC era el cero, pero de
hecho tenía un poco de magnitud, incluso durante periodo de carga bajos que llevarían a alguna cantidad
de gota de voltaje. Los resultados mostrados sin embargo en Mesa 1, indica que el voltaje puede subir a un
voltaje un-aceptable.
Caso-3 muestra el funcionamiento del sistema en línea con el 8.064 MVAR condensador banco con las
palmaditas subidas dos posiciones a 135.3 kV. Bajo este guión que opera, el voltaje que opera de 0.941 a la
carga llena al Autobús Norte es mugir para un voltaje nominal entregado. El voltaje del funcionamiento
máximo, sin embargo, a los alcances del autobús Nortes un máximo seguro de 1.043 PU.
Caso-4 se hicieron las simulaciones determinar si moviendo las palmaditas sólo una posición mostraran un
resultado más favorable. Para un voltaje que opera nominal en la utilidad, el voltaje en el autobús Norte es
0.968 PU bajo las condiciones de carga de máximo con el condensador amontone adelante. Bajo este
guión, el voltaje es ligeramente bajo. Debe notarse sin embargo que IP&L indicó que el rango de voltaje
normal es 1.0 PU a 1.035 PU. Si el medio voltaje en el sistema es entonces 1.018 PU este voltaje bajo las
condiciones de carga de máximo es tolerable a 0.988 PU.
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Mesa 1–el ICC Carga Flujo Resultado
El
Nombre
del
caso
1A
1B
1C
El
Voltaje
de
utilidad
1.035
1.0
0.97
ICC
Load
El Estado del
condensador
En
En
En
La
Posición
de la
palmadita
128.7kV
128.7kV
128.7kV
El Voltaje
del
Autobús
norte
1.089
0.997
0.963
Min
Max
Max
2A
2B
2C
1.035
1.0
0.97
Min
Max
Max
Fuera de
Fuera de
Fuera de
128.7kV
128.7kV
128.7kV
1.062
0.963
0.930
3A
3B
3C
1.035
1.0
0.97
Min
Max
Max
En
En
En
135.3kV
135.3kV
135.3kV
1.043
0.941
0.908
4A
4B
4C
1.035
1.0
0.97
Min
Max
Max
En
En
En
132.0kV
132.0kV
132.0kV
1.069
0.968
0.935
Basado en los resultados forjando, NEPSI recomendó que IP&L muevan su palmadita del transformador en
el transformador Norte de la palmadita existente de 128.7 kV a 132 KV. El voltaje máximo puede alcanzar
tan alto como 1.069 por la unidad cuando los bancos del condensador son adelante y no hay carga en el
Autobús Norte. También basó en este resultado que NEPSI recomendó que el banco del condensador se
modifique con una parada de supervisión que supervisa el voltaje del autobús y abre la ola grande del
condensador si el voltaje del sistema excede 1.05 PU.
El Análisis armónico
Un análisis armónico que utiliza un programa del análisis armónico se realizó en el sistema de ICC para
evaluar la probabilidad de resonancia armónica cuando el banco del condensador se da energía a. La
impedancia examina que fue desarrollado para mostrar cómo la impedancia del sistema varía con la
frecuencia por las configuraciones del sistema diferentes. El modelo del sistema incluyó el nuevo banco del
condensador, condensadores de la distribución, 132kV y 13.8kV impedancias del sistema, e ICC las cargas
de motor y condensadores.
Un total de 8 impedancia diferente examina representando las configuraciones del sistema diferentes era
hecho, y se lista en Mesa 2. La impedancia examina para Caso 2A, mostrado en figura 4, las muestras que
cuando el 8064 banco de condensador de kvar se da energía a, una resonancia cerca de los 5 (5.4
armónico) exista. Esta resonancia es de sólo preocupación ligera, desde que los dimensiones indican
niveles muy bajos de 5 corriente armónica. Si 5 corrientes armónicas se puestas alto bastante para causar
cantidades significantes de distorsión de voltaje, puede ser necesario quitar tres condensadores del nuevo
condensador amontone (rindiendo 6910 kvar y moviendo el punto resonante a los 5.9 armónico).
Mesa 2–ICC el Análisis Armónico Embala y Resumen de los Resultados
El
Nombre
del
caso
1
2
2A
El Autobús
norte
MVAR
El Estado de
Condensador de
distribución
Los
Condensadores
de motor
Point(s
resonante)
0
8.064
8.064
SÍ
SÍ
NO
NO
NO
NO
7.4
4.7/12.7
5.4
Caso estudio armonicos - Horno de induccion
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3
3A
4
5
5A
Tele/fax 624078 – 626652 email: [email protected]
6.91
6.91
8.064
EL FILTRO
EL FILTRO
SÍ
NO
SÍ
SÍ
NO
NO
NO
NO
SÍ
NO
4.9/13
5.9
4.9/13
3.5/8.8
3.6
CASE-2A
8.064 MVAR CAPACITOR NO UTILITY CAPACITORS
14
12
Case-2
PU IMPEDANCE
10
8
6
4
2
0
0
5
10
15
20
HARMONIC ORDE
Figure 4–el Condensador Dio energía a con la Distribución de IP&L
El circuito Conectó al Autobús Sur
La línea Notching y el Análisis Resonante
La presencia de notching de la línea distinto y cercando del horno de la inducción producían las discusiones
adelante cómo al filtro mejor el zumbido que es asociado con él. El zumbido, más probable, los resultados
en ceros cruces de voltaje dobles que causan el equipo electrónico sensible para errada-operar (es decir
UPS, AC & DC drives). Esta sección discute el método mejor y el peor método reduciendo la muesca de la
línea asociada con el horno de la inducción. Reduciendo la profundidad de muesca de línea, la capucha
probable de un cero voltaje cruzar es probablemente ocurrir.
La oscilación dentro del anillo, o “cercando”, se causa por la acción cambiando de las células de SCR. Este
fenómeno es difícil predecir pero normalmente no es un problema si hay humedeciendo significante (la
resistencia) en el sistema. El zumbido se causa por la inductancia de línea de ac y el capacitance distribuído
que siendo en paralelo, tendrá una contestación de frecuencia natural cuando excitó por un cambio del paso
en el voltaje. Este zumbido puede, si no propiamente humedeció, agregue significativamente (tanto como la
profundidad de la muesca) a la profundidad de la muesca total.
La predicción o cálculo del zumbido son muy difíciles y requieren un transeúntes electromagnéticos
programan (EMTP). La profundidad de la muesca sin embargo, puede calcularse fácilmente (ignorando el
zumbido). Mostrando una reducción en la profundidad de muesca de línea, una reducción correspondiente
en el resonante ocurrirá.
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NOTCH RING CALCULATON
70 HARMONIC
1.4
1.2
1.082 PU
CASE-1
PU IMPEDANCE
1
0.8
0.84 PU
CASE-5
0.6
0.4
0.018 PU
CASE-2
0.2
0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
HARMONIC ORDER
Figure 5–la Impedancia Examina para los Cálculos de Anillo de Muesca
Embale 2–el Sistema con Banco del Condensador Dado energía a
Embale 5–el Sistema con Banco del Filtro Dado energía a
Caso-1 el Sistema Existente Sin Banco del Condensador o el Banco del Filtro Armónico
La muesca en el waveform de voltaje es el resultado de dos fases que se ponen en cortocircuito
consecutivamente a nosotros como el commutates actual de la célula a la célula en el rectifier. Este notching
de la línea ocurre doce veces por ciclo para un rectifier del doce-pulso. Cuatro de estas muescas son dos
veces tan profundo como el otro ocho. Las muescas profundas ocurren cuando el calzón de la fase-a-fase
ocurre por la misma fase que es moderada. El otro ocho son debidos a la interacción de las fases cuando
ellos el commutate.
La profundidad de la muesca puede calcularse analíticamente usando el principio de divisor de voltaje,
desde que la muesca de voltaje es el resultado de una falta de la fase-a-fase a través de la impedancia del
sistema. Usando al modelo de impedancia como desarrollado en el armónico examina, la profundidad de
muesca de voltaje puede calcularse. Figure 5 muestra tres impedancia armónica examina. El examina la
muestra la impedancia del sistema de ICC que parece del 13.8 autobús del kV Norte. El por la impedancia
de la unidad a los 70 armónico se graba para cada uno examine. Esta impedancia se usará como la
impedancia de la fuente para el divisor de voltaje para determinar la profundidad de la muesca por las varias
configuraciones del sistema.
La profundidad de la muesca para el sistema existente se muestra en el cálculo debajo. Era calculado
usando la parcela mostrada sobre y la impedancia del transformador del horno.
Xs: la Impedancia de la Fuente a las 70 armónico (De la Parcela):
Xt: la Horno Aislamiento Transformador Impedancia a las 70 Armónico:
3.44 Por la Unidad
1.082 por la Unidad
70 x (10/11.2) x 0.055 =
La Profundidad de la muesca%:
Los mismos cálculos pueden hacerse para los otros dos casos mostrados anteriormente en la parcela. Se
muestran los resultados de todos los tres en Mesa 3 debajo.
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Mesa 3–los Muesca Profundidad Cálculo Resultados
El Nombre
del caso
Embale 1
Embale 2
Embale 5
La Descripción del caso
El Sistema existente, ningún banco del
condensador,
El Sistema existente con el banco del
condensador
El Sistema existente con 4.8 banco del
filtro
La
Profundidad
de la
muesca
23.9%
0.52%
19.6%
Como puede verse de los resultados sobre el banco del condensador solo es los medios más eficaces de
reducir la profundidad de la muesca y el zumbido asoció con la muesca. El filtro armónico no es eficaz
porque el filtro se vuelve el el más allá inductivo su punto de afinación.
Las conclusiones y Recomendaciones
Para evitar el voltaje excesivo durante las cargas de luz, NEPSI recomendó que el movimiento de utilidad la
palmadita del transformador en el transformador Norte de la palmadita existente de 128.7 kV a 132 KV. El
voltaje máximo puede alcanzar tan alto como 1.069 por la unidad bajo esta condición que opera cuando el
banco del condensador se da energía a y no hay carga en el Autobús Norte. Basado en este resultado,
NEPSI recomendó que el banco del condensador se modifique con una parada de supervisión que
supervisa el voltaje del autobús y abre la ola grande del condensador si el voltaje excede 1.05 PU.
El energization de los propusimos 8064 banco de condensador de kvar creará una resonancia cerca de los
5.4 armónico eso es subsecuentemente de sólo preocupación ligera hay sólo cantidades pequeñas de 5
corriente armónica inyectadas de ICC. Si las corrientes inyección vienen de tal magnitud para causar la
distorsión de voltaje alta, pueden quitarse tres condensadores del banco para cambiar el punto de
resonancia para acercarse a los 5.9 armónico.
El análisis de Muesca de línea indica el banco del condensador reducirá el notching de la línea de 23.9% (el
sistema existente con IPL distribución circuito conectado al Autobús Norte) a 0.52%. Si el banco del
condensador se cambia a un banco del filtro, la habilidad del banco del condensador de reducir el notching
de la línea se disminuirá grandemente a 19.6%.
Basado en el abandonar, NEPSI recomendó el banco del condensador se instale y dio energía a. NEPSI
también recomendó que voltaje y los dimensiones armónicos se tomen durante el startup inicial para
verificar para el sistema adverso condiciona y para verificar los resultados de este informe.
El Systems de Power nordeste, Inc.
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