thyssenkrupp aplicação de filtros de 5ta. e 7ma. harmônica

THYSSENKRUPP | Caso de sucesso

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CASO DE SUCESSO

THYSSENKRUPP Aplicação de filtros de 5ta. e 7ma. harmônica em 800 VAC

Antecedentes:

Embora quando a aplicação de filtros de absorção de correntes harmônicas é bem conhecida e experimentada por Arteche em sistemas de baixa tensão (240V e 480V), nesta ocasião se teve o reto de adequar os desenhos de filtros standard para instalá-los em uma tensão de 800 Vca. A aplicação teve lugar na empresa

Thyssenkrupp Metalúrgica de México S.A. de C.V., dedicada à fabricação de bielas para motores e localizado na aldeia de San Miguel Xoxtla muito perto da cidade de Puebla. Um dos processos mais importantes que se realizam nesta planta são a fundição e o tratamento do aço para o qual se operam fornos de indução que utilizam energia eléctrica a através de distintas subestações da planta a 800 Vca. Ditos fornos são operados por retificadores de seis pulsos e se encontram acoplados eletricamente a transformadores de duplo secundário, alimentados por um bus geral de 6200 V, proveniente da subestação principal da planta e alimentada a 115 kV, 3 Fases, 60 Hz, por uma linha de C.F.E. A planta operava anteriormente com uma demanda mensal de energia eléctrica de 6MW e um FP de 0.83, por o que era necessário corrigir o FP de maneira segura, evitar as penalizações que recebiam por parte de C.F.E. e diminuir as cargas emissoras de correntes harmônicas existentes na planta. Desenvolvimento:

Arteche realizou um estudo eléctrico do sistema eléctrico da planta para determinar as características do equipamento necessário para levar a cabo dita tarefa de forma segura e confiável. Apresentaram-se propostas técnicas e económicas para as quais a empresa decidiu inverter em filtros de harmônicas em duas etapas: a primeira para evitar a multa por baixo FP e a segunda, uma vez conhecidos os resultados, para obter os benefícios de bonificação por concepto de FP por parte de C.F.E. e considerando também a poupança de energia logrado.

Em fevereiro de 2005 se levou a cabo a primeira etapa do projeto em a qual se instalaram dois filtros de absorção de correntes harmônicas de 800 kVAR, 800 V, cada um nos secundários do transformador que alimenta o FORNO 3000 de a planta. A seguinte figura mostra o esquema eléctrico da localização dos filtros de harmônicas.


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CASO DE SUCESSO

Desenho:

Para o desenho dos filtros se considerarão, ademais dos níveis de distorção harmônica e as figuras de mérito tradicionais para o cálculo de filtros de harmônicas, os níveis de tensão para todos e cada um dos componentes dos filtros.

Secção de 5ta. harmônica

Secção de 7ma. harmônica

Resultados: *A medição se realizou no secundário com conexão estrela do transformador. Devido ao nível de tensão entre fases, não foi possível levar a cabo a medição no secundário com conexão delta. No entanto, se espera que o comportamento seja equivalente em ambos secundários.

Observou-se que quando o filtro foi energizado, o valor de corrente rms total no secundário do transformador diminuiu em 38%, a distorção harmônica na onda de tensão num 39%, a distorção harmônica na onda de corrente se reduziu num 48% e o fator de potência subiu a valor unitário. Isto representou liberar de carga reativa e harmônica a dito transformador e reduzir as perdidas eléctricas no mesmo.

O Fator de Potência global de a planta, uma vez que os equipamentos foram instalados foi de 0.926i, segundo o recibo de energia eléctrica do mês de Abril de 2005. Dado o valor de FP global alcançado, a planta deixou de pagar a penalização imposta por este concepto, ademais de receber já bonificação por operar a FP mais elevado de 0.90.

A seguinte tabela mostra um resume dos parâmetros eléctricos antes e despois de a instalação dos filtros:

200600

kVARkVAR

HORNO 3000

2000 kVA

6.3 / 0.765 kV

Z = 5.4%

6.3 kV, 3 Fases, 60 Hz

1500/5ATC FASE A

1500/5A

TC FASE A

RECTIFICADOR

DE 6 PULSOS

HORNO 3000

RFP RFP1250 A 1250 A

5 A 7 A 5 A 7 A

200600kVARkVAR

FILTRO DE ARMÓNICAS

800 kVAR, 800V, 3F

5ta. y 7ma. armónicas

Inelap S.A. de C.V.


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CASO DE SUCESSO

Subestação

(área)

kVAR

instalados

Tensão

(Volts)

Demanda

kW

FORNO 3000*

800 (2) 780 377

Corrientes Total (Amps) THD (V) %

Com filtro Sem filtro Com filtro Sem filtro

310 500 4.98 8.27

THD (I) % Factor de potência

Com filtro Sem filtro Com filtro Sem filtro

19.78 38.4 1.00 0.68

Com o anterior, a planta deixou de pagar penalizações por concepto de FP e com as poupanças logrados se estima que a inversão de os equipamentos tenha uma amortização de 9.5 meses.

Os seguintes gráficos mostram as formas de onda e os espectros harmônicos do resultado da aplicação dos filtros no sistema eléctrico da planta.

Mediciones sem filtro

1000

750

500

250

0

-250

-500

-750

-1000

1000

750

500

250

0

-250

10:52:59:835 10:52:59:840 10:52:59:845 10:52:59:850 10:52:59:855 10:52:59:860 10:52:59:865

-500

-750

-1000

CHA Volts CHA Volts

AmpsVoltsFormas de onda de Tensión y Corriente

Espectro armónico de tensión

CHA Amps

Total RMS: 444.52Volts

DC Level: 0.55Volts

Even contribution (H02- H30): 1.28% of FND

Odd contribution (H03-H-29): 8.17% of FND

Fundamental (H1) RMS: 438.35Volts

Total Harmonic Distortion (H02-H30): 8.27% of FND

% of FND9

8

7

6

5

4

2

1

0Thd H05 H30H10 H15 H20 H25

Espectro armónico de corriente

CHAAmps

DC Level: 7.46Volts


Even contribution (H02- H30): 15.43 % of FND

Odd contribution (H03-H-29): 30.74 % of FND


Total Harmonic Distortion (H02-H30): 34.40 % of FND

% of FND

35

30

25

20

15

10

5

0Thd H05 H10 H15 H20 H30H25


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CASO DE SUCESSO

Mediciones com filtro

Avg

CHTOT PF (arit) avg -0.25

CHA VThdavg 9.74

CHA IThdavg 26.11

Avg

CHA VHarm (300Hz) 13.44

CHA VHarm (420Hz) 10.29

1000

750

500

250

0

-250

-500

-750

-100010:52:59:850 10:52:59:85510:52:59:835 10:52:59:840 10:52:59:845 10:52:59:860

1000

750

500

250

0

-250

-500

-750

-1000

CHA Volts CHA Volts

Volts Formas de onda de Tensión y Corriente Amps

CHA Amps


DC Level: -0.86Volts





H05 H30H10 H15 H20 H25Thd

Espectro armónico de tensión5

% of FND

4

2

1

0

Espectro armónico de corriente% of FND

20.0

17.5

15.0

12.5

10.0

7.5

5.0

Thd H05 H10 H15 H20

CHAAmps


DC Level: -1.93Volts





H30H250.0

2.5

%

0.75

Comportamiento del THDV, THDI y FP

0.50

0.25

0.00

-0.25

-0.50

-0.75

-1.00

10:5510:5010:4510:4010:35

CHA VThdavg

10:20 10:25 10:30

CHTOT PF (arit) avg

30

CHA IThdavg

25

20

15

10

5

17/05/2005 10:24:59.79 - 17/05/2005 10:54:00.00

25

20

Volts Comportamiento de la tensión de 5 a y 7 a arm.

15

10

5

10:5510:5010:4510:40

0

10:20 10:25 10:30 10:35

CHA VHarm (300 Hz)

17/05/2005 10:24:59.79 - 17/05/2005 10:54:00.00

CHA VHarm (420 Hz)


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CASO DE SUCESSO

Avg

CHA IHarm (300Hz) 76.66

CHA IHarm (420Hz) 42.91

Comportamiento de la corriente de 5a y 7a. arm.

120Amps

110

100

90

80

70

60

50

40

30

20

10:20 10:25 10:30 10:35 10:40 10:45 10:50 10:55

17/05/2005 10:24:59.79 - 17/05/2005 10:54:00.00

CHA IHarm(300Hz ) CHA IHarm(420Hz)

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