cerinte privind alim cons ind

55
CERINŢE PRIVIND ACŢIONĂRILE ELECTRICE REGLABILE ÎN INDUSTRIE Noile Combinate Metalurgice de Oţeluri sunt construite tot mai mult cu secţii de producţie cât mai mici, de exemplu laminoarele au fost redimensionate cu tendinţa de cree4re de minilaminoare de oţeluri amplasate în locuri îndepărtate, unde reţelele de alimentare cu energie electrică sunt dimensionate la nivele mai scăzute. Combinatele vechi sunt modernizate în special în ţara noastră, fără să se ţină seama de îmbunătăţirea sistemelor energetice de alimentare în conformitate cu cerinţele utilajelor tehnologice. Beneficiile producţiei şi a productivităţii mărite sunt mult diminuate datorită problemelor ce apar din cauza reţelelor electrice şi a menţinerii limitelor de calitate a energiei electrice. În combinatele româneşti nu se poate realiza la ora actuală corelarea şi şi operarea cu cuptoarele cu arc electric de medie tensiune (35 kV) de tip

Transcript of cerinte privind alim cons ind

Page 1: cerinte privind alim cons ind

CERINŢE PRIVIND ACŢIONĂRILE ELECTRICE

REGLABILE ÎN INDUSTRIE

Noile Combinate Metalurgice de Oţeluri sunt construite tot mai mult

cu secţii de producţie cât mai mici, de exemplu laminoarele au fost

redimensionate cu tendinţa de cree4re de minilaminoare de oţeluri amplasate

în locuri îndepărtate, unde reţelele de alimentare cu energie electrică sunt

dimensionate la nivele mai scăzute.

Combinatele vechi sunt modernizate în special în ţara noastră, fără să

se ţină seama de îmbunătăţirea sistemelor energetice de alimentare în

conformitate cu cerinţele utilajelor tehnologice.

Beneficiile producţiei şi a productivităţii mărite sunt mult diminuate

datorită problemelor ce apar din cauza reţelelor electrice şi a menţinerii

limitelor de calitate a energiei electrice.

În combinatele româneşti nu se poate realiza la ora actuală corelarea şi

şi operarea cu cuptoarele cu arc electric de medie tensiune (35 kV) de tip

EAF în condiţii de siguranţă şi de încărcare uniformă a reţelelor electrice

locale şi zonale, fapt ce determină ca liniile de alimentare cu energie

electrică să fie exploatate ineficient şi în deplină siguranţă fără menţinerea

calităţii în limitele impuse de echipamentul local.

În ţările dezvoltate, în special în SUA, au fost luate măsuri de

eficientizare a consumului energetic şi de menţinere în limite admisibile a

calităţii energiei electrice, de exemplu în Combinatul Nucor III din Berkeley

s-a modernizat un minilaminor care produce în general colaci la cald din

PC 52 sau Grade 40 şi Grade 60 cu carbon ridicat.

Page 2: cerinte privind alim cons ind

La acest Combinat energia electrică este furnizată printr-o singură

linie aeriană de 230 kV ca şi în cazul S.C. COS. TGV, cu o capacitate

maximă de scurtcircuit de 500 MVA la punctul de cuplaj şi 2950 MVA la

punctul de cuplaj comun când una din liniile de 230 kV nu lucrează. Partea

externă a laminorului e configurată după cum se arată în figura 1 cu două

secţiunii independente de 35 kV repartizate pe două direcţii:

I. Linia de alimentare a oţelăriei cu un cuptor cu arc de c.c. de 150

tone cu o putere maximă de 112 MW cu două subsisteme:

- linia de alimentare de rezervă pentru un al doilea cuptor;

- linia de alimentare pentru două cuptoare metalurgice de turnare în

c.a. de 25 MVA fiecare.

Cuptorul de elaborare cu bobină de reactanţă controlată cu tiristorii de

160 MVAR şi circuite de filtrare totalizând 115 MVAR.

Filtrele sunt dimensionate pentru a realiza compensarea armonicilor

superioare pentru două cuptoare cu puterea de 112 MW şi 150 tone.

II. Linia de alimentare de consum constant numită şi calea curată

de alimentare, alimentează cicloconvertoarele pentru laminorul

principal şi cel auxiliar.

Laminorul de sârmă are un transformator de alimentare de 80 MVAR

şi filtre armonice active de 80 MVAR. Faţă de aceste tipuri de alimentări

combinatele noastre sunt alimentate pe două nivele de tensiuni, ficare nivel

de tensiune având câte trei linii de alimentare.

Între liniile de tensiune de 230 kV şi 110 kV există legături prin

autotransformatoare. Configurarea definită a liniilor de alimentare de înaltă

tensiune, conduce la transferul regimurilor deformate din liniile de

alimentare ale laminoarelor către liniile de alimentare ale oţelăriilor cu

Page 3: cerinte privind alim cons ind

consecinţe deosebite asupra calităţii energiei şi a echipamentului de

comutaţie.

Această configuraţie conduce la consumuri energetice ridicate în

primul rând în transformatoare şi al doilea rând pentru faptul că nu sunt luate

măsurile necesare pentru compunerea factorului de putere şi a regimului

deformant.

Echipamentele electrice ale staţiilor electrice ia în considerare

următoarele: cuptoarele electrice au caracteristici de funcţionare neliniare şi

foarte neregulate, cuptoarele în c.a. au o sarcină asimetrică şi introduce

Page 4: cerinte privind alim cons ind

distorsiuni de tensiune şi abateri de la forma sinusoidală, deplasări ale

punctelor neutre de tip dinamic şi static, un factor de putere scăzut şi

fluctuant. Apar supratensiuni repetivive şi periodice scurte de timp, cauzate

de fluctuaţiile rapide ale consumului de putere reactiva în cuptorul EAF.

Aceste distorsiuni ale tensiunii din reţeaua de alimentare sunt considerate

perturbatoare şi pentru alţi consumatori.

Convertoarele de frecvenţă pentru comenzile cu viteză variabilă de la

laminoarele de bare şi benzi electrotehnice sunt de asemenea generatoare de

vârfuri periodice de sarcină. Curenţii de ordin ridicat rezultaţi la turaţiile

regimului deformant căt si fluctuaţiile de tensiune trebuiesc micşorate pentru

a nu genera problemele sau accidente în reţeaua de alimentare.

Din cauza numărului mare de consumatori cu variaţii de sarcină şi

generatori de putere deformantă apare necesitatea ca atât consumatorii cât şi

companiile de electricitate să ia măsuri stricte pentru suplimarea efectelor pe

care le produce sistemul energetic.

În sistemele energetice din Europa de Vest şi S.U.A., companiile de

electricitate iau permanent măsuri pentru întrepuperea furnizării de energie

în cazul nerespectării regulilor stabilite pentru păstrarea calităţii energiei

electrice. Faţă de aceste considerente în România se impune în viitor ca

specialiştii energeticeni şi electrotehnişti să treacă la alegerea celor mai bune

sisteme de comandă pentru liniile de proces, cum de fapt s-a şi procedat în

cazul Combinatului de Oţeluri Speciale Târgovişte, unde sistemele pompare,

ventilare, acţionări principale, au fost modernizate prin sisteme şi agregate

noi cu control prin convertizori de frecvenţă. Scopul urmărit în alegerea

celui mai bun sistem de comandă pentru liniile de proces este realizarea unui

proiect de calitate şi care să prezinte siguranţă şi în acelaşi timp cerinţele

beneficiarului şi încadrarea în buget.

Page 5: cerinte privind alim cons ind

CONFIGURAREA CĂILOR ŞI SOLUŢIILOR ÎN

STRATEGIA ENERGETICĂ A COMBINATELOR

METALURGICE

Elementele de bază ale acţionărilor electrice moderne sunt

convertizoarele de frecvenţă.

În configuraţile cu acţionări electrice reglabile în circuitele de curent

alternativ se oferă avantajul unor gabarite reduse ale redresorului comandat

cu sarcini regenerative care se pot constitui cu surse adiţionale pentru

sarcinile motorului sau pentru comutaţii şi protecţii. Gabaritul redus al

redresorului a condus la micşorarea reactanţelor de linie, a întreruptoarelor

de circuit şi a transformatoarelor de alimentare cât şi costurile suplimentare,

iar transferul de energie de pe calea de curent continuu se realizeă mai rapid.

Pentru mărirea flexibilităţii şi permiterea funcţionării motoarelor

individuale se poate folosi un circuit de preîncărcare între invertor şi

întreruptorul de deconectare situat pe partea de curent continuu. Pentru

rezolvarea acestui deziderat a fost nevoie de o soluţie pentru reglarea şi

stabilizarea căii de curent continuu în special acolo unde a permis comenzi

în diferite momente ale funcţionării.

Aparatura completă c.a.–c.c.–c.a. denumită şi unităţi convertizoare,

poate satisface funcţionarea fără perturbarea altor consumatori şi în acest caz

nu mai este nevoie de circuite de pregătire şi preîncărcare. Această

configurare cu unităţi convertizoare necestă o proiectare mai atentă şi un

efort financiar mai mare pentru unităţile dintre convertizoare şi

transformatoare, întrucât distribuţia ar reprezenta suplimentarea cu

întreruptoare şi reactanţe de comutaţie suplimentare. În plus cerinţele de

Page 6: cerinte privind alim cons ind

putere în KVA pentru o linie completă sunt distribuite între mai multe

transformatoare cu valori nominale diferite. În cazul când sarcinile

regenerative ale motorului care nu sunt compatibile pentru un grup de

comenzi, există motive de a adapta circuitul intermediar de curent continuu

la buna manevrare a distrubuţiei de putere de la transformator şi circuitul

invertor.

Îmbunătăţind modelul de operare a unei acţionări cu sarcini

individuale se poate reduce şi prin determinarea exactă a timpilor de lucru şi

a diagramelor de încărcare sau prin aflarea sarcinilor ce nu coincid cu

sarcinile nominale totale.

Page 7: cerinte privind alim cons ind

CONSIDERAŢII ASUPRA REŢELELOR DE

ALIMENTARE TOTALE

Configuarea optimă a schemelor de alimentare oferă îmbunătăţire

referitoare la cerinţele de putere reactivă scăzută din reţea. Unităţile de

îmbunătăţire a factorului de putere asigură cos 0,95 şi o putere reactivă

scăzută conducând la îmbunătăţirea utilizării liniei.

Cu privire la reţea este foarte important să considerăm limitarea

distorsiunii armonice determinate de configurarea comenzilor. Întrucât

mărimea distorsiunilor depinde de impedanţă şi este sesizată de unitatea de

comandă se recomandă o reactanţă de intrare ridicată pentru situaţiile când

întreruperile sunt de durată şi folosirea unei impedanţe de scurtcircuit

reduse.

Pentru mărirea disponibilităţilor sistemului se foloseşte un

transformator de serviciu cu invertor flotant capabil să prevină căderile de

tensiune şi pentru situaţiile când sunt puneri la pământ.

Detectoarele de punere la pământ generează o alarmă şi permite

personalului înlăturarea deranjamentului şi evitarea timpilor morţi.

Prin utilizarea acestei măsuri şi selectând bine impedanţa

transformatorului nivelul căderii de tensiune se poate reduce putându-se

astfel evita situaţia alimentării uni redresor să fie făcută numai printr-un

singur transformator.

Pentru situaţiile în care un transformator alimentează mai multe

unităţi de redresoare este necesară utilizarea reactanţelor de comutaţie

deoarece efectele comutaţiei nu pot fi excluse.

Page 8: cerinte privind alim cons ind

Prin schimbarea conexiunilor din secundarul transformatorului (de la

triunghi la stea şi invers) se pot reduce conţinutul armonicilor din reţea.

În aplicaţiile de puteri mari care necesită mai multe redresoare

paralele, o punte cu 12 pulsuri poate fi realizată printr-un transformator cu

înfăşurări secundare de tip diode defazate electric cu 300el. În ambele situaţii

obiectul este de a reduce la maxim conţinutul de armonici de ordinul 5 şi 7 şi

de diminuare a distorsiunilor de curent în înfăşurările primare ale

transformatorului.

În cazul reţelor de alimentare de puteri mici la care nici una din

măsurile descrise mai sus nu sunt eficiente, pentru reducerea impactului

negativ cauzat de supratensiunile şi de efectele comutaţiei sau de alte

evenimente tranzitorii, se recomandă utilizarea unor redresoare cap-coadă

active.

Avantajele redresoarelor active FUND-END (F.E.)

- redresoarele active iau energia de curent alternativ curată (fără

conţinut de armionici superioare);

- permit contrlarea factorului de putere;

- permit diminuarea supratensiunilor externe;

- au răspuns al comenzii extrem de dinamic;

- funcţionează în patru cadrane cu tranziţie uşoară de la regimul de

motor la cel de generator şi au capabilitatea regenerativă de 100%;

- nu au şi nu generează căderi de tensiune datorită comutaţiei;

- poate stabiliza tensiunea din reţelele de tensiune scăzută.

Investiţia suplimentară pentru aceste unităţi se recuperează pe termen

lung, din economiile făcute din compensarea puterii reactive şi din costurile

Page 9: cerinte privind alim cons ind

operaţionale provenite din capabilitatea unităţilor de a asigura o energie

curată, controlabilă şi sigură în cele mai severe condiţii de reţea.

O variantă mai nouă este folosirea redresoarelor de tip regenerativ cu

diode sau tiristori. Avantajul acesteia este că asigură posibilitatea de a

alimentare cu energie de frânare generată prin decelerarea sarcinilor de la

motor şi recuperarea acesteia în reţeaua de alimentare. Totuşi aceasta nu

constituie o prioritate pentru Combinatele Metalurgice, mai ales dacă

energia obţinută prin frânare nu justifică costul echipamentului.

Din cauza faptului că este necesar menţinerea circuitului intermediar

de curent continuu la acelaşi nivel de tensiune în timpul frânării este nevoie

de un autotransformator care trebuie să asigure o creştere a tensiunii de

alimentare pentru puntea regenerativă cu 20%, ceea ce compensează

scăderea tensiunii cauzate de limitarea unghiului de amorsare pentru această

punte. Un redresor cu o singură punte asigură o soluţie optimală pentru

cazurile în care energia de frânare este de nivel scăzut sau poate fi disipată

prin intermediul rezistenţelor de frânare CHOPPER-elor conectate la calea

de curent continuu (circuit intermediar). Se preferă această soluţie întru-cât

economiseşte spaţiu, prin faptul că rezistenţele de frânare sunt localizate în

afara liniei. Prin urmare nu trebuie luată în considerare disiparea de căldură

suplimentară pentru circuitul intermediar.

Page 10: cerinte privind alim cons ind

TENDINŢE NOI ÎN ALEGEREA MOTOARELOR DE

ACŢIONARE A UTILAJELOR METALURGICE

În cadrul liniilor de alimentare şi a acţionăriilor electrice din

metalurgie merg de la câţiva kW până la câteva sute de kW. Această gamă

de putere face ca motorul asincron să fie pe primul plan. Pentru vârtelniţe,

buclatoare şi căile cu role sau cajele de laminare cât şi acţionările electrice

ale utilităţiilor din metalurgie, gama de putere se poate extinde până la

9 MW. Pentru aplicaţiile din metalurgie, caracteristicile motorului trebuie să

fie critice pentru a evita valori ale curentului nominal mari care necesită

dimensiuni mai mari ale invertorului şi costuri mărite ale invenstiţiei.

Figura 2 evidenţiază un exemplu tip de aplicaţie vârstelnită

(înfăşurător) cu caracteristica de sarcină figurată cu linie roşie.

Viteza de bază a acestei aplicaţii este de 300 rot/min. Pentru aceste

tipuri de sarcină se compară două opţiuni posibile de motor, considerând

impactul cerinţei de suprasarcină la viteza maximă a motorului.

Caracteristicile mecanice ale motorului reprezentat cu albastru sunt

pentru motorul standard.

Ambele opţiuni sunt pentru un motor cu 8 (opt) poli, cu un cuplu

constant prezentat pe aceleaşi axe. Opţiunea specială în albastru este cea mai

recomandată deoarece asociază mai bine cuplul cerut de sarcină.

Întrucât cuplul descreşte foarte rapid, această alegere poate să fie

menţinută doar dacă viteza maximă a mecanismului de antrenat nu depăşeşte

900 rot/min, luând în considerare o limită de suprasarcină adecvată.

Page 11: cerinte privind alim cons ind

Fig. 2 Caracteristicile de ieşire ale motorului de acţionare a unui înfăşurător

Avantajul deosebit pentru această alegere este încadrarea la curentul

nominal al motorului ce apare datorită sarcinii şi atingerii tensiunii nominale

de 480 V la o viteză mai mică decât cea sincronă. Această opţiune standard

trebuie selectată dacă viteza maximă a motorului sau a pompei necesară este

mai mare de 1500 rot/min.

Page 12: cerinte privind alim cons ind

Alegerea invertoarelor şi a accesoriilor pentru mecanismele de bază din

metalurgie

Alegerea invertorului se poate realiza după cunoaşterea parametrilor

motorului. Întrucât majoritatea aplicaţiilor efectuate în colectivele de

energeticieni ai societăţii noastre sub coordonarea tehnică personală conform

lucrărilor “Acţionări electrice cu maşini asincrone trifazate de puteri mari” şi

prin faptul că acţionările noi sunt prevăzute cu invertoare, atunci integrarea

bazelor de date a producătorilor de motoare în dimensionarea parametrilor

existente a fost esenţială şi mai ales pentru cea a timpilor de proiectare.

Numărul accesorilor pentru comandă a fost analizată de la o aplicaţie

la alta.

Circutele de preîncărcare

Circuitele de preîncărcare extinde posibilitatea de a întreţine

comenzile individuale ale liniei pe perioada funcţionării. Această alegere a

circuitelor de preâncărcare între redresor şi invertor este oarecum limitată

deoarece acest circuit pentru anumite aplicaţii şi în special la puteri mari au

o instabilitate mare. Problema este în principal ajustarea/optimizarea

respectiv reglarea amplitudinii căii de curent continuu la parametrii de acord

ai sarcinii şi de anumite determinări ale tipurilor de comutaţie.

Alegerea reacţanţelor de ieşire şi filtre du/dt

Foarte important pentru protecţia motorului şi la dimensionarea

unităţiilor din invertoare este şi alegerea şi dimensionarea reactanţelor.

Unităţile invertoare alimentează cu o tensiune cu amplitudinea

tensiunii din circuitul intermediar. Considerând că se folosesc frecvenţe

ridicate şi dispozitive semiconductoare de tip IGBT, atunci tensiunea va

Page 13: cerinte privind alim cons ind

creşte până la valori de aproximativ 10KV/ şi determină solicitări mari

atât ale izolaţiei motorului cât şi a compatibilităţii conversiei.

Această solicitare este mai evidentă când distanţa dintre unităţile

invertoare şi maşinile electrice este considerabilă şi cablurile de alimentare

sunt implicit de lungime mare şi secţiuni reduse.

Cablurile de lungime mare reprezintă sarcini capacitive ridicate şi vor

conduce la înrăutăţirea comutaţiei şi prin urmare este necesară o mărire a

invertorului. De asemenea cablurile măresc şi stochează energia prin efect

“Corona” ce poate fi foarte dăunător pentru instalaţia motorului şi a

determinat ca noi să luăm măsuri pentru introducerea filtrelor du/dt conform

cu figura 3.

Page 14: cerinte privind alim cons ind

Lungimea cablurilor de 20 m poate genera un vârf de tensiune

semnificativă pentru terminalele motorului, ceea ce va determina un

fenomen de reflexie a tensiunii cu aproximativ 65% mai mare decât valoarea

tensiunii din circuitul intermediar. La lungimi de peste 50 m, tensiunea

maximă creşte lent funcţie de lungimea cablului şi se apropie uşor de

maximul teoretic, adică de dublul tensiunii din circuitul intermediar adică cu

2 Ud.

Pe măsură ce lungimile de cablu cresc, reflexia undei de tensiune

generate dintre motor şi unitatea de comandă determină o perioadă de

tranziţie mai lungă până când la bornele motorului va ajunge o tensiune

egală cu cea a circuitului intermediar de curent continuu. Toţi producătorii

de motoare şi-au luat măsuri pentru a prevenii efectele datorită tranziţiei

Corona care are o creştere exponenţială şi este funcţie de lungimea cablului

de alimentare cu consencinţe semnificative de producere a străpungerii

dielectricului izolaţiei motorului (figura 4).

Motoarele de curent alternativ alimentate cu invertoare au fost

analizate avându-se în vedere, şi de izolaţia care trebuie să fie capabilă de a

suporta şocurile cauzate de comenziile IGBT şi lungimile de cablu de până

la 300m, fără utilizarea filtrelor du/dt.

Dacă reactanţele de ieşire sunt proiectate în conformitate cu lungimile

de cablu, invertoarele pot funcţiona corect fără alte recomandări.

Reactanţele de ieşire compensează sarcina capacitivă existentă în

reţeaua de alimentare şi limitează curentul de ieşire capacitiv existent,

reducând supratensiunile ajutând astfel indirect motorul. Frecvenţa mare de

comutaţie a comenzilor IGBT în afara avantajelor pe care le oferă prezintă şi

dezavantaje.

Page 15: cerinte privind alim cons ind

Tensiunea de ieşire în formă de blocuri de impulsuri generează o

frecvenţă înaltă şi curentul este sub formă de impulsuri, care în situaţii, când

există capacităţi ridicate va determina ca acestea să se scurgă la masă între

cablu, motor şi centura de împământare.

Prin urmare circuitul de întrerupere şi căderile de tensiune pot

interfera şi cu semnalele de comandă din blocurile de semnale mici. Cea mai

eficientă metodă de a evita această interferenţă se poate realiza separând

semnalele de coadă şi semnalele produse de capacităţile suplimentare din

cablu. Pentru aceasta este nevoie ca în dulapurile de comandă să se respecte

un minim de distanţă de 20 cm între blocurile de comandă şi de putere şi 60

cm între blocurile de forţă.

Îmbunătăţirea E.M.C.

Page 16: cerinte privind alim cons ind

Pentru reducerea radiaţiilor emise de generatorul de înaltă frecvenţă

necesară comutaţiei cât şi pentru reducerea variaţiilor mari ale momentului,

trebuie analizată logica circuitelor de comandă pentru a nu se suprapune cu

frecvenţele generate de capacităţile suplimentare din cabluri sau datorate

scurgerilor prin fundaţii, şanţurile de cabluri sau canalelor compartimentate.

Din acest punct de vedere se recomandă un cablu de alimentare

ecranat. Aceste tipuri de cabluri vor servi scopurilor propuse numai dacă

ecranele sunt legate la pământ prin legături ferme şi cabluri de secţiuni

corespunzătoare. Dacă cablul este discontinu atunci trebuiesc urmate regulile

corespunzătoare pentru E.M.C.

Dacă se optează pentru utilizarea cablurilor de alimentare adecvate,

este important de reţinut că atât motorul cât şi invertorul necesită necesită

protecţii la capacităţile supimentare pe care le au aceste cabluri ecranate.

Pentru faptul că existenţa unei capacităţi mari trebuie compensată,

atunci se utilzează reactanţe de ieşire de valori mai mari pentru fiecare

sarcină aimentată prin cabluri ecranate. Prin aceasta dimensionare a reţelelor

de alimentare pentru un redresor de putere mare care alimentează mai multe

invertoare trebuie să se realizeze într-un spaţiu mărit şi prin aceasta

capacitatea suplimentară va mări deasemenea distanţa electrică dintre motor

şi blocul de comandă cu aproximativ 50% şi va determina perioade mai mari

de regim tranzitoriu la bornele motorului până la stabilizarea

supratensiunilor. În această situaţie motorul va fi solicitat la fiecare

comutaţie de 600 ori/secundă în fiecare fază şi potenţialul de la bornele

filtrelor va creşte.

Page 17: cerinte privind alim cons ind

EFICIENŢA ECONOMICĂ A SISTEMELOR DE

COMANDĂ

Proiectarea detaliată poate aduce beneficii pentru instalaţiile din

metalurgie în situaţile când tensiunile sunt filtrate începând cu cele din

circuitul intermediar de curent continuu şi sfârşind cu cele de la terminalele

motorului. Redresorul F.E. asigură teoretic o conducere perfectă a

alimentării liniei de curent continuu, mai ales atunci când avem o linie de

alimentare a convertizoarelor de calitate slabă sau de putere redusă.

Distorsiunea armonică este menţinută în limitele admisibile pentru

faptul că se folosesc invertoare în cascadă cu 12 impulsuri printr-o

configuraţie convenabilă a înfăşurărilor secundare ale transformatoarelor.

Economiile care s-au făcut în societatea noastră până în prezent cât şi

cele ce urmează au fost datorate corelării strânse dintre motor şi invertor

după ajustarea performanţelor motorului în gama specifică de aplicare.

Pentru evitarea folosirii cablurilor ecranate care sunt foarte scumpe s-

a recurs la folosirea surselor fără zgomot şi amplasarea lor la o anumită

distanţă, mărind nivelul de imunitate al echipamentului sensibil. Cablurile

ecranate reprezintă alternative viabile pentru proiectul de modernizare şi

actualizarea secţiunilor la care măsurile de reducere a zgomotului sunt

limitate.

Pentru unele aplicaţii trebuie acordată atenţie sporită cerinţelor de

capacitate suplimentară, mai ales acolo unde comutaţia este ajustată cu

tensiunea provenită de la sarcina în care se iau în considerare atât

capacităţile cablului cât şi capacităţile legate între fazele motorului şi nulul

reţelei pentru conexiunea stea.

Page 18: cerinte privind alim cons ind

Anexa 1

APLICAŢIE CU CONVERTIZOR DE FRECVENTĂ LA

INSTALAŢIA DE EPURARE GAZE ARSE LA UN CUPTOR

ELECTRIC 100T DE LA S.C. COS SA TARGOVIŞTE

CONVERTIZORUL UTILIZEAZĂ SEMICONDUCTOARE TIP

GTO PENTRU A OBŢINE UN CONTROL SUPERIOR AL VITEZEI

MOTOARELOR COMANDATE.

CONVERTIZORUL DE MEDIE TENSIUNE INCLUDE TOATE

COMPONENTELE NECESARE PENTRU A FORMA UN SISTEM

COMPLET. ÎN PRINCIPAL, CONVERTIZORUL SE COMPUNE DIN

URMĂTOARELE SUBANSAMBLE:

- STARTER DE INTRARE

- TRANSFORMATOR DE SEPARARE

- CONVERTIZOR DE TURAŢIE

STARTERUL DE INTRARE ASIGURĂ PROTECŢIA

CONVERTIZORULUI ŞI DE ASEMENEA

SERVEŞTE CA MIJLOC DE SEPARARE. STARTERUL CONŢINE ÎN

PRINCIPAL UN SEPARATOR DE IZOLARE, UN CONTACTOR ÎN VID

ŞI SIGURANŢE ULTRARAPIDE. SEPARATORUL SE POATE

ACŢIONA CU O MANETĂ AMPLASATĂ PE UŞA DULAPULUI ŞI

INTERBLOCATĂ CU UŞA ŞI CONTACTORUL PRINCIPAL ÎN VID.

TRANSFORMATORUL DE IZOLARE ARE ROLUL DE A

ASIGURA IZOLAREA ŞI ADAPTAREA DE IMPENDANŢĂ CU LINIA.

TRANSFORMATORUL DE IZOLARE ESTE PROPUS ÎN DOUĂ

Page 19: cerinte privind alim cons ind

VARIANTE, FUNCŢIE DE TIPUL REDRESORULUI DIN

CONVERTIZOR, RESPECTIV PENTRU 6 PULSURI (VARIANTA 1) ŞI

18 PULSURI (VARIANTA 2).

TRANSFORMATORUL DE IZOLARE CU 6 PULSURI ARE O

SINGURĂ ÎNFĂŞURARE SECUNDARĂ DE 6KV, IAR

TRANSFORMATORUL CU 18 PULSURI ARE 3 ÎNFĂŞURĂRI

SECUNDARE, DE 2KV FIECARE, UNUL DE TIP “DELTA”, UNUL DE

TIP “DELTA-200” SI UNUL DE TIP “DELTA+200”.

CONVERTIZORUL SE COMPUNE ÎN PRINCIPAL DIN:

- MODUL REDRESOR

- BUS DE CURENT CONTINUU

- SECŢIUNEA DE CONTROL

- INTERFAŢĂ OPERATOR

- modulul invertor

Redresorul converteşte tensiunea de curent alternativ într-o tensiune

de curent continuu. Caracteristicile redresorului sunt date în principal de

către caracteristicile punţii. Puntea este proiectată pentru operare în 4

cadrane în vederea asigurării unei frânării regenerative complete. În cele

două variante sunt propuse o punte cu 6 pulsuri (varianta 1) şi respectiv o

punte cu 18 pulsuri (varianta 2). Fiecare punte redresoare are o protecţie cu

MOV contra vârfurilor de tensiune de mod comun.

Bus-ul de curent continuu este reprezentat de barele negative şi

pozitive ale redresorului. Pe acest bus sunt instalate două inductanţe mari cu

rolul de a netezi tensiunea de curent continuu furnizată invertorului.

Secţiune de control este localizată în compartimentul de joasă

tensiune şi conţine toate componentele hardware şi software necesare pentru

Page 20: cerinte privind alim cons ind

a asigura funcţionabilitatea convertizorului, precum şi opţiunile specifice

clientului.

Principalele componente ale acestei secţiuni sunt:

- cartele regulator de control (redresor şi invertor)

- surse de alimentare

- cartele de control aprindere dispozitive semiconductoare de putere cu transmisie pe fibră optică

- cartela de comunicaţie

- terminal de programare complet, montat pe uşă, cu afişaje, tabele

de parametrii, diagnoză şi grafice

- cartele de intrare/ieşire

- cleme

Firmware-ul din cartelele de control asigură realizarea funcţiunilor

convertizorului. Principalele caracteristici sunt:

control vectorial fără senzor pentru controlul precis al vitezei si cuplului

control automat cu autoacordare

control tip PWM-CSI pentru comanda motorului

Interfaţa operator este amplasată pe uşa compartimentului de control

al convertizorului. Asigură următoarele funcţii:

- modifică informaţia asociată cu setarea iniţială a convertizorului

- vizualizează variabilele din convertizor, parametri convertizorului şi starea

convertizorului

- vizualizarea şi resetarea condiţiilor de alarmă

- diagnoza şi grafice (pe anumite condiţii)

Modul invertor constă din dispozitive semiconductoare de putere de

tip GTO (Gate turn-off thyristors) care convertesc tensiunea de curent

continuu de pe bus-ul de curent continuu în tensiune alternativă pentru

Page 21: cerinte privind alim cons ind

comanda motorului. Pe ieşirea convertizorului sunt conectate condensatoare

de filtrare pentru netezirea semnalului către motor.

Controlul PWM-CSI al motorului asigură:

- forma de undă sinusoidală pentru tensiunea şi curentul prin motor,

eliminîndu-se astfel orice stres în motor

- control fin al vitezei inclusiv la viteze mici

- eliminarea selectivă a armonicilor

Schemele de principiu ale unui convertizor, în cele două variante sunt

prezentate în figurile de mai jos:

Page 22: cerinte privind alim cons ind
Page 23: cerinte privind alim cons ind

Diferenţa fundamentală dintre cele două variante, varianta 1

cu redresor cu 6 pulsuri şi varianta 2 cu redresor cu 18 pulsuri,

sunt armonicile generate de cele două convertizoare. Astfel după

cum se poate observa din tabelul de mai jos, armonicile generate de

un convertizor cu redresor cu 18 pulsuri sunt mult mai mici decât

cele generate de convertizorul cu redresor cu 6 pulsuri.

PULSURI

REDRESOR

ARMONICĂ

5 7 11 13 17 19 23 25

6 21.0 11.0 7.5 6.0 3.5 2.5 2.0 1.5

12 2.0 1.0 7.0 6.0 0.5 0.3 2.0 1.5

18 2.0 1.0 0.7 0.6 3.5 2.7 0.2 0.2

24 2.6 1.6 0.7 0.4 0.2 0.1 0.9 0.8

30 2.6 1.6 0.7 0.4 0.2 0.1 0.9 0.8

Caracteristici standard - startere de intrare

- contactor principal în vid

- separator de izolare tripolar, cu maneta exterioară de acţionare şi

interblocare cu uşa şi contactorul principal

- siguranţe ultrarapide (3 buc.)

- transformatoare de curent (3 buc.)

- panou de control în joasă tensiune, echipat cu:

- relee de control

Page 24: cerinte privind alim cons ind

- circuit de control al siguranţelor

- circuit economizor în curent continuu

- circuit “NORMAL-OFF-TEST”

- conector pentru sursa de test externă

- cleme pentru circuitele de control

CARACTERISTICI STANDARD - TRANSFORMATOR DE

IZOLARE

TRANSFORMATOR DE IZOLARE PENTRU CONVERTIZOR

CU 6 IMPULSURI

- tip uscat, uz extern

- clasa de izolare 220oC, creşte 150oC, clasa de răcire AA

- un comutator termic cu autoreset normal închis pe bobină, legat în serie

la şirul de terminale

- nivel impuls de bază 30kV (BIL)

- înfăşurarea primară tip “Delta” cu 4 ploturi, 2,5% între ploturi, 1 FCAN,

3 FCBN

- înfăşurare secundară tip “Stea”

- ambele înfăşurări în cupru

- ecran de împământare electrostatic între primar şi secundar

- proiectat să suporte căldura generată ca urmare a armonicilor produse de

redresorul din convertizor

- impedanţa 6-8%

- izolare completă între fază şi pământ, precum şi între neutru şi pământ.

proiectat şi construit conform standardelor ANSI.

Page 25: cerinte privind alim cons ind

Transformator de izolare pentru convertizor cu 18 impulsuri

- tip uscat, uz intern

- clasa de izolare 220oC, creşte 150oC clasa de răcire AA

- un comutator termic cu autoreset normal închis pe bobină, legate în serie

la şirul de terminale

- nivel impuls de bază 30kV (BIL)

- înfăşurarea primară tip “Delta” cu 4 ploturi, 2,5% între ploturi, 1 FCAN,

3 FCBN

- trei înfăşurări secundare: unul de tip “Delta” şi două de tipul “Delta”

extins la “Delta”-20o şi “Delta”+20o

- toate înfăşurările în cupru

- ecran de împământare electrostatic între primar şi secundar

- proiectarea să suporte căldura generată ca urmare a armonicilor produse

de redresorul din convertizor

- impedanţa 6-8%

- izolare completă între fază şi pământ, precum şi între neutru şi pământ

- izolare completă între înfăşurările secundare.

CARACTERISTICILE STANDARD - CONVERTIZOR DE

MEDIE TENSIUNE

Convertizor cu 6 impulsuri

- redresor cu 6 pulsuri

Page 26: cerinte privind alim cons ind

- bobina cu miez de fier pe bus de curent continuu inclusă în convertizor

- interfaţa operator tip PanelView 550, de fabricaţie Allen-Bradley,

montată pe uşa compartimentului de joasă tensiune

- afişarea digitală a curenţilor, tensiunilor, vitezei şi sarcinii pe PanelView

550

- compatibilitate cu arhitectura de comutaţie Allen-Bradley

- protecţie cu MOV contra suprasarcinilor pe intrarea redresorului

- izolare cu fibră optică pentru aprinderea dispozitivelor de putere din

redresor şi invertor

- tehnologie de control digital

- vector control fără reacţie cu tahogenerator

- înregistrare parametrii

- patru segmente independente pentru rampele de accelerare şi încetinire,

1-3600 sec. total

- patru viteze de ocolire ajustabile software cu lăţime de bandă comună

ajustabilă până la opt intrări configurabile pentru alarme şi erori

- profilul fluxului ajustabil prin software

- diagnostic on-line

- trei moduri de test

- controlul formei de undă de ieşire de tip PWM-CSI pentru eliminarea

selectivă a armonicilor

- protecţia electronică la suprasarcină a convertizorului

- protecţie electronică la suprasarcină a motorului

- start “din zbor”

- frânare regenerativă a motorului

- putere nominală 630 kW

- tensiunea de intrare +/-10% din tensiunea de

Page 27: cerinte privind alim cons ind

linie

- frecvenţa de intrare +/-3% -50/60 Hz

- tensiunea de ieşire 0-6900 V

- frecvenţa de ieşire 0-75 Hz

- forma de undă de ieşire Sinusoidă curent şi

tensiune

- randament >98.5% la viteză şi sarcină

nominală

- caracteristici de cuplu (versiunea fără reacţie cu tahometru)

* cuplu de pornire 90%

* cuplu de accelerare 90% (0-8 Hz)

* cuplu de operare continuu 125% (9-75 Hz)

* limita de cuplu 150%

- suprasarcina admisă pentru aplicaţii de tip

cuplu variabil (pompe, ventilator)

110% pentru 1 minut o

dată pe oră

- dulap NEMA tip I/IP 21

- temperatura ambiantă 0-40oC

- umiditatea relativă 95% (max.), fără

condensare

Convertizor cu 18 impulsuri

- redresor cu 18 pulsuri

- bobina cu miez de fier pe bus de curent continu inclusă în convertizor

- interfaţa operator tip PanelView 550, de fabricaţie Allen-Bradley,

montată pe uşa compartimentului de joasă tensiune

Page 28: cerinte privind alim cons ind

- afişarea digitală a curenţilor, tensiunilor, vitezei şi sarcinii pe PanelView

550

- compatibilitatea cu arhitectura de comunicaţie Allen-Bradley

- protecţia cu MOV contra suprasarcinilor pe intrarea redresorului

- izolarea cu fibră optică pentru aprinderea dispozitivelor de putere din

redresor şi invertor

- tehnologie de control digital

- vector control fără reacţie cu tahogenerator

- înregistrare parametrii

- patru segmente independente pentru rampele de accelerare şi încetinire,

1-3600 sec. total

- patru viteze de ocolire ajustabile software cu lăţime de bandă comună

ajustabilă până la opt intrări configurabile pentru alarme şi erori

- profilul fluxului ajustabil prin software

- diagnostic on-line

- trei moduri de test

- controlul formei undei de ieşire de tip PWM-CSI pentru eliminarea

selectivă a arminicilor

- protecţia electronică la suprasarcină a convertizorului

- protecţie electronică la suprasarcină a motorului

- start “din zbor”

- frânare regenerativă a motorului

- putere nominală 630 kW

- tensiunea de intrare +/-10% din tensiunea de

linie

- frecvenţa de intrare +/-3% -50/60 Hz

- tensiunea de ieşire 0-6900 V

Page 29: cerinte privind alim cons ind

- frecvenţa de ieşire 0-75 Hz

- forma de undă de ieşire Sinusoidă curent şi

tensiune

- randament >98.5% la viteză şi sarcină

nominală

- caracteristici de cuplu (versiunea fără reacţie cu tahometru)

* cuplu de pornire 90%

* cuplu de accelerare 90% (0-8 Hz)

* cuplu de operare continuu 125% (9-75 Hz)

* limita de cuplu 150%

- suprasarcina admisă pentru aplicaţii de tip

cuplu variabil (pompe, ventilator)

110% pentru 1 minut o

dată pe oră

- dulap NEMA tip I/IP 21

- temperatura ambiantă 0-40oC

- umiditatea relativă 95% (max.), fără

condensare

AVANTAJELE UTILIZĂRII CONVERTIZORULUI DE

FRECVENŢĂ

Forma de undă a tensiunii şi curentului

Page 30: cerinte privind alim cons ind

Datorită utilizării principiului PWM-CSI, tensiunea şi curentul prin

motor sunt sinusoidale, la toate vitezele şi toate sarcinile. Prin aceasta se

asigură:

- micşorarea vitezelor de variatie a di/dt sau du/dt pentru motoarele

standard;

- nici o reducere a performanţelor motorului faţă de funcţionarea conectat

la linie;

- nu există nici o pulsaţie de cuplu a motorului;

- nu există vibraţii ale motorului la turaţii mici;

- nu există limitări în ceea ce priveşte lungimea cablurilor de legătură între

motor şi convertizor

Page 31: cerinte privind alim cons ind

Economia de energie

Tradiţional, pentru reglarea debitului unui fluid (aer, gaz, etc.) se utilizează

un ventilator şi o clapetă de reglare. Clapeta de reglare poate fi amplasată pe

admisia ventilatorului sau pe evacuare. Ventilatorul funcţionează indiferent

de valoarea debitului, la puterea nominală, iar clapeta micşorează secţiunea

conductei pentru obţinerea debitului necesar.

Prin utilizarea unui convertizor de turaţie pentru comanda

ventilatorului, se elimină necesitatea utilizării clapetei pentru reglarea

debitului de fluid. Motorul ventilatorului va consuma numai fracţiuni din

puterea nominală, proporţionale cu debitul necesar. Funcţie de caracteristica

de exploatare se pot obţine economii deosebite de energie. Prezentăm mai

jos o comparaţie privind economia de energie ce se poate obţine, între

soluţia clasică cu clapeta pe evacuare şi soluţia cu convertizor de turaţie pe

motorul ventilatorului, pentru o curbă de exploatare corespunzătoare unei

şarje cu durata de trei ore.

Compararea costurilor de exploatare pentru ventilatoarele cu turaţie

constantă şi ventilatoarele cu turaţie variabilă

Clapetă de evacuare Racord de evacuare Regim de

curent

alternativ

Presiunea

sistemului

Debitul

maxim

Presiunea

statică

Randamentul

ventilatorului

Randamentul

motorului

Randamen-

tul

Cost/

kwhrs

Ore

anuale

Page 32: cerinte privind alim cons ind

regimului

[Bari] [GPM] % % % % Cenţi H

0,07 3,000 10 70 94 99 4,5 6,200

Calcularea maximului puterii

nominale a motorului [kW]

550 Presiune maximă [%] 120

Selectarea puterii nominale a

motorului [kW]

550

Totalul debitului de funcţionare

[m3]

769,482,000 Totalul orelor de funcţionare [ore] 6,200

Selectarea

secţiunii:

# 1 # 2 # 3 # 4

Selectarea debitelor:

[CMM]

3,000 2,550 1,200 600

% 100 85 40 20

Selectarea orelor de

funcţionare:

310 4,154 434 1,302

[%] 5 67 7 21

Total kilowatt ore Costul annual al operaţiei

pentru secţiunile date

[USD]

Totalul

randamentului

de funcţionare

Clapetă de evacuare 2,873,205 129,294 0,49

Racord de evacuare 2,239,570 100,781 0,49

Page 33: cerinte privind alim cons ind

Regim de curent

alternativ

1,684,553 75,805 0,7

După cum se poate observa, pentru curba de exploatare selectată,

utilizând un convertizor de curent alternativ pentru reglarea turaţiei

ventilatorului, în locul utilizării clapetei de reglare, de-a lungul unui an,

economia de energie ce se poate obţine este de 41,37%.

Integrarea într-un sistem de automatizare

Convertizorul se poate integra într-un sistem de automatizare prin conectarea

cu un automat programabil.

Conectarea se poate realiza prin intermediul intrărilor/ieşirilor discrete

(start, stop, status, fault, etc.) şi analogic (referinţă de viteză, viteză realizată,

curentul absorbit de motor, etc).

Conectarea se mai poate realiza şi prin intermediul unor module de

comunicaţie pe diverse reţele Allen-Bradley cum ar fi DH485, DH+,

DeviceNet sau ControlNet.

Prin conectarea cu un automat programabil se pot realiza diverse

funcţii de comandă şi reglare, ca de exemplu:

- reglarea presiunii sau a debitului de aer (conectarea unui traductor de

presiune sau debit la automatul programabil, executarea unui algoritm tip

PID şi transmiterea mărimii de comandă ca referinţă de viteză la

convertizor);

Page 34: cerinte privind alim cons ind

- prescrierea programului de exploatare a convertizorului (utilizând ceasul

de timp real din automatul programabil, se poate programa programul de

lucru pe diverse intervale de timp).

Anexa 2

ANALIZA PROCEDEELOR DE REGLARE ECONOMICĂ

A VITEZEI MOTOARELOR ASINCRONE PENTRU

ACŢIONAREA POMPELOR DE APĂ

Page 35: cerinte privind alim cons ind

În cadrul C.O.S. Târgovişte se produc oţelurile speciale şi înaltaliajele

folosind ca materii prime fierul şi adausurile de feroaliaje. Pentru deservirea

secţiilor de producţie privind alimentarea cu apă industrială şi potabilă,

evacuarea apelor potenţial curate în emisar (râul Ialomiţa) şi ape menajere în

canalizare s-a prevăzut o secţie hidroenergetică compusă din :

- conducte de aducţiune ;

- instalaţii de pompare a apei tratate;

- gospodăriile de purificare şi recirculare a apei de alimentare;

- instalaţii de recirculare a apelor menajere, fluviare şi industriale;

- puţuri de apă potabilă.

Alimentarea cu apĂ industrialĂ

Sursa–râul Ialomiţa prin intermediul barajului de derivaţie de la

Centrala Termoelectrică Doiceşti, a canalului de fugă şi a camerei de

încărcare.

Alimentarea cu apă brută din râul Ialomiţa a staţiei de tratare C.O.S.

Târgovişte se face prin două conducte Dn 800 mm de lungime L=12,7 km

dotate cu cinci bretele, vane de secţionare, vane de golire şi vane de aerisire.

Volumul de apă autorizat:

- zilnic =103.000 m3/zi;

- q mediu=1200 l/s;

- anual necesar=18.000.000 m3 cu o medie de 570 l/s;

Page 36: cerinte privind alim cons ind

Gospodăriile cu apă din cadru C.O.S. Târgovişte alimentează cu apă

proaspătă de adaus unităţile din platforma Târgovişte–Sud, după cum

urmează:

- S.C. Oţel Inox S.A. - q mediu = 20 l/s;

- U.E. Doiceşti - q mediu = 20 l/s;

- S.C. Romlux S.A. – q mediu = 16 l/s;

- Uzina 4 Dragomireşti – q mediu = 6 l/s;

- R.A.G.C. Dâmboviţa – q mediu = 125 l/s;

- Sere Târgovişte – q mediu = 3 l/s;

Total terţi = 190 l/s.

C.O.S. foloseşte un q mediu = 380 l/s pentru împrospătarea apei

indrustiale din gospodăriile de recirculare aferente consumatorilor din secţii

după cum urmează:

Grad de recirculare

- Gospodăria de apă nr.1 = 100 l/s 96 %

- Gospodăria de apă L.P.M.U.-L.P.Mici = 70 l/s 96,8 %

- Gospodăria de apă L.D.S. = 70 l/s 97,3 %

- Gospodăria de apă a Fabricii de Hidrogen

şi Oxigen – 40 l/s 95 %

- Gospodăria de apă a Turnării Continue 95 %

Page 37: cerinte privind alim cons ind

Modul de folosire a gospodĂriilor de apĂ

Necesar total de apă (m3/an maxim) = 348.850.000

(m3/zi) = 93.383

(m3/an medie) = 284.850.000

(m3/zi) = 77.800

Cerinţa totală de apă (m3/an maxim) = 360.000.000

(m3/zi) = 90.630

(m3/an medie) = 300.000.000

(m3/ zi) = 82.191.

Situaţia capacităţi şi funcţionării utilajelor de pompare cu care se

asigură producţia fizică a secţiei Hidroenergetică şi a maşinilor de cojit este

ilustrată în tabelul 1.

Pentru economisirea energiei electrice cât şi pentru reducerea timpilor

de defect la utilajele de pompare propunem reglarea debitelor de apă prin

reglarea vitezei motoarelor asincrone prin metode moderne tiristorizate cu

ajutorul convectizoarelor statice de frecvenţă în mai multe variante.

Page 38: cerinte privind alim cons ind