Caso Estudio Armonicos - Horno De Induccion

El Estudio del caso - la 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

1.

01

0

9 0. BUT LER-N 2.747 (1.360)

9 0. AJAX 9.826 (6.123)

11.163 (4.510)

13.800

2.000 (1.000)

1.

7 5 . 0.000 (7.879)

1.

PH-1 S 10.400 (4.080)

0

-4 @ 22

.6

12.304 (7.006)

@ 88

T X-2

IPL SOUT H

OPEN

9 0. IPL FD

9 0. PH-2 N

98

8@

7 5.

10.402 (4.083)

@ 88

7 5.

2.000 (1.000)

@ 88

11.166 (4.514)

@ 88

9.829 (6.127)

2.747 (1.360)

0.

7 5.

0

125.400 T X-1

IPL NORT H

7 5.

0

0. @ 18

22.806 (13.481)

132.000 13.800

1.

IPL-S

25.857 (7.882) 0.000 (0.000)

IPL-N

0. 8@

22.806 (13.481)

25.857 (7.882)

UT IL-1

2 02

02

-4 @

12.300 (7.000)

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: El Autobús norte el rango de voltaje que opera

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.6

1. BUT LER-S

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.

1. 1.

-4 2@

.6

2. 2. 3. 3.

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

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3 3A 4 5 5A

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

PU IMPEDANCE

12

Case-2

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

PU IMPEDANCE

1.2

1.082 PU CASE-1

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. 66 Camino de Carey Queensbury, Nueva York 12804, El teléfono: 518-792-4776 El facsímil: 518-792-5767 Website: Website: www.nepsi.com El Correo electrónico general: [email protected]

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