Caso Estudio Armonicos - Horno de Induccion

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Caso estudio armonicos - Horno de induccion.doc Página 1 de 7 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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Caso Estudio Armonicos

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    El Estudio del caso - la Aplicacin de Horno de Induccin

    Introduccin Indianapolis Casting la Compaa (ICC), una fundicin localizada en Indianapolis, Indiana, contact acon Nepsi con el deseo de obtener un banco de capacitores de 8064 kvar a 13.8 kV . ICC estaba buscando una rpida entrega en no mas de tres semanas debido a problemas de calidad de energa asociados con el arranque de un multimillonario horno de induccin de 10 MW. El fabricante de horno de induccin e ICC especularon que los problemas de calidad de energa eran causados notching armnicos creados por los circuitos electrnicos de potencia del nuevo horno de induccin. El banco del condensador propuesto estaba siendo instalando para atenuarse el notching de la lnea y el harmonics del orden ms alto.

    Figura 1 Problemas de Calidad de Energa asociados Con los Hornos de la Induccin pueden Ser Corregido Con los Bancos del Filtro Armnicos y Bancos de Condensador de Desviacin

    Debido a la necesidad econmica de conseguir el horno operacional, el proyecto era los ingenieros muy visibles y envueltos del Systems de Power Nordeste, Inc. (NEPSI), la utilidad elctrica, el fabricante de horno de induccin, ICC, e ingenieros contratadas por ICC para vigilar el proyecto. ICCs Power System ICC se sirve de dos Indianapolis Power separado y Luz (IP&L) 132kV transmisin linea como mostrado en Figura 2. Se deja caer el voltaje de cada lnea a 13.8kV a travs de dos 24/32/40 transformadores de MVA (nombr Norte y los Transformadores del Autobs Sur). El nuevo horno de la Induccin se conecta al Autobs Norte a travs del Transformador del Autobs Norte). El transformador del Autobs Norte tiene una impedancia de 9.73%. El autobs Norte y Sur se ata juntos a travs de un lazo normalmente abierto. El nuevo horno de la induccin se est a las 10.0MW y recibe el poder del Autobs Norte a travs de un tres bobinado 11.2 transformador de MVA con una impedancia de 5.5%. Adems del nuevo horno de la induccin, el autobs Norte alimenta tambin 8064 kvar que 13.8kV solo paso arregl al banco del condensador a una tienda de la mquina grande, otros hornos elctricos, un IP&L distribucin circuito, y los propusimos. Durante el periodo comisionando del horno de la induccin, problemas elctricos que involucran fracasos de aislamiento y errada-funcionamientos de paseo de molestia ocurrieron en la tienda de la mquina. Estos problemas eran muy costosos a ICC que llev a la compra eventual de los 8050 kvar arregl el banco del condensador.

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    IPL-N

    IPL NORTH

    BUTLER-N AJAX PH-2 NIPL FD

    IPL SOUTH

    IPL-S

    PH-1 S BUTLER-S

    UTIL-1UTIL-2

    TX-1 TX-2

    OPEN

    1.02

    2@-4

    .6

    1.02

    2@-4

    .6

    1.02

    2@-4

    .6

    1.01

    8@0.

    0

    1.01

    8@0.

    0

    0.98

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    .7

    25

    .85

    7

    (7.8

    82

    )

    22

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    6

    (13

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    1)

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    47

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    )

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    )

    11

    .16

    6

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    14

    )

    10

    .40

    2

    (4.0

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    )

    12

    .30

    4

    (7.0

    06

    )

    0.0

    00

    (0.0

    00

    )

    2.0

    00

    (1.0

    00

    )2.747

    (1.360)

    9.826

    (6.123)

    11.163

    (4.510)

    2.000

    (1.000)

    10.400

    (4.080)

    12.300

    (7.000)

    0.000

    (7.879)

    132.000

    13.800

    125.400

    13.800

    Figure 2ICC Power System que Muestra Flow de Power Tpico y Voltajes del Sistema El Banco del Condensador propuesto El banco del condensador propuesto consiste individualmente en veintiuno fundi 600 kvar, 9.96kV condensadores del bushing dobles conectaron en una configuracin del ungrounded-wye. Esto iguala a 8064 kvar a un voltaje del sistema de 13.8kV. Debido a los constreimiento del espacio y el requisito para una instalacin rpida y simple, un banco metal-adjunto era escogido (mostrado si Figura 3). El banco del condensador est provisto con un 500 MVA ntegros que 15kV ABB limpian con aspiradora la ola grande del circuito. Esto permiti la conexin directa al 13.8kV Autobs Norte de ICC. Proteccin 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 lnea si dos o ms fusibles del condensador operan.

    Figure 3el 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 artculos sobre era manufacturado por NEPSI.

    Las preocupaciones Con la Instalacin de Banco del Condensador Durante el condensador banco plan proceso de NEPSI, haba tres reas primarias de preocupaciones que relacionan a la instalacin y energization del banco del condensador propuesto. Las reas primarias de preocupacin eran como sigue: 1. 1. El Autobs norte el rango de voltaje que opera

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    2. 2. La distorsin armnica y resonancia 3. 3. La reduccin en la profundidad de la muesca y la atenuacin resonante Como la parte del proceso del plan, los ingenieros de sistemas de poder de NEPSI realizaron una evaluacin de sistema de poder para dirigirse las preocupaciones anteriores. Una descripcin breve de la evaluacin y los resultados se presenta en el resto de este documento. Los Power Sistema Evaluacin 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 armnicas con un programa del anlisis armnico.

    Los Clculos de Flujo de carga Algunos cargan se hicieron los clculos de flujo determinar el voltaje que opera de los 13.8 kV el Autobs Norte a ICC para las varias condiciones que opera. Los clculos tambin fueron hechos determinar la posicin ptima para la palmadita fija que existe en el Autobs Norte 132 kV/13.8 kV transformador banco. Un resumen de los resultados se proporciona en Mesa-1 debajo de. IP&L indic que su sistema fue diseado 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 ao 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 posicin de la palmadita se seleccion basado en el rango que opera normal de 1.0 a 1.035 PU. La carga usada en los clculos 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 mximo y las condiciones de carga mnimas. Era supuesto que las condiciones de carga mximas eran a tiempo todo coincidentes. La condicin de carga mnima era supuesta como 0 MW y 0 MVARS. Seleccionando estas dos condiciones de carga, un mximo conservador y voltaje mnimo 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 lnea a 8.064 MVARs. Como puede verse en Mesa 1, el voltaje a los 13.8 kV las subidas del Autobs Nortes a 1.089 PU o 15.02 kV. Este voltaje es anterior lo que se recomendara para un voltaje que opera seguro bajo ANSI C84 normal para el equipo estado con un voltaje nominal de 13.8 kV. Resultara en pre-madure avera de aislamiento y el posible fracaso a equipo electrnico sensible que se alimenta del Autobs 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 condicin reflejara lo que existira en el sistema sin los condensadores. Como puede verse en mesa 1, el voltaje todava puede subir a 1.062 PU que dan el hecho que se reduce la carga en el autobs Norte para poner a cero la carga. IP&L indic que el voltaje para 1998 alcanz un mximo de 1.04 PU. Los voltajes en nuestra simulacin no emparejaron exactamente porque se asuma que la carga a ICC era el cero, pero de hecho tena un poco de magnitud, incluso durante periodo de carga bajos que llevaran 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 lnea con el 8.064 MVAR condensador banco con las palmaditas subidas dos posiciones a 135.3 kV. Bajo este guin que opera, el voltaje que opera de 0.941 a la carga llena al Autobs Norte es mugir para un voltaje nominal entregado. El voltaje del funcionamiento mximo, sin embargo, a los alcances del autobs Nortes un mximo seguro de 1.043 PU. Caso-4 se hicieron las simulaciones determinar si moviendo las palmaditas slo una posicin mostraran un resultado ms favorable. Para un voltaje que opera nominal en la utilidad, el voltaje en el autobs Norte es 0.968 PU bajo las condiciones de carga de mximo con el condensador amontone adelante. Bajo este guin, el voltaje es ligeramente bajo. Debe notarse sin embargo que IP&L indic 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 mximo es tolerable a 0.988 PU.

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    Mesa 1el ICC Carga Flujo Resultado

    El

    Nombre del

    caso

    El Voltaje

    de utilidad

    ICC Load

    El Estado del condensador

    La Posicin

    de la palmadita

    El Voltaje del

    Autobs norte

    1A 1.035 Min En 128.7kV 1.089 1B 1.0 Max En 128.7kV 0.997 1C 0.97 Max En 128.7kV 0.963

    2A 1.035 Min Fuera de 128.7kV 1.062 2B 1.0 Max Fuera de 128.7kV 0.963 2C 0.97 Max Fuera de 128.7kV 0.930

    3A 1.035 Min En 135.3kV 1.043 3B 1.0 Max En 135.3kV 0.941 3C 0.97 Max En 135.3kV 0.908

    4A 1.035 Min En 132.0kV 1.069 4B 1.0 Max En 132.0kV 0.968 4C 0.97 Max En 132.0kV 0.935

    Basado en los resultados forjando, NEPSI recomend 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 mximo puede alcanzar tan alto como 1.069 por la unidad cuando los bancos del condensador son adelante y no hay carga en el Autobs Norte. Tambin bas en este resultado que NEPSI recomend que el banco del condensador se modifique con una parada de supervisin que supervisa el voltaje del autobs y abre la ola grande del condensador si el voltaje del sistema excede 1.05 PU.

    El Anlisis armnico Un anlisis armnico que utiliza un programa del anlisis armnico se realiz en el sistema de ICC para evaluar la probabilidad de resonancia armnica cuando el banco del condensador se da energa a. La impedancia examina que fue desarrollado para mostrar cmo la impedancia del sistema vara con la frecuencia por las configuraciones del sistema diferentes. El modelo del sistema incluy el nuevo banco del condensador, condensadores de la distribucin, 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 energa a, una resonancia cerca de los 5 (5.4 armnico) exista. Esta resonancia es de slo preocupacin ligera, desde que los dimensiones indican niveles muy bajos de 5 corriente armnica. Si 5 corrientes armnicas se puestas alto bastante para causar cantidades significantes de distorsin de voltaje, puede ser necesario quitar tres condensadores del nuevo condensador amontone (rindiendo 6910 kvar y moviendo el punto resonante a los 5.9 armnico).

    Mesa 2ICC el Anlisis Armnico Embala y Resumen de los Resultados

    El

    Nombre del

    caso

    El Autobs norte MVAR

    El Estado de Condensador de

    distribucin

    Los Condensadores

    de motor

    Point(s resonante)

    1 0 S NO 7.4 2 8.064 S NO 4.7/12.7

    2A 8.064 NO NO 5.4

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    3 6.91 S NO 4.9/13 3A 6.91 NO NO 5.9 4 8.064 S NO 4.9/13 5 EL FILTRO S S 3.5/8.8

    5A EL FILTRO NO NO 3.6

    CASE-2A

    8.064 MVAR CAPACITOR NO UTILITY CAPACITORS

    0

    2

    4

    6

    8

    10

    12

    14

    0 5 10 15 20

    HARMONIC ORDE

    PU

    IMP

    ED

    AN

    CE

    Case-2

    Figure 4el Condensador Dio energa a con la Distribucin de IP&L El circuito Conect al Autobs Sur

    La lnea Notching y el Anlisis Resonante

    La presencia de notching de la lnea distinto y cercando del horno de la induccin producan las discusiones adelante cmo al filtro mejor el zumbido que es asociado con l. El zumbido, ms probable, los resultados en ceros cruces de voltaje dobles que causan el equipo electrnico sensible para errada-operar (es decir UPS, AC & DC drives). Esta seccin discute el mtodo mejor y el peor mtodo reduciendo la muesca de la lnea asociada con el horno de la induccin. Reduciendo la profundidad de muesca de lnea, la capucha probable de un cero voltaje cruzar es probablemente ocurrir. La oscilacin dentro del anillo, o cercando, se causa por la accin cambiando de las clulas de SCR. Este fenmeno es difcil predecir pero normalmente no es un problema si hay humedeciendo significante (la resistencia) en el sistema. El zumbido se causa por la inductancia de lnea de ac y el capacitance distribudo que siendo en paralelo, tendr una contestacin de frecuencia natural cuando excit por un cambio del paso en el voltaje. Este zumbido puede, si no propiamente humedeci, agregue significativamente (tanto como la profundidad de la muesca) a la profundidad de la muesca total. La prediccin o clculo del zumbido son muy difciles y requieren un transentes electromagnticos programan (EMTP). La profundidad de la muesca sin embargo, puede calcularse fcilmente (ignorando el zumbido). Mostrando una reduccin en la profundidad de muesca de lnea, una reduccin correspondiente en el resonante ocurrir.

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    NOTCH RING CALCULATON

    0

    0.2

    0.4

    0.6

    0.8

    1

    1.2

    1.4

    0 10 20 30 40 50 60 70 80

    HARMONIC ORDER

    PU

    IM

    PE

    DA

    NC

    E

    1.082 PU

    CASE-1

    0.84 PU

    CASE-5

    0.018 PU

    CASE-2

    70 HARMONIC

    Figure 5la Impedancia Examina para los Clculos de Anillo de Muesca Embale 2el Sistema con Banco del Condensador Dado energa a Embale 5el Sistema con Banco del Filtro Dado energa a Caso-1 el Sistema Existente Sin Banco del Condensador o el Banco del Filtro Armnico

    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 clula a la clula en el rectifier. Este notching de la lnea 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 calzn de la fase-a-fase ocurre por la misma fase que es moderada. El otro ocho son debidos a la interaccin de las fases cuando ellos el commutate. La profundidad de la muesca puede calcularse analticamente 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 travs de la impedancia del sistema. Usando al modelo de impedancia como desarrollado en el armnico examina, la profundidad de muesca de voltaje puede calcularse. Figure 5 muestra tres impedancia armnica examina. El examina la muestra la impedancia del sistema de ICC que parece del 13.8 autobs del kV Norte. El por la impedancia de la unidad a los 70 armnico se graba para cada uno examine. Esta impedancia se usar 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 clculo debajo. Era calculado usando la parcela mostrada sobre y la impedancia del transformador del horno. Xs: la Impedancia de la Fuente a las 70 armnico (De la Parcela): 1.082 por la Unidad Xt: la Horno Aislamiento Transformador Impedancia a las 70 Armnico: 70 x (10/11.2) x 0.055 = 3.44 Por la Unidad

    La Profundidad de la muesca%:

    Los mismos clculos 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 3los Muesca Profundidad Clculo Resultados

    El Nombre del caso

    La Descripcin del caso La Profundidad

    de la muesca

    Embale 1 El Sistema existente, ningn banco del condensador,

    23.9%

    Embale 2 El Sistema existente con el banco del condensador

    0.52%

    Embale 5 El Sistema existente con 4.8 banco del filtro

    19.6%

    Como puede verse de los resultados sobre el banco del condensador solo es los medios ms eficaces de reducir la profundidad de la muesca y el zumbido asoci con la muesca. El filtro armnico no es eficaz porque el filtro se vuelve el el ms all inductivo su punto de afinacin. Las conclusiones y Recomendaciones Para evitar el voltaje excesivo durante las cargas de luz, NEPSI recomend 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 mximo puede alcanzar tan alto como 1.069 por la unidad bajo esta condicin que opera cuando el banco del condensador se da energa a y no hay carga en el Autobs Norte. Basado en este resultado, NEPSI recomend que el banco del condensador se modifique con una parada de supervisin que supervisa el voltaje del autobs 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 crear una resonancia cerca de los 5.4 armnico eso es subsecuentemente de slo preocupacin ligera hay slo cantidades pequeas de 5 corriente armnica inyectadas de ICC. Si las corrientes inyeccin vienen de tal magnitud para causar la distorsin de voltaje alta, pueden quitarse tres condensadores del banco para cambiar el punto de resonancia para acercarse a los 5.9 armnico. El anlisis de Muesca de lnea indica el banco del condensador reducir el notching de la lnea de 23.9% (el sistema existente con IPL distribucin circuito conectado al Autobs 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 lnea se disminuir grandemente a 19.6%. Basado en el abandonar, NEPSI recomend el banco del condensador se instale y dio energa a. NEPSI tambin recomend que voltaje y los dimensiones armnicos 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 telfono: 518-792-4776 El facsmil: 518-792-5767 Website: Website: www.nepsi.com El Correo electrnico general: [email protected]