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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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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
Total RMS: 301.98Volts
Even contribution (H02- H30): 15.43 % of FND
Odd contribution (H03-H-29): 30.74 % of FND
Fundamental (H1) RMS: 261.33Volts
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
Total RMS: 451.33Volts
DC Level: -0.86Volts
Even contribution (H02- H30): 2.08 % of FND
Odd contribution (H03-H-29): 4.52 % of FND
Fundamental (H1) RMS: 446.90Volts
Total Harmonic Distortion (H02-H30): 4.98 % of FND
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
Total RMS: 311.10Volts
DC Level: -1.93Volts
Even contribution (H02- H30): 3.40 % of FND
Odd contribution (H03-H-29): 19.49 % of FND
Fundamental (H1) RMS: 294.08Volts
Total Harmonic Distortion (H02-H30): 19.78 % of FND
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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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)