導入事例

大規模な製造施設は、膨大な量の電気エネルギーを消費し、そのエネルギーのコストは直接電力品質に結び付けられます。 調和と反応電流が分布ネットワークを介して流れると、トランス、ケーブル、およびスイッチギアの追加損失が作成されます。 これらの損失は、電力法の影響だけでなく、機器の寿命を短くし、計画されていないダウンタイムを引き起こします。 このケーススタディでは、主要な自動車部品メーカーがアクティブな調和フィルタを配備することにより、慢性電力品質の問題に取り組む方法について説明します。 結果は、明確な損失を実証し、機器の信頼性を向上し、その結果、その結果、リードし、機器の信頼性を向上させます。

製造施設の背景

対象施設は、ドライブトレインコンポーネント、エンジンブロック、トランスミッションハウジングを生成する大型自動車用タイヤ付きサプライヤーです。 プラントフロアは500,000平方フィートに及ぶし、電気負荷の高密度濃度が含まれています。 200以上のCNCマシニングセンタ、80個のロボット溶接機ステーション、自動コンベアシステム、ペイントライン、および重荷重プレス。 これらの各負荷は、非ステロイド式で電流を描画し、植物の配電システムに戻って移動する調和した電流を作成します。

問題の混合、機械の多くは、整流器の前帰因、可変的な頻度ドライブ(VFD)および転換されたモード電源による低い電力要因で作動します。 誤ったことに、これは高い反応力需要、実用的な罰則、および変圧器およびケーブルで余分暖房をもたらします。 設備は、従来の受動フィルター銀行に頼りましたが、負荷が時間とともに変化したようにチューンから落ちた、時々、共鳴を引き起こします。

チャレンジが直面する

詳細な電力品質監査では、運用とコストに影響を及ぼしていたいくつかの関連の問題が明らかにされました。

  • IEEE 519 限界を超えたHarmonic 歪み:] 電流の合計の調和歪み (THD])]I)) は、一般的なカップリングの点で 22% に達し、8% 推奨限界を超える。 優勢の 5 と 7 番目の調和は、変圧器と中性導体に過熱を引き起こしました。
  • 反応力ペナルティ:[ 0.78年頃に飼育された植物の平均電力要因は、ユーティリティ会社から大幅な排出物をもたらします。毎月の反応力は、約$ 18,000まで増します。
  • [頻繁な機器の故障:[既存の電力要因補正システム内のキャパシターバンクは6〜8ヶ月に失敗しました。 より重要なことに、ドライブ障害とニュアンストリップは、いくつかの生産ラインで毎週発生し、月額3〜5時間の計画されていないダウンタイムを引き起こします。
  • []コンプライアンス圧力:[]]]] ユーティリティプロバイダは、最近、ローカルグリッドコードの遵守要件を締め、指定された制限内で調和レベルが持っていなかった場合に切断を脅かす。

アクティブフィルタの理解

アクティブ・ハーモニック・フィルタ(AHF)は、非線形負荷によって引き起こされる調和した流れをキャンセルするために、電気ネットワークに補償する力電子装置です。 パッシブ・フィルタとは異なり、単一の調和周波数に調整され、システムの状態の変化として効果が発揮されることができる、アクティブ・フィルタは、継続的に負荷電流を感知し、正確に反対電流波形を生成します。 このリアルタイム応答は、複数の調和を同時に緩和し、再アクティブ・パワーと制御された電力と、そして、制御不能なバランスをとった場合でも、制御可能にします。

デジタル信号プロセッサーによって制御される現代活動的なフィルターの使用絶縁ゲートの双極のトランジスタ(IGBTs)。それらは50までの調和を取消す合成された流れを作り出すために高周波(典型的に10–20 kHz)で転換できます。多くの単位はまたの]の力率の訂正]を]機能を、吸収するか、またはシステム力率の近くのシステム力率を保つために必要とされたとして再活動的な流れを供給します。

選択したユニットの主要技術仕様

  • 定格補償電流: 1単位300 A(高容量の並列動作)
  • ハーモニック解除機能:第2～第50号
  • 応答時間:100 μs以下
  • 組み込み電力の要因訂正(0.9の容量性への誘導)
  • プラントSCADAとの統合のための Modbus TCP 通信

実装工程

プロジェクトの実行は4段階で、包括的な評価と委託とオペレータのトレーニングで終わる。

フェーズ1:詳細な電力品質評価

配電システムでは、三相電力品質分析装置を用いた週単位測定キャンペーンを実施しました。収集したデータには、電圧と電流波形、高調波スペクトル、電力要因、および電圧サグイベントが含まれます。 ロードプロファイルは、生産スケジュールと関連して、最悪の降下ゾーンを特定しました。

フェーズ2:システム設計とフィルタサイジング

エンジニアリングチームは、1,200Aの高調波電流の総計補償が必要と判断した。6300Aのアクティブフィルタモジュールをそれぞれ内蔵したDCバスと冗長冷却ファンで選択しました。3つのモジュールは、主要な低電圧スイッチボード(2,000kVAトランス)に配置され、残りの3つは、最も汚染された生産セルを供給した2つのサブパネルに配布されました。

フェーズ3:インストールと統合

設置は、計画された植物の操業停止の間に行われました。各活動的なフィルターは、既存の開閉装置の隣に専用のフロアスタンドに取り付けられ、主要なバスバーへのボルト付きバス接続を備えています。フィードバック信号を提供するフィーダーの導体に電流トランス(CT)ループが設置されました。フィルタの制御ユニットは、光ファイバケーブルを介してダイシェイブチェーンされ、リモートモニタリング用の植物のエネルギー管理システムに接続されました。

フェーズ4: 委嘱と調整

フィルタを活性化した後、委託技術者は、特に5番目、7番目、11番目、13番目をターゲットに、調和型混合補償モードを設定し、システムを離れ、他の注文を50番目までキャンセルしないようにします。 パワーファクターは0.99のターゲットに設定されました。 一連の負荷オン/ロードオフテストは、安定性と応答時間を確認することができました。

結果と利点

週2回セットリング期間を過ぎて撮影した後実装測定では、すべての重要なメトリックを横断した劇的な改善が示された:

  • 主トランスで22%から3.1%に落ちた、IEEE 519-2014の限界の内で、Harmonic歪みの減少:[ THD[]]]]]]]。 5th(元の14%)などの個々の調和的な注文は、2%以下に低下しました。
  • 反応力補償:]]]平均電力係数は、すべての反応力が排除される0.78から0.993に改善しました。 ユーティリティは、植物が最高の電力要因層を達成したことを確認しました。
  • ]エネルギー節約と損失の減少:[測定[]]]I2R]メインフィーダケーブルでの損失は18%減少しました。 トランスコア損失は、低調波コンテンツのために低下し、全体的に植物エネルギー消費は、アクティブフィルタの記述後に6.5%減少しました。
  • 機器の信頼性:[] ドライブ障害発生は、1か月に1つ未満に減少しました。 残りの受動補正要素のキャパシター障害は完全に中止しました。 電力品質の問題に起因するダウンタイムは、月平均4時間から30分未満に減少しました。

財務への影響とROI

トータルプロジェクト費用は、設備、設置、委託、トレーニングを含む$ 185,000でした。年間貯蓄は次の通り計算されました。

  • 誘導ユーティリティペナルティ:[ $ 216,000/年(反応電力のサーチャージは排除)
  • 省エネ:[]] $ 1年1回当たり112,000(0.1%/kWhと20 GWh年間消費量で6.5%削減に基づいて)
  • メンテナンスとダウンタイムの低減:[ $ 95,000/年(交換部品、労働、生産の紛失)

年間貯蓄総額が4,23,000を超えたため、約5.2か月の簡単な返金期間が提供されます。また、ユーティリティから5万ドルのコンプライアンス罰金が科される可能性があることを回避しました。

コンテンツ

この場合、このケーススタディでは、大規模な製造施設における電力損失を削減するための積極的な調和フィルタが非常に効果的なソリューションであることを確認しています。同時に、調和的な歪み、反応力、および電力要因に対処することにより、これらのデバイスは、運用および財務上の利益の両方を配信します。自動車部品メーカーは、エネルギーコストを削減し、機器の信頼性を向上させるだけでなく、将来の厳しい電力品質規則に対する電気システムを防止しました。

産業用エンジニアや施設管理者が同様の課題に直面しているため、徹底した監査、サイジングフィルタを正しく機能し、既存の監視システムと統合する系統的アプローチは、成功への最も確実なパスです。アクティブフィルタは、要求の厳しい環境で高い実績を持つ成熟した技術を表し、そして投資収益は年々測定することができます。

電力品質基準と調和緩和技術に関するさらなる読書については、活性フィルタサイジングの業界ガイドとIEEE 519推奨慣行[を参照してください。さらに、U.S.エネルギーの高度な製造拠点の部門[は、エネルギー効率の高い電力品質ソリューションに関する貴重なリソースを提供します。