Fornos de Indução x Harmônicos
Transcrição
Fornos de Indução x Harmônicos
A Influência dos Fornos de Indução na Rede Elétrica sob o Ponto de Vista da Correção do Fator de Potência e dos Harmônicos I. INTRODUÇÃO: b) Fornos de Indução de Média Freqüência: Este trabalho visa analisar o impacto da operação de fornos de indução sobre o sistema elétrico sob os pontos de vista da correção do FP e de sobrecarga harmônica. Espectro Harmônico Típico Fase A 30,7 Fase B Fase C 25,7 20,7 [%] II. FORNOS DE INDUÇÃO: O processo indutivo utilizado nos fornos de indução para a fusão baseia-se no princípio de que uma corrente alternada de elevada intensidade, atravessando um condutor, gera um campo magnético alternado à sua volta, o qual induz correntes errantes ou de Foucault na carga metálica, aquecendo-a diretamente. Os fornos que apresentam esse tipo de comportamento operacional são divididos em dois grandes grupos: Fornos de Indução à Cadinho “Corelless” e Fornos de Indução à Canal. 15,7 10,7 5,7 0,7 DHT 2 3 4 5 6 7 8 9 11 13 15 17 19 21 23 25 a) Diagrama Unifilar da Instalação: b) Fator de Potência da Instalação: Sem Filtros de Harmônicos: Com Filtros de Harmônicos: Espectro Harmônico Típico Fase A 4,4 Fase B Fase C [%] 3,4 2,4 1,4 0,4 DHT 2 3 4 5 6 7 8 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 IV – EXEMPLO DE IMPACTO DOS FORNOS DE INDUÇÃO DE MÉDIA FREQÜÊNCIA EM SISTEMAS INDUSTRIAIS. III – HARMÔNICAS GERADAS POR FORNOS DE INDUÇÃO: a) Forno de Indução a Canal (50 Hz ou 60 Hz): 29 Figura 01 – Espectro Harmônico Típico Fornos de Média Frequência. a) Forno de Indução à Canal ou de núcleo magnético: Os fornos a canal trabalham, normalmente, em frequência de rede (60 Hz ou 50 Hz), e se prestam, basicamente, para a manutenção e sobreaquecimento de ferro e suas ligas, alumínio e sua ligas, bronze, latão, zinco, etc. As vantagens desse equipamento são que, pelo fato de trabalharem com frequência de linha, podem operar com fator de potência elevado e um rendimento elétrico e térmico bom, além do que não necessitam de conversores de freqüência e, portanto, gerarem um baixo conteúdo harmônico. b) Fornos de Indução sem núcleo ou de Cadinho “corelless” (fornos de média freqüência): Os fornos de indução sem núcleo ou de cadinho trabalham com várias frequências, desde 60 Hz, 180 Hz e 200 Hz, chamados de baixa frequência, e de 200 Hz até 10.000 Hz chamados de média frequência. Os fornos de média frequência 200 a 10.000Hz são utilizados para fusão de ferros, aços-carbono e especiais, alumínio e suas ligas, cobre e suas ligas, ouro, prata e suas ligas, ligas nobres, etc..., desde que bem dimensionados para cada caso. Estes fornos são adequados quando se quer partir de carga sólida e quando se querem fundir vários tipos de ligas no mesmo forno, desde que a sequência delas seja adequada para um mínimo de contaminação. Por trabalhar acima da freqüência da rede, necessitam de conversores de potência em sua alimentação e injetam um forte conteúdo harmônico na rede elétrica e é alvo principal deste trabalho. 27 31 Figura 01 – Espectro Harmônico Típico de Fornos de Indução a Canal. Engenharia de Aplicação – Área de Compensação Reativa e Qualidade de Energia IESA Projetos Equipamentos e Montagens S/A – [email protected] - (16) 3303-1888 / 3303-1899 A Influência dos Fornos de Indução na Rede Elétrica sob o Ponto de Vista da Correção do Fator de Potência e dos Harmônicos c) Distorção Harmônica Total de Tensão: Sem Filtros de Harmônicos: Com Filtros de Harmônicos d) Distorção Harmônica Total de Corrente: Sem Filtros de Harmônicos Com Filtros de Harmônicos A operação do forno sem filtros harmônicos sintonizados na 5a, 7a e 11ª ordem, leva a níveis de distorção harmônica total de tensão acima dos limites recomendados pelas normas na baixa tensão (DHTv < 5% IEEE 519/1992), bem como a distorção harmônica total de corrente no transformador acima dos limites recomendados pelos fabricantes destes equipamentos (DHTi < 15% a plena carga). A operação do forno com filtros harmônicos sintonizados na 5a, 7a e 11ª ordem, trouxe os níveis de distorção harmônica total de tensão abaixo dos limites recomendados pelas normas na baixa tensão (DHTv < 5% IEEE 519/1992), bem como a distorção harmônica total de corrente no transformador dentro dos limites recomendados pelos fabricantes destes equipamentos (DHTi < 15% a plena carga). O fator de potência real da instalação com a entrada em operação dos filtros de harmônicos subiu para valores em torno de 0.95, acima do requerido pela legislação em vigor. Este trabalho foi solicitado pela concessionária de energia elétrica para permitir a liberação da operação deste forno de indução de média frequência pela mesma, após a implementação dos filtros de harmônicos definidos nos estudos mostrados. VI - SOLUÇÕES PARA OS PROBLEMAS DE CORREÇÃO DO FP E FILTRAGEM DE HARMÔNICOS: Filtros harmônicos passivos, ativos e híbridos têm sido utilizados com sucesso para que a geração própria possa trazer todos os benefícios técnicos e econômicos que definem sua aplicação. a) O filtro harmônico passivo reduz a amplitude de uma ou mais correntes harmônicas (e, por conseqüência, das distorções harmônicas na tensão) em uma determinada parte do sistema, através da geração de um caminho de baixa impedância para as freqüências desejadas. b) O filtro harmônico ativo detecta a forma de onda das correntes harmônicas existentes e injeta uma forma onda igual e 180º defasada para o cancelamento das harmônicas geradas pelas cargas. c) Já o filtro híbrido combina ambas as soluções, passiva e ativa, acima, buscando a melhor filtragem de harmônicos com a melhor correção do Fator de Potência desejada. V. CONCLUSÕES: Após a análise dos resultados das simulações acima mostradas pode-se concluir que: Figura 06a – Filtro Harmônico Ativo Figura 6b – Filtro Passivo. Engenharia de Aplicação – Área de Compensação Reativa e Qualidade de Energia IESA Projetos Equipamentos e Montagens S/A – [email protected] - (16) 3303-1888 / 3303-1899