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
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