Resumen: Con el uso generalizado de dispositivos electrónicos, las cargas no lineales están aumentando, lo que agrava la contaminación armónica en las redes eléctricas empresariales. Debido a los efectos adversos de los armónicos, la calidad de la electricidad se deteriora, aumentan las pérdidas adicionales y se reduce la confiabilidad de la red eléctrica. Esto afecta el funcionamiento normal de los equipos de suministro y consumo de energía de las empresas, e incluso puede dañarlos y causar fallas eléctricas. Con base en los requisitos y la situación actual de la seguridad eléctrica, este artículo analiza las funciones y los efectos de los dispositivos de filtro activo en los sistemas de suministro de energía de seguridad biofarmacéutica.
Palabras clave: armónicos, calidad de potencia, filtro activo
1. Introducción
Hoy en día, diversos dispositivos electrónicos de potencia se aplican ampliamente en las empresas farmacéuticas, donde los rectificadores representan una gran proporción. La alimentación de corriente continua (CC) requerida por inversores, choppers de CC, etc., proviene principalmente del circuito rectificador. El circuito rectificador de tiristores controlados por fase o el circuito rectificador de diodos es una fuente importante de armónicos. Si bien la capacidad individual de los equipos eléctricos es pequeña, su número es enorme, y la mayoría de ellos contienen fuentes de alimentación conmutadas. El uso de diversos tipos de fuentes de alimentación conmutadas y convertidores de frecuencia es cada vez mayor, junto con los armónicos generados por las lámparas fluorescentes, lo que aumenta la contaminación armónica de la fuente de alimentación. Los armónicos de la red distorsionan las formas de onda de la tensión y la corriente, lo que provoca numerosos fenómenos anormales y fallos en el sistema eléctrico y los equipos eléctricos de la empresa. La prevención eficaz de los armónicos se ha convertido en un componente fundamental para la operación segura del sistema eléctrico de la empresa. El filtro activo recoge la corriente armónica a través de CT, calcula y extrae rápidamente el contenido de cada armónico mediante la CPU y envía instrucciones para hacer que el dispositivo de potencia produzca la corriente de compensación de amplitud igual y dirección opuesta a la corriente armónica, y la inyecta en la red eléctrica para compensar la corriente armónica en el sistema.
2. Características clave de la calidad de la energía en la industria biofarmacéutica
2.1 La industria biofarmacéutica se está desarrollando en clústeres. El desarrollo de clústeres industriales es una tendencia inevitable en el futuro. La industria biofarmacéutica es una combinación de procesos que requiere la conexión de diversos eslabones, por lo que la gestión de la calidad de la energía es particularmente importante. Una falla en el equipo o el sistema eléctrico conlleva una disminución lineal de los beneficios económicos.
2.2 Las cargas principales son bombas y motores accionados por convertidores de frecuencia. La principal fuente de armónicos es el convertidor de frecuencia, con un alto contenido de armónicos, que requiere una configuración independiente del APF para su gestión.
3. Fuentes armónicas en sistemas de suministro y distribución de energía biofarmacéutica
Con el rápido desarrollo de la industria farmacéutica, se han creado numerosos equipos avanzados que la industria requiere. Existe una gran cantidad de bombas y motores, muchos de los cuales están equipados con convertidores de frecuencia. La gran cantidad de aplicaciones de los convertidores de frecuencia incrementa considerablemente el contenido armónico del sistema de distribución de energía.
Actualmente, la mayoría de los convertidores de frecuencia utilizan rectificación de 6 pulsos para convertir la corriente alterna (CA) en corriente continua (CC), por lo que los armónicos se concentran principalmente en el quinto, séptimo y undécimo pulso. Asimismo, en las empresas farmacéuticas, los laboratorios y las líneas de producción automáticas suelen contar con una gran cantidad de dispositivos de precisión, que en muchos casos son tanto generadores como víctimas de armónicos. Los armónicos afectan el funcionamiento normal de los equipos del laboratorio, lo que impide la realización de experimentos en curso; además, afectan a los controladores inteligentes y los sistemas PLC de las líneas de producción automatizadas, provocando fallos en los equipos de control automático. Por lo tanto, los problemas de armónicos en las empresas farmacéuticas tienen un impacto de gran alcance y graves daños, que requieren una gestión urgente.
3.1 Estaciones de investigación y laboratorios
En los laboratorios, una gran cantidad de equipos sensibles requieren una red limpia para garantizar el funcionamiento normal del sistema, como instrumentos de alta tecnología, instrumentos de precisión y equipos de medición, fuentes de alimentación conmutadas, inversores rectificadores, SAI/EPS, etc., que también son fuentes de armónicos de mayor magnitud. Los laboratorios y otros lugares con una gran cantidad de cargas de fuentes de alimentación conmutadas producirán armónicos 3.er, 5.º y 7.º significativos, por lo que se debe prestar especial atención al efecto de la corriente de 3.er armónico en la línea neutra.
3.2 Líneas de producción automáticas
La fermentación es una parte importante de la producción de API, que se realiza mediante el fermentador. Con la continua expansión de la producción de productos, la actualización de nuevos procesos y el aumento de nuevas variedades, existen diferentes requisitos para el control del fermentador, la frecuencia de agitación y los ajustes del período de tiempo. Para situaciones con cargas pesadas, alto consumo de energía y ciclos de fermentación largos, en los últimos años, las empresas de producción de fermentación también han adoptado diversos métodos para llevar a cabo la renovación de equipos. El control de frecuencia puede satisfacer los requisitos del proceso de producción y reducir el consumo. Sin embargo, con la mejora continua de la automatización, la contaminación energética de los equipos de automatización también es cada vez mayor. La correspondiente interferencia con el sistema de control automático también es cada vez mayor. Los requisitos de filtrado y purificación de la fuente de alimentación para obtener una fuente de alimentación relativamente estable y ecológica también son cada vez más altos.
4. Caso práctico
Tomemos como ejemplo un proyecto de gestión de la calidad de la energía en una planta biofarmacéutica en la provincia de Shandong. Según la información proporcionada por el responsable de la planta, se producen frecuentes disparos en el edificio de oficinas, y el reactor del armario de condensadores del taller de producción parece estar quemado y el cable N está sobrecalentado. Se cree que la causa principal es la gran cantidad de equipos de aire acondicionado con inversores, equipos informáticos y de comunicación, iluminación LED, bombas, etc., presentes en el edificio de oficinas y el taller de producción, lo que genera armónicos y afecta a todo el sistema de suministro y distribución de energía. Ahora es necesario medir las salas de distribución del edificio de oficinas y el taller de producción para determinar la solución adecuada según los datos de calidad de la energía correspondientes.
4.1 Datos de medición de armónicos en la sala de distribución del edificio integral de oficinas
| Datos de medición de armónicos en la sala de distribución del edificio integral de oficinas | ||||||
| actual | tasa de distorsión actual | contenido armónico | 3er armónico | quinto armónico | séptimo armónico | |
| A | 346A | 22,3% | 77.16A | 29.4A | 58.9A | 35,9 A |
| B | 323A | 20,8% | 67.18A | 16.4A | 55.7A | 29.4A |
| C | 320A | 22,6% | 72.32A | 21.7A | 57.1A | 35.2A |
4.2 Datos de medición de armónicos en la sala de distribución del taller de producción
| Datos de medición de armónicos en la sala de distribución del taller de producción | ||||||
| actual | tasa de distorsión actual | contenido armónico | 3er armónico | quinto armónico | séptimo armónico | |
| A | 152.71 | 88,03% | 134 | 78.1 | 52.85 | 32.54 |
| B | 130.14 | 81,9% | 106 | 63.56 | 42.39 | 27.81 |
| C | 155.84 | 83,54% | 130 | 78.56 | 51,99 | 30.52 |
| N | 220.74 | 223.1 | ||||
De los dos conjuntos de datos de medición anteriores, se puede concluir que los armónicos del edificio de oficinas integral son principalmente del 5.º y 7.º, con una tasa de distorsión de corriente de hasta el 22 %. Estos armónicos se pueden gestionar centralmente en la sala de distribución para eliminar su impacto en todo el sistema de suministro y distribución de energía, transformadores, armarios de condensadores y otros equipos eléctricos, garantizando así la producción normal de productos biofarmacéuticos. Los armónicos de la sala de distribución del taller de producción son más graves, ya que los armónicos 3.º y 5.º superan la norma nacional GB/T14549-1993 sobre armónicos en la red pública de suministro, que establece un valor de corriente armónica de 0,38 kV. Los armarios de condensadores in situ están conectados en serie con una reactancia del 7 %. Los armónicos 3º y 5º fluyen hacia el gabinete del capacitor, y la corriente armónica se superpone a la corriente fundamental del capacitor, lo que hace que la corriente de operación del capacitor sea mayor y la temperatura aumente, lo que genera sobrecalentamiento y reduce la vida útil del capacitor o hace que el capacitor se dañe.
Para solucionar estos problemas, se pueden utilizar dispositivos de filtro activo que adoptan el método de control totalmente digital DSP+FPGA y se conectan en paralelo al sistema. Estos dispositivos pueden compensar completamente los armónicos del 2.º al 51.º o compensar armónicos específicos, eliminar armónicos del sistema para evitar daños en la línea N y proteger los circuitos contra incendios.
5. Conclusión
Con la introducción y el desarrollo de procesos de producción modernos, equipos de potencia y otros medios científicos avanzados, ha surgido una gran cantidad de equipos electrónicos de potencia no lineales. Esto mejora la calidad de los productos biofarmacéuticos, pero también impacta significativamente la calidad de la energía del sistema de suministro y distribución de toda la planta, especialmente en los laboratorios de investigación científica, donde las cargas son diversas y la generación y los cambios de armónicos presentan una gran aleatoriedad y complejidad. Mediante el estudio de la calidad de la energía del sistema de suministro y distribución en edificios biofarmacéuticos y la propuesta de una solución razonable en conjunto con la plataforma del sistema, se puede mejorar la calidad del suministro eléctrico en la industria biofarmacéutica, así como la operación segura y económica de la red y reducir el consumo energético.
Referencias:
[1] Manual de diseño y aplicación de microrredes empresariales de Acrel. Versión 2022.05
Hora de publicación: 02-05-2025