Riassunto: Con l'uso diffuso di dispositivi elettronici, i carichi non lineari sono in aumento, con conseguente aumento dell'inquinamento armonico nelle reti elettriche aziendali. A causa degli effetti negativi delle armoniche, la qualità dell'elettricità si sta deteriorando, le perdite aggiuntive aumentano e l'affidabilità della rete elettrica si riduce, compromettendo il normale funzionamento delle apparecchiature di alimentazione e di consumo aziendali e danneggiando persino le apparecchiature stesse, causando guasti elettrici. Sulla base dei requisiti e delle attuali condizioni di sicurezza elettrica, questo articolo analizza le funzioni e gli effetti dei dispositivi di filtro attivi nei sistemi di alimentazione di sicurezza biofarmaceutici.
Parole chiave: armoniche, qualità dell'energia, filtro attivo
1. Introduzione
Oggigiorno, una varietà di dispositivi elettronici di potenza è ampiamente utilizzata nelle aziende farmaceutiche, dove i dispositivi raddrizzatori rappresentano una quota significativa. L'alimentazione in corrente continua richiesta dall'inverter e dal chopper CC, ecc., proviene principalmente dal circuito raddrizzatore. Il circuito raddrizzatore a tiristori a controllo di fase o il circuito raddrizzatore a diodi rappresentano la fonte di armoniche più significativa. Sebbene la capacità singola delle apparecchiature elettriche sia ridotta, il loro numero è enorme, la maggior parte delle quali comprende alimentatori switching. Vari tipi di alimentatori switching e convertitori di frequenza vengono utilizzati sempre più spesso, insieme alle armoniche generate dalle lampade fluorescenti, tanto che l'inquinamento armonico dell'alimentazione sta diventando sempre più evidente. Le armoniche di rete causano distorsioni nella forma d'onda di tensione e corrente, causando numerosi fenomeni anomali e guasti nel sistema elettrico e nelle apparecchiature elettriche aziendali. Un'efficace prevenzione delle armoniche è diventata una parte importante del funzionamento sicuro del sistema elettrico aziendale. Il filtro attivo raccoglie la corrente armonica attraverso il CT, calcolando ed estraendo rapidamente il contenuto di ciascuna armonica tramite la CPU e invia istruzioni per far sì che il dispositivo di potenza produca una corrente di compensazione di uguale ampiezza e direzione opposta alla corrente armonica e la inietta nella rete elettrica in modo da compensare la corrente armonica nel sistema.
2. Caratteristiche principali della qualità dell'energia nell'industria biofarmaceutica
2.1 L'industria biofarmaceutica sta sviluppando cluster. Lo sviluppo di cluster industriali è una tendenza inevitabile per il futuro. L'industria biofarmaceutica è una combinazione di processi che richiede il collegamento con vari anelli, quindi la governance della qualità dell'energia elettrica è particolarmente importante. Un guasto alle apparecchiature o al sistema elettrico comporta una diminuzione lineare dei benefici economici.
2.2 I carichi principali sono pompe e motori azionati da convertitori di frequenza. La principale fonte di armoniche è il convertitore di frequenza, che presenta un elevato contenuto di armoniche e richiede una configurazione separata dell'APF per la gestione delle armoniche.
3. Fonti armoniche nel sistema di alimentazione e distribuzione di energia biofarmaceutica
Con il rapido sviluppo dell'industria farmaceutica, sono state introdotte numerose apparecchiature avanzate richieste dall'industria farmaceutica. Esistono numerosi carichi di pompe e motori, molti dei quali sono dotati di convertitori di frequenza. L'elevato numero di applicazioni dei convertitori di frequenza aumenta notevolmente il contenuto armonico del sistema di distribuzione dell'energia.
Attualmente, la maggior parte dei convertitori di frequenza utilizza la rettificazione a 6 impulsi per convertire la corrente alternata in corrente continua, quindi le armoniche sono principalmente la quinta, la settima e l'undicesima. Allo stesso tempo, nelle aziende farmaceutiche sono solitamente presenti laboratori e linee di produzione automatiche con una grande quantità di dispositivi di precisione, che in molti casi sono sia generatori che vittime di armoniche. Le armoniche influiscono sul normale funzionamento delle apparecchiature di laboratorio, compromettendo gli esperimenti in corso; le armoniche influiscono anche sui controllori intelligenti e sui sistemi PLC nelle linee di produzione automatizzate, causando guasti alle apparecchiature di controllo automatico. Pertanto, i problemi armonici nelle aziende farmaceutiche hanno un impatto di vasta portata e gravi danni, che devono essere gestiti con urgenza.
3.1 Stazioni di ricerca e laboratori
Nei laboratori, un gran numero di apparecchiature sensibili necessita di un ambiente di rete pulito per garantire il normale funzionamento del sistema, come strumenti ad alta tecnologia, strumenti di precisione e apparecchiature di misura, alimentatori switching, inverter raddrizzatori, UPS/EPS, ecc., che sono anche fonti di armoniche più elevate. I laboratori e altri luoghi in cui è presente un gran numero di carichi di alimentatori switching produrranno armoniche significative di terza, quinta e settima, in cui è necessario prestare particolare attenzione all'effetto della corrente di terza armonica sulla linea neutra.
3.2 Linee di produzione automatiche
La fermentazione è una parte importante della produzione di API, che viene realizzata tramite il fermentatore. Con la continua espansione della produzione, l'aggiornamento di nuovi processi e l'aumento di nuove varietà, si sono verificati diversi requisiti in termini di controllo del fermentatore, frequenza di agitazione e adattamento dei tempi. Per situazioni con carichi pesanti, elevato consumo energetico e lunghi cicli di fermentazione, negli ultimi anni le aziende produttrici di fermentazione hanno adottato anche diversi metodi per rinnovare le apparecchiature. Il controllo della frequenza può soddisfare i requisiti del processo produttivo e ridurre i consumi. Tuttavia, con il continuo miglioramento dell'automazione, anche l'inquinamento energetico causato dalle apparecchiature di automazione sta peggiorando. Anche le relative interferenze con il sistema di controllo automatico stanno diventando sempre più forti. Anche i requisiti di filtraggio e purificazione dell'alimentazione per ottenere un'alimentazione relativamente stabile ed ecologica stanno diventando sempre più elevati.
4. Caso pratico
Prendiamo come esempio un progetto di gestione della qualità dell'energia in un'azienda biofarmaceutica nella provincia di Shandong: secondo il feedback del responsabile dell'impianto, si verificano frequenti interruzioni nell'edificio uffici dell'impianto, mentre il reattore nell'armadio dei condensatori dell'officina di produzione sembra bruciato e il cavo N è surriscaldato. Si ritiene che la causa principale sia la presenza di numerosi carichi di inverter per il condizionamento dell'aria, apparecchiature informatiche e di comunicazione, illuminazione a LED, pompe e altri dispositivi nell'edificio uffici e nell'officina di produzione, che generano armoniche e influenzano l'intero sistema di alimentazione e distribuzione. Ora è necessario misurare le sale di distribuzione dell'edificio uffici e dell'officina di produzione e fornire la soluzione appropriata in base ai dati sulla qualità dell'energia corrispondenti.
4.1 Dati di misurazione armonici nella sala di distribuzione dell'edificio per uffici completo
| Dati di misurazione armonica nella sala di distribuzione dell'edificio per uffici completo | ||||||
| attuale | tasso di distorsione attuale | contenuto armonico | 3a armonica | quinta armonica | 7a armonica | |
| A | 346A | 22,3% | 77.16A | 29.4A | 58.9A | 35,9A |
| 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 Dati di misura armonici nella sala di distribuzione dell'officina di produzione
| Dati di misurazione armonica nella sala di distribuzione dell'officina di produzione | ||||||
| attuale | tasso di distorsione attuale | contenuto armonico | 3a armonica | quinta armonica | 7a armonica | |
| 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 | ||||
Dai due set di dati di misurazione sopra riportati, si può concludere che le armoniche dell'intero edificio per uffici sono principalmente di quinta e settima frequenza e il tasso di distorsione della corrente arriva fino al 22%. La quinta e la settima armonica possono essere gestite centralmente nella sala di distribuzione per eliminare l'impatto armonico sull'intero sistema di alimentazione e distribuzione, sui trasformatori, sugli armadi dei condensatori e su altre apparecchiature elettriche, in modo da garantire la normale produzione di prodotti biofarmaceutici. Le armoniche della sala di distribuzione dell'officina di produzione sono più gravi, dove la terza e la quinta armonica hanno superato lo standard nazionale GB/T14549-1993 "armoniche nella rete di alimentazione pubblica" di 0,38 kV per il valore di corrente armonica di sistema. Gli armadi dei condensatori in loco sono collegati in serie con una reattanza del 7%. La terza e la quinta armonica fluiscono nell'armadio del condensatore e la corrente armonica si sovrappone alla corrente fondamentale del condensatore, il che fa aumentare la corrente di funzionamento del condensatore e la temperatura aumenta, provocando il surriscaldamento e riducendo la durata utile del condensatore o danneggiandolo.
Per risolvere questi problemi, è possibile utilizzare dispositivi di filtro attivi che adottano il metodo di controllo completamente digitale DSP+FPGA e sono collegati in parallelo nel sistema. Possono compensare completamente le armoniche dalla seconda alla 51a o compensare armoniche specifiche, eliminare le armoniche nel sistema per prevenire danni alla linea N e proteggere i circuiti dagli incendi.
5. Conclusion
Con l'introduzione e l'approfondimento di moderni processi produttivi, apparecchiature di potenza e altri mezzi scientifici avanzati, sta emergendo un gran numero di apparecchiature elettroniche di potenza non lineari, che migliorano la qualità dei prodotti biofarmaceutici, ma hanno anche un forte impatto sulla qualità dell'alimentazione e del sistema di distribuzione dell'intero impianto, in particolare nei laboratori di ricerca scientifica, dove i carichi sono diversi e la generazione e le variazioni armoniche presentano un'elevata casualità e complessità. Studiando la qualità dell'alimentazione del sistema di alimentazione e distribuzione negli edifici biofarmaceutici e proponendo una soluzione ragionevole in combinazione con la piattaforma di sistema, è possibile migliorare la qualità dell'alimentazione elettrica negli impianti biofarmaceutici, nonché il funzionamento sicuro ed economico della rete e la riduzione del consumo energetico.
Riferimenti:
[1] Manuale di progettazione e applicazione della microrete Acrel Enterprise. Versione 2022.05
Data di pubblicazione: 02-05-2025