Mirus International – Passive harmonische Filterung stellt IEEE wieder her 519 Compliance im Rambam Health Care Hospital
IPQDF dankt Mirus International Inc. (Brampton, Ontario, Kanada), und Ingenieure Menachem Bercholz, Al Archambault, und Amir Broshi, für die Bereitstellung dieser Felddaten für die Ingenieursgemeinschaft. Die unten beschriebenen Messungen und Filterdesigns stammen aus Mirus‘ veröffentlichter Fallstudie zur Installation des Rambam Health Care Hospital; die Analyse, Normenkontext, und Schlussperspektive stammen vom Autor.[1]
01Betriebskontext: Ein Krankenhaus, das sich keine Ausfallzeiten leisten kann
Rambam-Gesundheitscampus in Haifa, Israel ist keine gewöhnliche Krankenhauslast. Es handelt sich um ein akademisches medizinisches Zentrum mit 1.000 Betten, das mehr als zwei Millionen Menschen im Norden Israels versorgt, Außerdem fungiert es als Backup-Überweisungszentrum für zwölf Bezirkskrankenhäuser, das Nordkommando der israelischen Streitkräfte, die sechste Flotte der US-Marine, und UN-Friedenstruppen in der Region.[1] Auf einer Seite wie dieser, Die gängige Darstellung der Stromqualität als Kostenfaktor für schlechte Qualität unterschätzt das Risiko: wie es im Quellenmaterial heißt, “jede Unterbrechung, sogar extrem kurz, kann zum Verlust von Menschenleben führen.”
Die Störung ist in diesem Fall nicht auf ein externes Netzwerkereignis zurückzuführen. Es handelte sich um eine interne Modernisierung, die die Anlage effizienter machen sollte: zwei neue 240 kW-Frequenzumrichter (VFD) Kältemaschinen, installiert, um eine veraltete zu ersetzen 600 kW-Einheit innerhalb der 5.000 Tonnen schweren Kühlanlage des Krankenhauses.[1]
02Das Problem,,en,Das Dienstprogramm Kunden dient ein 200 Mitarbeiter Produktionsanlage in der Nähe einer kleinen Stadt - ein Hersteller von Schalldämpfer Aufhänger für den heimischen,,en,Außen- und After-Sales-Märkte,,en,Zur Aufrechterhaltung der Produktivität,,en,der Hersteller hinzugefügt großen automatisierten Schweißer,,en,Dies erzeugte eine 12-Zyklus,,en,Spannungsdurchhangs- bei 30-Sekunden-Intervallen, wenn die Anlage in Betrieb war,,en,Das Dienstprogramm hatte Kundenbeschwerden von allen Schaltungen aus der gleichen Unterstation gespeist,,en,Der Hersteller erklärte, dass sie nicht nur eine neue Schweißlinie hinzufügen Wettbewerbsfähigkeit zu erhalten oder es würde heruntergefahren haben,,en,Das Gebiet ist von einer einzigen Unterstation bedient,,en,und in der Nähe von Zeitbelastung Wachstum nicht rechtfertigten Bau zusätzlicher Stationen,,en,Die radialen Verteilnetz nichts gemacht, andere als eine dedizierte Station sehr teuer,,en: Eine Effizienzsteigerung, die zu einem Zuverlässigkeitsrisiko wurde
VFD-angetriebene Kältemaschinen ziehen Strom in nichtlinearen Impulsen und nicht in einer linearen Sinuswelle 600 Die von ihnen ersetzte kW-Einheit hätte verbraucht. Die Folgen traten schnell ein und verschlimmerten sich: Der Leistungstransformator, der die Kältemaschinen speist, war so stark beschädigt, dass ein Austausch erforderlich war; Die beiden Kältemaschinen konnten nicht gleichzeitig betrieben werden, da der Überlastschutz bei Überhitzung ausgelöst wurde; und selbst der Betrieb einer einzelnen Kältemaschine führte zu höheren Betriebstemperaturen als erwartet.[1] Die AC-Netzdrosseln gehören zur Standardausrüstung der VFDs — ein einfacher Serieninduktor, die einfachste und kostengünstigste verfügbare Oberschwingungsminderung — hat die aktuelle Verzerrung nur auf ungefähr reduziert 35%, reicht bei weitem nicht aus, um das Problem zu lösen.
Standard zitiert: IEEE 519-1992 legt einen strengeren Spannungsverzerrungsgrenzwert für Krankenhäuser und Flughäfen fest — weniger als 3% THDIN — als die 5% andernorts grundsätzlich zulässig.[2] Rambams Spannungsverzerrung näherte sich 4%, Dies bedeutet, dass die Anlage nicht den Standards entsprach, die speziell für Einrichtungen geschrieben wurden, in denen Stromunterbrechungen ein lebensgefährliches Problem darstellen.
03Warum Krankenhausladungen einem strengeren Standard unterliegen, und warum ein Leitungsreaktor nicht ausreichte
Je enger 3% Grenzwerte für Krankenhäuser sind kein willkürlicher Konservatismus. Verzerrte Spannungen beanspruchen Transformatoren, Kabel, und Standby-Generatoren unabhängig vom Gebäudetyp über dieselben beiden Mechanismen — Ich²R-Verluste, die mit dem Quadrat des Oberschwingungsstroms skalieren, und Wirbelstromverluste, die ungefähr mit dem Quadrat der Frequenz skalieren — Aber die Transformatoren und Generatoren eines Krankenhauses sind auch die Geräte, auf deren Verfügbarkeit ein lebenswichtiger Verbraucher angewiesen ist. Hier die charakteristischen Oberwellen eines sechspulsigen VFD-Gleichrichters 50 Das Hz-System ist genau dort gelandet, wo die Theorie es vorhersagt: der 5 (250 Hz), 7th (350 Hz), 11th (550 Hz), und 13 (650 Hz), Jeder von ihnen erhitzte Eisen und Kupfer, die für eine Reinigung geeignet waren, unverhältnismäßig stark 50 Hz-Wellenform.[1]
Das begrenzte Ergebnis des Netzreaktors ist ebenso vorhersehbar. Ein Serienreaktor ist ein Breitbandreaktor, oberflächliche Gegenmaßnahme: Es fügt eine Impedanz vor dem Gleichrichter hinzu, was den Stromimpuls etwas abschwächt, Es gibt jedoch keine Möglichkeit, gezielt gezielt die 5. oder 7. Harmonische anzugreifen, und seine Wirksamkeit wird dadurch begrenzt, wie viel Reihenimpedanz das System tolerieren kann, bevor die Spannungsregelung beeinträchtigt wird. Von “etwas aufgeweicht” zu “konform mit a 3% Krankenhausgrenze” Ich brauchte einen Filter, der für diesen Job gebaut wurde, nicht der Reaktor, der zufällig im Karton mit dem Antrieb geliefert wurde.
04Lösung: Ein passiver Filter pro Laufwerk
Das Ingenieurteam des Krankenhauses, Zusammenarbeit mit dem Power-Quality-Spezialisten P.Q. Techn, zwei installiert 300 HP LINEATOR™ passive harmonische Filter — eine pro Kühlantrieb, im Quellmaterial als bereitstellend beschrieben “maximale Filterung und Flexibilität” indem die Filterung jedes Laufwerks isoliert wird, anstatt eine einzige Einheit für beide zu nutzen.[1]
| Lage | Rambam Gesundheitscampus, Haifa, Israel |
|---|---|
| Maßgebender Standard | IEEE 519-1992, Krankenhaus-/Flughafengrenze (<3% THDIN) |
| Laden | Zwei 240 kW-VFD-Kältemaschinen (Ersetzen eines einzelnen 600 kW-Lineareinheit) |
| Grundursache | Sechspulsiger nichtlinearer VFD-Stromverbrauch; Standardmäßige AC-Netzdrosseln sind unzureichend |
| Schadensbegrenzung | 2× 300 HP LINEATOR™ passive harmonische Filter (eine pro Fahrt) |
| Erhebliche Designeinschränkung | Filterkondensatorbank unten gehalten 15% der Last kVA — insbesondere um mit dem Backup-Dieselgenerator-Betrieb kompatibel zu bleiben |
Die letzte Zeile in der Tabelle kann man leicht überfliegen, Aber es handelt sich um eine echte technische Einschränkung, die es wert ist, erwähnt zu werden: Ein Krankenhaus kann kein Risiko eingehen, dass ein Gerät zur Schadensbegrenzung eingesetzt wird, das nur bei einer starken Netzeinspeisung gute Leistung erbringt und sich in dem Moment, in dem die Einrichtung auf Notstromgeneratoren umschaltet, schlecht verhält. Ein passiver Filter mit einer im Verhältnis zur Lastgröße kleinen Kondensatorbank ist eine bewusste Wahl, um die Oberwellenminderung genau unter der schwachen Quelle stabil zu halten, Generatorbetriebene Bedingungen, auf denen das Notstromsystem eines Krankenhauses basiert — Die gleiche Kategorie von Bedenken, die bei jeder Installation auftritt, bei der nicht davon ausgegangen werden kann, dass es sich bei der Quelle um eine steife Quelle handelt, niederohmiges Netz.
05Ergebnisse: Konformität wiederhergestellt, Beide Kühler laufen
Die Spannungsverzerrung ist von fast abgesunken 4% nach unten 1.5%, bequem im IEEE 519-1992 Krankenhausgrenze von 3%.[1] Die Luftverschmutzung ist um mehr als zwei Drittel gesunken, Die Betriebstemperatur der Antriebe und Kühler sank um mehr als 10 °C°C, und — das Ergebnis, das operativ zählte — Das Krankenhaus konnte endlich beides betreiben 240 kW Kältemaschinen auf einmal, Wiederherstellung der Kühlleistung, die das Upgrade ursprünglich liefern sollte.
Abb.. 1. Gesamte harmonische Verzerrung der Spannung vor und nach der Filterinstallation, gegen das IEEE 519-1992 Krankenhaus-/Flughafengrenze von 3%.[1]
Abb.. 2. Anschauliche Rekonstruktion der charakteristischen gepulsten Stromwellenform eines sechspulsigen VFD vor der Filterung, im Vergleich zu einer nahezu sinusförmigen Wellenform nach der Filterung. Dies ist eine stilisierte Darstellung der gemeldeten Wellenformen (Quelle Abbildungen 4a/4b) — nicht die ursprüngliche Aufzeichnungsspur.
Nettoergebnis: IEEE 519-1992 Die Einhaltung der Vorschriften wird in einer Einrichtung wiederhergestellt, in der der strengere Krankenhausgrenzwert des Standards gerade deshalb gilt, weil die Folgen eines Fehlers gravierender sind als in einem typischen Gewerbegebäude.
06Die Power-Quality-Perspektive: Was diese Fallstudie veranschaulicht
Dieser Fall ist ein klares Beispiel für ein Muster, das es wert ist, allein genannt zu werden: eine energetische Nachrüstung, die zu einem Problem mit der Stromqualität führte, das die Originalausrüstung nie hatte. Die 600 Der von Rambam ersetzte kW-Kühler war eine lineare Last ohne harmonische Signatur, die eine Diskussion wert wäre; die beiden 240 Die kW-VFD-Einheiten, die sie ersetzten, waren konstruktionsbedingt effizienter und wurden sofort zur größten Oberschwingungsquelle der Anlage. Mit der Vorgabe von Frequenzumrichtern hat niemand etwas falsch gemacht — Sie sind die richtige Wahl für die Effizienz der Kältemaschine — Aber die harmonische Konsequenz muss von Anfang an berücksichtigt werden, nach Ausfall eines Transformators nicht entdeckt.
Es unterstreicht auch einen Punkt, der an anderer Stelle in dieser Serie in einem anderen Kontext auftaucht: In einer Anlage mit Notstromerzeugung müssen Minderungsgeräte für den Generator ausgelegt sein, nicht nur der Utility-Feed. Auch hier gilt die gleiche Empfindlichkeit gegenüber schwachen Quellen, die die Filterauswahl in einem vom Generator gespeisten Inselnetz beeinflusst, Nur mit geringerem Risiko, wenn man im Alltag etwas falsch macht, und viel höherem Risiko, wenn man bei einem Ausfall etwas falsch macht, Genau dann müssen die Notstromversorgung eines Krankenhauses und seine Oberschwingungsminderung gleichzeitig ordnungsgemäß funktionieren.
Referenzen
- M. Birkenholz, Ein. Archambault, und A. Brosche, “Lineator™ Case Study: Rambam-Krankenhaus Israel,” Mirus International Inc., Brampton, Ontario, Kanada. Verfügbar: mirusinternational.com.
- IEEE Std 519-1992, “Von der IEEE empfohlene Praktiken und Anforderungen für die Oberschwingungskontrolle in elektrischen Energiesystemen.”