Mirus Internacional – El filtrado pasivo de armónicos restaura IEEE 519 Cumplimiento en Rambam Health Care Hospital
IPQDF reconoce con gratitud a Mirus International Inc. (brampton, Ontario, Canadá), e ingenieros Menachem Bercholz, Al Archambault, y Amir Broshi, por poner estos datos de campo a disposición de la comunidad de ingenieros. Las mediciones y el diseño del filtro que se describen a continuación se extraen del estudio de caso publicado por Mirus sobre la instalación del Rambam Health Care Hospital.; el análisis, contexto de estándares, y la perspectiva final son propias del autor..[1]
01Contexto operativo: Un hospital que no puede permitirse el tiempo de inactividad
Campus de atención médica Rambam en Haifa, Israel no es una carga hospitalaria ordinaria. Es un centro médico académico de 1.000 camas que atiende a más de dos millones de personas en el norte de Israel., y también funciona como centro de referencia de respaldo para doce hospitales de distrito., el Comando Norte de las Fuerzas de Defensa de Israel, la Sexta Flota de la Marina de los EE. UU., y las Fuerzas de Mantenimiento de la Paz de la ONU en la región.[1] En un sitio como este, la formulación estándar de la calidad de la energía como un ejercicio de costo de la mala calidad subestima lo que está en juego: como dice el material fuente, “cualquier interrupción, incluso extremadamente corto, puede provocar la pérdida de vidas.”
La perturbación en este caso no provino de un evento de red externo.. Provino de una actualización interna destinada a hacer que las instalaciones sean más eficientes.: dos nuevos 240 kW variador de frecuencia (VFD) enfriadores, instalado para reemplazar un viejo 600 Unidad de kW dentro del sistema de refrigeración de 5000 toneladas del hospital..[1]
02El Problema: Una mejora de la eficiencia que se convirtió en un problema de confiabilidad
Los enfriadores accionados por VFD consumen corriente en pulsos no lineales en lugar de la onda sinusoidal lineal como 600 unidad de kW que reemplazaron habría consumido. Las consecuencias llegaron rápidamente y se agravaron.: El transformador de potencia que alimenta a los enfriadores estaba lo suficientemente dañado como para requerir reemplazo.; Los dos enfriadores no pudieron funcionar simultáneamente porque la protección contra sobrecarga se disparó por sobrecalentamiento.; e incluso hacer funcionar un solo enfriador produjo temperaturas de funcionamiento más altas de lo esperado..[1] Los reactores de línea de CA se suministran como equipo estándar con los VFD. — un inductor en serie simple, la mitigación de armónicos más básica y menos costosa disponible — sólo redujo la distorsión actual a aproximadamente 35%, no está lo suficientemente cerca para resolver el problema.
Norma citada: IEEE 519-1992 establece un límite de distorsión de voltaje más estricto para hospitales y aeropuertos — menos que 3% THDEn — que el 5% generalmente permitido en otros lugares.[2] Se acerca la distorsión del voltaje del Rambam 4%, lo que significa que la instalación no cumplía con el estándar escrito específicamente para instalaciones donde las interrupciones de energía son un problema de seguridad para la vida..
03Por qué las cargas hospitalarias obtienen un estándar más estricto, y por qué un reactor de línea no era suficiente
Cuanto más apretado 3% El límite para los hospitales no es un conservadurismo arbitrario.. La tensión distorsionada tensiona los transformadores., cables, y generadores de reserva a través de los mismos dos mecanismos independientemente del tipo de edificio — Yo²Pérdidas R que escalan con el cuadrado de la corriente armónica, y pérdidas por corrientes parásitas que escalan aproximadamente con el cuadrado de la frecuencia — pero los transformadores y generadores de un hospital también son el equipo del que depende una carga de seguridad humana para permanecer disponible. Los armónicos característicos de un rectificador VFD de seis pulsos en este 50 El sistema Hz aterrizó exactamente donde predice la teoría: el 5 (250 Hz), 7ª (350 Hz), 11ª (550 Hz), y 13 (650 Hz), cada uno añadiendo calor desproporcionado al hierro y al cobre que estaban dimensionados para una limpieza 50 Forma de onda Hz.[1]
El resultado limitado del reactor de línea es igualmente predecible. Un reactor en serie es una banda ancha., contramedida superficial: Agrega impedancia delante del rectificador., lo que suaviza un poco el pulso actual, pero no tiene forma de atacar selectivamente el quinto o séptimo armónico específicamente, y su efectividad está limitada por la cantidad de impedancia en serie que el sistema puede tolerar antes de que sufra la regulación de voltaje.. Llegando de “algo suavizado” a “compatible con un 3% límite hospitalario” necesitaba un filtro construido para el trabajo, no es el reactor que se envió en la caja con la unidad.
04Solución: Un filtro pasivo por unidad
El equipo de ingeniería del hospital., trabajando con el especialista en calidad de energía P.Q. tecnología, instalado dos 300 LINEADOR HP™ filtros armónicos pasivos — uno por unidad de enfriadora, descrito en el material fuente como que proporciona “Máxima filtración y flexibilidad.” aislando el filtrado de cada unidad en lugar de compartir una sola unidad entre ambas.[1]
| Ubicación | Campus de atención médica de Rambam, Haifa, Israel |
|---|---|
| Estándar rector | IEEE 519-1992, límite de hospital/aeropuerto (<3% THDEn) |
| Carga | Dos 240 Enfriadoras VFD de kW (reemplazando un solo 600 unidad lineal kW) |
| Causa principal | Consumo de corriente no lineal VFD de seis pulsos; Los reactores de línea de CA estándar son insuficientes. |
| Mitigación | 2× 300 LINEADOR HP™ filtros armónicos pasivos (uno por unidad) |
| Limitación de diseño notable | Banco de condensadores de filtro mantenido debajo 15% de carga kVA — específicamente para seguir siendo compatible con el funcionamiento del generador diésel de respaldo |
Esa última línea de la tabla es fácil de pasar por alto., pero es una verdadera limitación de ingeniería que vale la pena mencionar.: un hospital no puede arriesgarse a un dispositivo de mitigación que solo funciona bien con una alimentación de servicios públicos estricta y se comporta mal en el momento en que la instalación cambia a generadores de respaldo.. Un filtro pasivo con un banco de condensadores pequeño en relación con el tamaño de la carga es una elección deliberada para mantener estable la mitigación de armónicos exactamente bajo la fuente débil., Condiciones alimentadas por generadores en torno a las cuales se construye el sistema de energía de emergencia de un hospital. — la misma categoría de preocupación que aparece en cualquier instalación donde no se puede suponer que la fuente sea rígida, rejilla de baja impedancia.
05Resultados: Cumplimiento restaurado, Ambos enfriadores en funcionamiento
La distorsión de voltaje cayó de casi 4% hacia abajo 1.5%, cómodamente dentro del IEEE 519-1992 límite hospitalario de 3%.[1] La contaminación armónica cayó en más de dos tercios, La temperatura de funcionamiento de las unidades y enfriadores se redujo en más de 10°C, y — el resultado que importaba operativamente — el hospital finalmente pudo operar ambos 240 enfriadoras de kW a la vez, restaurar la capacidad de enfriamiento que se suponía que debía ofrecer la actualización en primer lugar.
Higo. 1. Distorsión armónica total de tensión antes y después de la instalación del filtro., contra el IEEE 519-1992 límite de hospital/aeropuerto de 3%.[1]
Higo. 2. Reconstrucción ilustrativa de la forma de onda de corriente pulsada característica de un VFD de seis pulsos antes del filtrado, en comparación con una forma de onda casi sinusoidal después del filtrado. Esta es una ilustración estilizada de las formas de onda reportadas. (fuente Figuras 4a/4b) — no es el rastro del registrador original.
Resultado neto: IEEE 519-1992 Se restablece el cumplimiento en una instalación donde existe el límite hospitalario más estricto de la norma precisamente porque las consecuencias de equivocarse son más graves que en un edificio comercial típico..
06La perspectiva de la calidad de la energía: Lo que ilustra este estudio de caso
Este caso es un claro ejemplo de un patrón que vale la pena nombrar por sí solo.: una modernización de eficiencia energética que crea un problema de calidad de energía que el equipo original nunca tuvo. La 600 La enfriadora Rambam de kW reemplazada era una carga lineal sin una firma armónica que valiera la pena discutir; los dos 240 Las unidades VFD de kW que las reemplazaron eran más eficientes por diseño e inmediatamente se convirtieron en la mayor fuente de armónicos de la instalación.. Nadie hizo nada malo al especificar unidades de frecuencia variable — son la elección correcta para la eficiencia del enfriador — pero la consecuencia armónica debe diseñarse desde el principio., no descubierto después de que falla un transformador.
También refuerza un punto que aparece en otras partes de esta serie en un entorno diferente.: El equipo de mitigación en una instalación con generación de reserva debe diseñarse para el generador., no solo la alimentación de servicios públicos. La misma sensibilidad de fuente débil que da forma a la selección de filtros en una red isleña alimentada por generador se aplica aquí también, solo que hay menos en juego por hacerlo mal en el día a día y mucho más en juego por hacerlo mal durante una interrupción., que es exactamente cuando la energía de emergencia de un hospital y su mitigación de armónicos deben funcionar correctamente al mismo tiempo..
Referencias
- M. madera de abedul, La. Archambault, y A. Broche, “linealizador™ Estudio de caso: Hospital Rambam Israel,” Mirus Internacional Inc., brampton, Ontario, Canadá. Disponible: mirusinternacional.com.
- IEEE Std 519-1992, “Prácticas y requisitos recomendados por IEEE para el control de armónicos en sistemas de energía eléctrica.”