Mirus International – Le filtrage harmonique passif restaure l'IEEE 519 Conformité à l’hôpital de soins de santé Rambam

01Contexte opérationnel: Un hôpital qui ne peut pas se permettre de temps d'arrêt

Campus de soins de santé Rambam à Haïfa, Israël n’est pas un hôpital ordinaire. Il s'agit d'un centre médical universitaire de 1 000 lits qui dessert plus de deux millions de personnes dans le nord d'Israël., et il fonctionne également comme centre de référence de secours pour douze hôpitaux de district, le Commandement Nord des Forces de défense israéliennes, la sixième flotte de la marine américaine, et les forces de maintien de la paix des Nations Unies dans la région.[1] Sur un site comme celui-ci, la définition standard de la qualité de l’énergie comme un exercice de coût de mauvaise qualité sous-estime les enjeux: comme le dit le matériel source, “toute interruption, même extrêmement court, peut entraîner la mort.”

La perturbation dans ce cas ne provenait pas d'un événement réseau externe. Il s'agit d'une mise à niveau interne destinée à rendre l'installation plus efficace.: deux nouveaux 240 variateur de fréquence kW (VFD) refroidisseurs, installé pour remplacer un appareil vieillissant 600 Unité kW au sein du réseau de refroidissement de 5 000 tonnes de l’hôpital.[1]

02Le problème: Une amélioration de l'efficacité qui est devenue une responsabilité en matière de fiabilité

Les refroidisseurs pilotés par VFD consomment du courant sous forme d'impulsions non linéaires plutôt que sous forme d'onde sinusoïdale linéaire. 600 L'unité kW qu'ils ont remplacée aurait consommé. Les conséquences sont arrivées rapidement et se sont aggravées: le transformateur de puissance alimentant les refroidisseurs a été suffisamment endommagé pour nécessiter son remplacement; les deux refroidisseurs n'ont pas pu fonctionner simultanément car la protection contre les surcharges s'est déclenchée en cas de surchauffe; et même le fonctionnement d'un seul refroidisseur a produit des températures de fonctionnement plus élevées que prévu.[1] Les selfs de ligne AC fournies en équipement standard avec les VFD — un simple inducteur en série, l'atténuation des harmoniques la plus basique et la moins coûteuse disponible — n'a réduit la distorsion du courant qu'à environ 35%, c'est loin d'être suffisant pour résoudre le problème.

03Pourquoi les charges hospitalières sont soumises à une norme plus stricte, et pourquoi un réacteur de ligne ne suffisait pas

Le plus serré 3% la limite pour les hôpitaux n’est pas un conservatisme arbitraire. Transformateurs de tension déformée, câbles, et générateurs de secours via les deux mêmes mécanismes, quel que soit le type de bâtiment — Je²Pertes R qui évoluent avec le carré du courant harmonique, et les pertes par courants de Foucault qui évoluent à peu près avec le carré de la fréquence — mais les transformateurs et les générateurs d’un hôpital sont également l’équipement dont dépend la sécurité des personnes qui restent disponibles.. Les harmoniques caractéristiques d'un redresseur VFD à six impulsions sur ce 50 Le système Hz a atterri exactement là où la théorie le prédit: le 5ème (250 Hz), 7e (350 Hz), 11e (550 Hz), et le 13 (650 Hz), chacun ajoutant une chaleur disproportionnée au fer et au cuivre dimensionnés pour un nettoyage propre. 50 Forme d'onde Hz.[1]

Le résultat limité du réacteur de ligne est également prévisible. Un réacteur en série est un haut débit, contre-mesure superficielle: il ajoute de l'impédance devant le redresseur, ce qui adoucit quelque peu l'impulsion de courant, mais il n'a aucun moyen d'attaquer sélectivement la 5ème ou la 7ème harmonique spécifiquement, et son efficacité est limitée par l'impédance série que le système peut tolérer avant que la régulation de tension n'en souffre.. Venir de “quelque peu adouci” à “conforme à un 3% limite d'hôpital” j'avais besoin d'un filtre conçu pour le travail, pas le réacteur qui était livré dans la boîte avec le lecteur.

04Solution: Un filtre passif par lecteur

L’équipe d’ingénierie de l’hôpital, travailler avec le spécialiste de la qualité de l'énergie P.Q. Technologie, installé deux 300 LINÉATEUR HP™ filtres d'harmoniques passifs — un par entraînement de refroidisseur, décrit dans le matériel source comme fournissant “filtration et flexibilité maximales” en isolant le filtrage de chaque disque plutôt que de partager une seule unité sur les deux.[1]

Cette dernière ligne du tableau est facile à parcourir, mais c'est une vraie contrainte d'ingénierie qui mérite d'être évoquée: un hôpital ne peut pas prendre le risque d'utiliser un dispositif d'atténuation qui ne fonctionne bien qu'avec une alimentation électrique rigide et qui se comporte mal au moment où l'établissement passe aux générateurs de secours.. Un filtre passif avec une petite batterie de condensateurs par rapport à la taille de la charge est un choix délibéré pour maintenir l'atténuation des harmoniques stable exactement sous la source faible., conditions alimentées par un générateur autour desquelles le système d’alimentation de secours d’un hôpital est construit — la même catégorie de problème qui apparaît sur toute installation où la source ne peut pas être considérée comme étant un raide, réseau à faible impédance.

05Résultats: Conformité rétablie, Les deux refroidisseurs fonctionnent

La distorsion de tension est passée de presque 4% en dessous 1.5%, confortablement à l'intérieur de l'IEEE 519-1992 limite hospitalière de 3%.[1] La pollution harmonique a diminué de plus des deux tiers, la température de fonctionnement des variateurs et des refroidisseurs a chuté de plus de 10°C, et — le résultat qui comptait sur le plan opérationnel — l'hôpital pourrait enfin gérer les deux 240 Refroidisseurs kW à la fois, restaurer la capacité de refroidissement que la mise à niveau était censée offrir en premier lieu.

06La perspective de la qualité de l’énergie: Ce qu’illustre cette étude de cas

Ce cas est un exemple clair d’un modèle qui mérite d’être nommé à lui seul: une amélioration de l'efficacité énergétique créant un problème de qualité d'énergie que l'équipement d'origine n'a jamais eu. La 600 Le refroidisseur kW remplacé par Rambam était une charge linéaire sans signature harmonique qui méritait d'être discutée; les deux 240 Les unités VFD kW qui l'ont remplacé étaient plus efficaces de par leur conception et sont immédiatement devenues la plus grande source d'harmoniques de l'installation.. Personne n’a fait de mal en spécifiant des variateurs de fréquence — ils constituent le bon choix pour l'efficacité du refroidisseur — mais la conséquence harmonique doit être conçue dès le départ, non découvert après la panne d'un transformateur.

Cela renforce également un point qui apparaît ailleurs dans cette série dans un contexte différent.: l'équipement d'atténuation sur une installation avec production de secours doit être conçu pour le générateur, pas seulement le flux utilitaire. La même sensibilité aux sources faibles qui façonne la sélection des filtres sur un réseau insulaire alimenté par un générateur s'applique ici également., juste avec des enjeux moindres liés au fait de se tromper au quotidien et des enjeux beaucoup plus élevés liés au fait de se tromper lors d'une panne, c’est exactement à ce moment-là que l’alimentation de secours d’un hôpital et son atténuation des harmoniques doivent fonctionner correctement en même temps..

Références

1. M. Bois de bouleau, Une. Archambault, et A. Broche, “linéateur™ Étude de cas: Hôpital Rambam Israël,” Mirus International Inc., Brampton, Ontario, Canada. Disponible: mirusinternational.com.
2. IEEE Std 519-1992, “Pratiques et exigences recommandées par l'IEEE pour le contrôle des harmoniques dans les systèmes d'alimentation électrique.”