اهمیت فیلتر هارمونیک در صنایع فولاد و وجود فیلتر هارمونیک
صنایع فولاد و آهن آلات یکی از مهم‌ترین صنایع مادر هر کشوری است و اطمینان از بهره‌وری و کارکرد بدون وقفه این صنایع یکی از پرچالش‌ترین مباحث دنیای مهندسی و بخصوص در حوزه انرژی الکتریکی است. و هرگونه ایجاد اختلال در سیستم الکتریکی صنایع فولاد منجر به قطع زنجیره تولید و در پی آن تحمیل خسارات سهمگین خواهد شد. زیرا انرژی الکتریکی به عنوان انرژی و نیروی پیشران این صنایع نقش اساسی را ایفا می‌کند و مانند لوکوموتیو قطار تولید است.
فرآیندهای تولید فولاد شامل تجهیزات الکتریکی زیادی از جمله کوره‌های قوس الکتریکی، کوره‌های الکترودی، کوره‌های القایی اثر میدان و یکسوکننده‌ها می‌شود. این تجهیزات در حالی که برای فرایند تولید ضروری هستند، موجب تولید و ایجاد هارمونیک می‌شوند.
این فرکانس‌های هارمونیکی ناخواسته که می‌تواند کیفیت برق را مختل کند و منجر به ایجاد مشکلات مختلفی مانند اعوجاج ولتاژ، خرابی تجهیزات و از همه مهم‌تر تلفات انرژی می‌شود.
در حوزه تولید فولاد و هرگونه از فلزات که شامل پروسه تولید است، حفظ کیفیت بهینه توان برای اطمینان از عملیات تولید کارآمد و به حداقل رساندن زمان سرویس، تعمیر و افزایش طول عمر مفید تجهیزات بسیار مهم است. زیرا هرگونه وقفه در فرآیند تولید و ایجاد اختلال بخصوص در صنایع فولاد منجر به تحمیل هزینه های بسیار زیاد خواهد شد.
طبیعتا عملکرد بی نقص و راندمان انرژی و بهینه بودن فرآیند کلی در این صنایع نقش اساسی را ایفا می‌کند. با این حال به دلیل ماهیت دینامیکی انرژی در فرآیند های تولید فولاد منجر به ایجاد مشکلات کیفیت توان مانند اعوجاج هارمونیکی، نوسانات ولتاژ و عدم تعادل ضریب توان می‌شود. این مسایل نه تنها عملکرد تجهیزات را به خطر می‌اندازد، بلکه منجر به افزایش مصرف انرژی و هزینه‌های عملیاتی می‌شود.
در صنعت فولاد و فرایند تولید آن که بصورت اجمالی شامل فرآیند انتقال سنگ آهن و مواد اولیه با تناژ بالا به وسیله تسمه نقاله‌ها و کانوایر‌های توان بالا که عموما نیروی پیشران این ساختار‌های انتقال مواد، موتور های الکتریکی هستند که به وسیله درایو کنترل می‌شوند، در مرحله بعدی فرایند ذوب مواد اولیه که بصورت سنتی به وسیله کوره‌های سوختی صورت می‌گرفت که امروزه جای خود را با انواع کوره‌های الکتریکی عوض کرده‌اند، این نوع کوره‌ها که به چندین نوع تقسیم می‌شوند.
در یک کارخانه تولید فولاد بیشترین اختلال را در شبکه برق ایجاد می‌کنند و موجب کاهش کیفیت توان می‌شوند. پس از انجام فرایند ذوب، فولاد و یا هر نوع دیگری از فلزات وارد مرحله شکل‌دهی می‌شود. که می‌تواند بر اساس نوع مواد تولیدی شکل‌های مختلفی مانند تولید بصورت ورق، میله، تیرآهن، شمش و غیره باشد. که به صورت عموم شامل فرایند نورد آهن می‌باشد .
که این عملیات نیازمند نیروی زیادی است که منجر به شکل‌دهی فولاد شود، منبع این نیرو از موتورهای الکتریکی تامین می‌شود. و به دلیل نیاز به گشتاور بسیار بالا همراه سرعت و دقت بالا عموما از موتورهای جریان مستقیم DC استفاده می‌شود، که گاها در سرعت های بالا (۱۰۰۰۰ دور/دقیقه) کار می‌کنند.
با اطلاع از این موضوع که جریان تامین‌کننده انرژی بصورت متناوب است، برای راه‌اندازی این موتورها و هم‌چنین کوره‌ها نیازمند یکسو ساز‌های قدرت است که جریان متناوب را به جریان مستقیم تبدیل کند. و به وسیله کلیدزنی سوییچ‌های قدرت مانند تریستورها، IGBT و ماسفت‌های این تجهیزات را کنترل کنیم، این نوع عملیات و تغییرات در شکل انرژی الکتریکی که موجب کارکرد مورد نظر در موتورها که شامل کنترل دور، گشتاور، استارت و استاپ‌های دقیق و چرخش به صورت چپ و راست گرد است.
در کوره‌های الکتریکی شامل کنترل دقیق دما به وسیله کنترل انرژی ورودی به کوره القایی یا کنترل میزان جریان تزریقی در کوره‌های الکترودی که بصورت اتصال کوتاه کردن دو الکترود و با جریان بسیار بالا که منجر به ذوب می‌شود است.
در کارخانه‌های تولید فلزات و در خط تولید به غیر از کوره‌ها و دستگاه‌های شکل‌دهی فلزات، تجهیزات متعدد دیگری مانند فرایندهای کشش، قیچی، شانه‌های جابجاکننده قطعات و غیره وجود دارند. که تمامی این بارهای نیز بوسیله انواع موتورهای الکتریکی القایی سنکرون، آسنکرون و جریان مستقیم کار و هم‌چنین منابع تامین برق اظطراری که انرژی را در باتری‌ها ذخیره می‌کنند وجود دارد.
که همگی این بارهای بدون استثناء شامل کلیدزنی الکترونیکی، یکسوسازی است. زیرا برای کنترل موتورهای جریان مستقیم نیاز به مبدل‌های الکترونیک قدرت است که ابتدا با تبدیل جریان متناوب به جریان مستقیم و سپس با کنترل ولتاژ و جریان موتورهای جریان مستقیم را کنترل می‌کنند. و در مورد موتورهای القایی برای کنترل این موتورها نیار به اینورتر است که بتواند ولتاژ و فرکانس متغیر را برای راه‌اندازی و کارکرد صحیح این موتورها ایجاد کند، که خود این عملیات به وسیله کلیدزنی انجام می‌شود.
پس با علم به این موضوع که در کارخانجات فولاد و فلزات عموما اکثر بارهای الکتریکی استفاده شده دارای کلیدزنی الکترونیکی است و به ندرت می‌توان مشاهده کرد که موتورها بصورت کنتاکتوری راه‌اندازی شوند. زیرا این روش کارکرد مورد انتظار را برای فرایندهای مورد نظر در اختیار نمی‌گذارد زیرا در این روش هیچ‌گونه کنترل سرعت و گشتاوری نداریم و عملا این روش در این نوع کاربری‌ها کاربردی ندارد.
روش‌های نوین کنترل این بارها به وسیله مبدل‌ها و اینورترها که آزادی عمل بسیار زیادی در اختیار می‌گذارد و فرایندهای ذوب نوین که به وسیله کوره‌های الکتریکی انجام می‌شود. مزایای بسیار زیادی دارد و عملا استفاده از کوره‌های سنتی هیچ نوجیهی ندارد، روش‌های نوین در حال استفاده دارای معایبی مانند اعوجاج هارمونیکی، نوسان ولتاژ و عدم تعادل ایجاد شده در پروفایل ولتاژ و جریان به وسیله این کلیدزنی‌ها است. که این اختلالات بوجود آمده منجر به ایجاد مشکلات بسیاری می‌شود.
مشکلات ایجاد شده توسط وجود هارمونیک در سیستم برق صنایع فولاد
یکی از اصلی‌ترین مشکلات ایجاد شده به وسیله این کاهش کیفیت توان و هارمونیک بخصوص در صنایع فولاد افرایش تلفات انرژی است، زیرا در اکثر فرایندهای تولید و از همه مهم‌تر صنعت فولاد که مصرف انرژی بالایی دارد و هزینه‌های تامین برق یکی از اصلی‌ترین هزینه‌های تولید است، وجود هرگونه تلفات در این فرایند منجر به افزایش هزینه تمام شده کالا خواهد شد.
وجود هارمونیک در سیستم که بوسیله تجهیزات موجود در خط تولید ایجاد می‌شود منجر به ایجاد اختلال در عملکرد بانک‌های خارنی موجود در تاسیسات خواهد شد. به دلیل وجود بارهای موتوری بسیار در این صنایع ضریب توان این صنایع بسیار پایین است که خود موجب افزایش هزینه انرژی می‌شود، نیاز به جبران‌سازی دارد که از طرف شرکت توانیر جریمه‌ای شامل مصرف نشود، سیستم‌های خارنی مانند بانک‌های خارنی که به منظور جبران‌سازی ضریب توان پایین نصب می‌شوند. در حضور هارمونیک و نوسان ولتاژ بسیار آسیب‌پذیر هستند، زیرا وجود هارمونیک موجب کاهش عمر و حتی خرابی و انفجار خارن‌های موجود می‌شود.
وجود هارمونیک موجب شکست عایقی در موتورهای استفاده شده خواهد شد. که این شکست عایقی موجب اتصال کوتاه داخلی موتورها شده و خرابی آنها را در پی دارد و تعویض این موتورها به دلیل قیمت بالایی که دارند هزینه زیادی را تحمیل خواهند کرد، هم‌چنین خرابی هریک از این موتورها منجر به ایجاد اختلال در فرایند تولید خواهد شد که می‌تواند منجر به خسارات مالی و حتی جانی شود.
از دیگر خسارات احتمالی بوجود آمده از هارمونیک اختلال در سیستم‌های کنترلی و الکترونیکی است، به این صورت که هارمونیک‌های مراتب بالا می‌توانند بر کارکرد درست تجهیزات الکترونیکی مانند PLC ها و سیستم کنترلی تاثیر گذاشته و حتی موجب خرابی شوند.
مورد دیگر و مهم، تاثیر هارمونیک بر تجهیزات اندازه‌گیری مانند سنسورهای سرعت، حرکت، مجاورت وغیره است، که موجب کاهش دقت این سنسورها خواهد شد، و این کاهش دقت و عدم کارکرد درست در تجهیزاتی مانند خط تولید که بصورت یک قطار به یکدیگر وصل شده است، باعث بوجود آمدن مشکلات زیادی می‌شود.
نوشته های مشابه
راهکار های رفع مشکلات هارمونیک و افزایش کیفیت توان
یکی از راهکارهای کاهش هارمونیک تولیدی توسط مبدل‌ها و اینورترها، استفاده از مبدل‌های ۱۸ پالسه است که هارمونیک تولیدی ندارند. ولی این نوع مبدل‌های قیمت بسیار بالایی دارند و تغییر مبدل‌های موجود با این مبدل‌های ۱۸ پالسه هیچ توجیه اقتصادی ندارد و موجب تحمیل هزینه بسیار زیادی می‌شود. که این کار دور از عقل و از منطق اقتصادی کاملا غلط است. هم‌چنین بیشتر هارمونیک ایجاد شده در صنایع فولاد توسط کوره‌ها صورت می‌گیرد.
راهکار مناسب برای کاهش هارمونیک و جلوگیری از زیان‌های اشاره شده، طراحی و نصب فیلترهای هارمونیک است که در دو نوع اکتیو و پسیو وجود دارد.
فیلترهای هارمونیک اکتیو قیمت بسیار بالایی دارند و در کوره‌های القایی و صنایع سنگین مانند صنایع فولاد طراحی، نصب و حتی اجرای آنها مورد صرف هزینه زیاد است. از این رو فیلترهای هارمونیک پسیو هزینه بسیار کمتری دارند و با ادغام آنها با بانک‌های خارنی می‌توان همزمان پروفایل توان را بهبود بخشید. بدین صورت که به همراه اصلاح ضریب توان و جلوگیری از جریمه مصرف توان راکتیو، هارمونیک‌های موجود در سیستم الکتریکی را نیز فیلتر کرد.
با مشاهده تاثیرات و خرابی‌های ایجاد شده توسط هارمونیک‌های موجود در شبکه برق کارخانه فولاد و صنایع فولاد نبود فیلتر هارمونیک غیرقابل قبول و دور از ذهن است.
نتیجه‌گیری
امروزه با پیشرفت صنایع نیمه هادی و ساخت مبدل‌ها و انواع کوره‌های القایی برای صنایع فولاد که هارمونیک کمتری نسبت به گذشته تولید می‌کنند. همچنان هارمونیک تولید شده در صنایع فولاد و فلزات با استانداردهای موجود صنعت برق فاصله‌ی زیادی دارد و همواره نیاز به جبران‌سازی و فیلتر هارمونیک‌ها و افزایش کیفیت توان توسط بانک‌های فیلتر هارمونیکی است.
و نمی‌توان کارخانه تولید فولادی را بدون فیلترهای هارمونیک متصور شد زیرا منجر به خسارات بسیار زیادی می‌شود که گاها منجر به توقف فرایند تولید می‌شود که جبران آن نیاز به صرف هرینه بسیار زیاد است.
جهت مشاوره خرید و استعلام قیمت، نصب و راه اندازی، راهنمایی، گارانتی و مشخصات فنی فیلتر هارمونیک با کارشناسان دیزل صنعت تماس بگیرید. (۳۳۳۵۹۸۱۸ – ۰۴۱ ).
