Caso de aplicación de FGI SVG en una gran planta siderúrgica con horno de arco eléctrico

Escenario de aplicación y cuestiones fundamentales

El equipo principal de producción en una gran planta de fundición de acero especial es un horno de arco eléctrico de CA de 80 toneladas. Durante la fundición de chatarra de acero, la corriente de operación del horno es extremadamente inestable. Presenta fluctuaciones aleatorias, rápidas y de amplio rango, lo que la convierte en una carga no lineal típica de impacto. Esto causa graves problemas de calidad de la energía en el sistema de distribución de 10 kV de la planta:

Impacto severo en la potencia reactiva : Durante las etapas de cortocircuito del electrodo e ignición del arco, el horno absorbe instantáneamente una gran cantidad de potencia reactiva. Esto provoca que el factor de potencia de la red fluctúe drásticamente entre 0,5 y 0,9, con un factor de potencia promedio de tan solo 0,78.

Fluctuaciones y parpadeos significativos de tensión : Los cambios bruscos de corriente reactiva provocan frecuentes fluctuaciones de tensión en el bus. Esto provoca un parpadeo notable en la iluminación del taller, lo que afecta gravemente la visión y pone en peligro el funcionamiento estable de otros equipos de precisión, como hornos de refinación y máquinas de colada continua.

Contaminación armónica grave : La carga del horno de arco genera corrientes armónicas considerables, principalmente de segundo a séptimo orden. Estos armónicos provocan el sobrecalentamiento de transformadores y cables, acelerando el envejecimiento del aislamiento de los equipos.

Estos problemas resultan directamente en altos   sanciones por tarifas de ajuste del factor de potencia. Además, las paradas de producción y las fluctuaciones de calidad causadas por la inestabilidad del voltaje crean importantes costos de producción ocultos para la empresa.

Solución e implementación

Las soluciones convencionales, como los bancos de condensadores fijos (FC) o los condensadores conmutados por tiristores (TSC), no podían solucionar estos problemas. Su lento tiempo de respuesta (en segundos) y la imposibilidad de un ajuste continuo no podían adaptarse a los cambios de milisegundos del horno de arco, e incluso corrían el riesgo de causar resonancia. La acería finalmente optó por...FGI SVG como la solución.

Basado en dispositivos de potencia IGBT totalmente controlados, el SVG actúa como un generador de corriente reactiva. Su principal ventaja reside en la detección en tiempo real de la corriente de carga , lo que permite una compensación dinámica precisa. El proyecto implicó la instalación de un conjunto de dispositivos SVG de FGI en paralelo en la barra colectora de 10 kV de la planta. Las características clave de la implementación incluyeron:

Seguimiento Rápido : El sistema de control del SVG monitorea la corriente del horno de arco en tiempo real. Su velocidad de respuesta dinámica es mucho mayor que la velocidad de cambio en las condiciones de operación del horno.

Gestión de doble función : mientras genera potencia reactiva capacitiva o inductiva para equilibrar la demanda reactiva del sistema, su función de filtro de potencia activa (APF) filtra simultáneamente corrientes armónicas de órdenes específicos.

Operación inteligente : el dispositivo cambia de manera automática y suave entre los modos de compensación de potencia reactiva y filtrado armónico según la demanda de la red, lo que permite un funcionamiento completamente automático las 24 horas del día.

Resultados operativos

Tras la puesta en funcionamiento de la FGI SVG, la calidad energética de la planta mejoró de forma fundamental, con resultados notables:

Mejora significativa en la calidad de la energía : El factor de potencia promedio aumentó de forma constante de 0,78 a más de 0,98, eliminando por completo las penalizaciones por bajo factor de potencia. La amplitud de fluctuación de la tensión del bus se redujo en más del 70 % y el parpadeo de la iluminación prácticamente desapareció. Esto proporcionó un entorno de tensión estable y fiable para toda la línea de producción. Los índices de contenido de corrientes armónicas principales cumplieron con las normas nacionales y se solucionaron los problemas de calentamiento anormal en transformadores y cables.

Beneficios económicos directos y notables : La planta ahora evita decenas de miles de dólares en cargos mensuales por ajuste del factor de potencia. La reducción de armónicos y la estabilización del voltaje disminuyen significativamente las pérdidas y el aumento de temperatura en equipos de transmisión y distribución, como transformadores y cables, lo que prolonga su vida útil y reduce los costos de mantenimiento. La mejora en la estabilidad del suministro eléctrico redujo a cero las paradas imprevistas en las líneas de producción de refinación y colada continua asociadas debido a problemas de voltaje, lo que garantiza la producción y la calidad del producto.

Operación segura y confiable del sistema : El FGI SVG opera con pérdidas muy bajas (<0.8%) y alta eficiencia. El equipo funciona sin problemas, eliminando la necesidad de las frecuentes operaciones de conmutación que requieren los bancos de condensadores tradicionales, lo que reduce el riesgo de fallas en los cuadros de distribución.

El SVG de alta tensión de FGI es una solución ideal para problemas de calidad de energía causados ​​por cargas no lineales de impacto, como los hornos de arco eléctrico. No solo permite una rápida compensación dinámica de la potencia reactiva, estabiliza la tensión y mejora el factor de potencia, sino que también suprime eficazmente los armónicos, logrando múltiples beneficios con un solo dispositivo. Esta inversión se recupera rápidamente gracias al ahorro energético y la reducción de tarifas. Y lo que es más importante, garantiza la seguridad, estabilidad y eficiencia a largo plazo del sistema de suministro de energía de la empresa. Sienta una base energética sólida para la producción continua y automatizada, ofreciendo un valor integral que supera con creces el de los dispositivos de compensación tradicionales.