Application de l'acier FGI SVG dans une grande aciérie à four à arc électrique

Scénario d'application et problèmes principaux

L'équipement de production principal d'une grande aciérie spéciale est un four à arc électrique de 80 tonnes. Lors de la fusion de ferraille, le courant de fonctionnement du four est extrêmement instable. Il présente des fluctuations aléatoires, rapides et importantes, ce qui en fait une charge non linéaire typique de type impact. Ceci engendre de graves problèmes de qualité de l'énergie électrique sur le réseau de distribution 10 kV de l'usine.

Impact important de la puissance réactive : lors des phases de court-circuit des électrodes et d’amorçage de l’arc, le four absorbe instantanément une grande quantité de puissance réactive. Ceci provoque de fortes fluctuations du facteur de puissance du réseau entre 0,5 et 0,9, avec un facteur de puissance moyen de seulement 0,78.

Fluctuations et scintillements importants de la tension : Les variations brusques du courant réactif entraînent de fréquentes fluctuations de la tension du bus. Il en résulte un scintillement perceptible de l’éclairage de l’atelier, ce qui perturbe considérablement les tâches visuelles et menace le bon fonctionnement d’autres équipements de précision tels que les fours d’affinage et les machines de coulée continue.

Pollution harmonique importante : La charge du four à arc génère des courants harmoniques importants, principalement du 2e au 7e ordre. Ces harmoniques provoquent une surchauffe des transformateurs et des câbles, accélérant le vieillissement de l’isolation des équipements.

Ces problèmes entraînent directement des taux élevés   pénalités liées aux frais d'ajustement du facteur de puissance. De plus, les arrêts de production et les fluctuations de qualité causés par l'instabilité de la tension engendrent d'importants coûts de production cachés pour l'entreprise.

Solution et mise en œuvre

Les solutions conventionnelles telles que les batteries de condensateurs fixes (FC) ou les condensateurs commutés par thyristors (TSC) ne permettaient pas de résoudre ces problèmes. Leur temps de réponse lent (de l'ordre de la seconde) et leur incapacité à un réglage continu ne pouvaient pas suivre les variations de l'ordre de la milliseconde du four à arc, et risquaient même de provoquer une résonance. L'aciérie a finalement opté pour la solution suivante :FGI SVG comme solution.

Basé sur des transistors IGBT de puissance entièrement contrôlés, le SVG fonctionne comme un générateur de courant réactif. Son principal avantage réside dans la détection en temps réel du courant de charge , permettant une compensation dynamique précise. Le projet a consisté à installer en parallèle plusieurs dispositifs SVG FGI sur la barre omnibus 10 kV de l'installation. Les principales caractéristiques de mise en œuvre étaient les suivantes :

Suivi rapide : Le système de contrôle du SVG surveille en temps réel le courant du four à arc. Sa vitesse de réponse dynamique est bien supérieure à la vitesse de variation des conditions de fonctionnement du four.

Gestion à double fonction : Tout en générant de la puissance réactive capacitive ou inductive pour équilibrer la demande réactive du système, sa fonction de filtre de puissance actif (APF) filtre simultanément les courants harmoniques d'ordres spécifiés.

Fonctionnement intelligent : L'appareil bascule automatiquement et en douceur entre les modes de compensation de puissance réactive et de filtrage harmonique en fonction de la demande du réseau, permettant un fonctionnement entièrement automatique 24 heures sur 24.

Résultats opérationnels

Après la mise en service du FGI SVG, la qualité de l'électricité de la centrale s'est fondamentalement améliorée, avec des résultats remarquables :

Amélioration significative de la qualité de l'énergie : le facteur de puissance moyen a progressé régulièrement de 0,78 à plus de 0,98, éliminant ainsi les pénalités liées à un faible facteur de puissance. L'amplitude des fluctuations de tension du bus a été réduite de plus de 70 % et le scintillement de l'éclairage a quasiment disparu. Ceci a permis de garantir un environnement de tension stable et fiable pour l'ensemble de la ligne de production. Les taux de contamination des principaux courants harmoniques sont tous conformes aux normes nationales et les problèmes de surchauffe des transformateurs et des câbles ont été résolus.

Avantages économiques directs et significatifs : L’usine économise désormais des dizaines de milliers d’euros par mois en frais de correction du facteur de puissance. La réduction des harmoniques et la stabilisation de la tension diminuent considérablement les pertes et l’échauffement des équipements de transport et de distribution, tels que les transformateurs et les câbles, prolongeant ainsi leur durée de vie et réduisant les coûts de maintenance. L’amélioration de la stabilité de l’alimentation électrique a permis d’éliminer les arrêts imprévus des lignes de production de raffinage et de coulée continue dus à des problèmes de tension, garantissant ainsi la production et la qualité des produits.

Fonctionnement sûr et fiable du système : Le générateur de courant alternatif FGI (FGI SVG) fonctionne avec des pertes très faibles (< 0,8 %) et un rendement élevé. L’équipement fonctionne de manière fluide, éliminant ainsi le besoin de manœuvres de commutation fréquentes requises par les batteries de condensateurs traditionnelles et réduisant de ce fait le risque de défaillance des appareillages de commutation.

Le générateur de courant variable haute tension (GVV) de FGI est la solution idéale aux problèmes de qualité de l'énergie causés par les charges non linéaires à impact, telles que les fours à arc électrique. Il permet une compensation dynamique rapide de la puissance réactive, stabilise la tension, améliore le facteur de puissance et supprime efficacement les harmoniques, offrant ainsi de multiples avantages. Cet investissement est rapidement rentabilisé grâce aux économies d'énergie et à la réduction des coûts. Plus important encore, il garantit la sécurité, la stabilité et l'efficacité à long terme du système d'alimentation électrique de l'entreprise. Il constitue une base énergétique solide pour une production continue et automatisée, offrant une valeur ajoutée bien supérieure à celle des dispositifs de compensation traditionnels.