Caso de aplicação de FGI SVG em uma grande usina siderúrgica com forno elétrico a arco.

Cenário de aplicação e principais questões

O principal equipamento de produção em uma grande base de fundição de aços especiais é um forno elétrico a arco CA de 80 toneladas. Durante a fusão de sucata de aço, a corrente de operação do forno é extremamente instável. Ela apresenta flutuações aleatórias, rápidas e de grande amplitude, caracterizando-se como uma carga não linear de impacto típica. Isso causa graves problemas de qualidade de energia no sistema de distribuição de 10 kV da planta.

Impacto severo da potência reativa : Durante os estágios de curto-circuito do eletrodo e ignição do arco, o forno absorve instantaneamente uma grande quantidade de potência reativa. Isso faz com que o fator de potência da rede flutue violentamente entre 0,5 e 0,9, com um fator de potência médio de apenas 0,78.

Flutuações e oscilações significativas de tensão : As mudanças bruscas na corrente reativa causam flutuações frequentes na tensão do barramento. Isso leva a uma oscilação perceptível na iluminação da oficina, afetando seriamente as tarefas visuais e ameaçando a operação estável de outros equipamentos de precisão, como fornos de refino e máquinas de lingotamento contínuo.

Poluição harmônica grave : A carga do forno a arco gera correntes harmônicas substanciais, principalmente de 2ª a 7ª ordem. Essas harmônicas causam o superaquecimento de transformadores e cabos, acelerando o envelhecimento do isolamento dos equipamentos.

Esses problemas resultam diretamente em altos níveis de   penalidades por taxas de ajuste do fator de potência. Além disso, as paralisações na produção e as flutuações de qualidade causadas pela instabilidade da tensão geram custos ocultos significativos para a empresa.

Solução e implementação

Soluções convencionais como bancos de capacitores fixos (FC) ou capacitores chaveados por tiristores (TSC) não conseguiam resolver esses problemas. Seu tempo de resposta lento (em segundos) e a incapacidade de ajuste contínuo não conseguiam acompanhar as mudanças em nível de milissegundos do forno a arco, e até mesmo corriam o risco de causar ressonância. A siderúrgica acabou optando por...FGI SVG como solução.

Baseado em dispositivos de potência IGBT totalmente controlados, o SVG atua como um "gerador de corrente reativa". Sua principal vantagem reside na detecção em tempo real da corrente de carga , permitindo uma compensação dinâmica precisa. O projeto envolveu a instalação de um conjunto de dispositivos FGI SVG em paralelo na barra de 10 kV da usina. Os principais recursos de implementação incluíram:

Rastreamento Rápido : O sistema de controle do SVG monitora a corrente do forno a arco em tempo real. Sua velocidade de resposta dinâmica é muito maior do que a taxa de variação das condições de operação do forno.

Gerenciamento de dupla função : Ao gerar potência reativa capacitiva ou indutiva para equilibrar a demanda reativa do sistema, sua função de Filtro Ativo de Potência (APF) filtra simultaneamente correntes harmônicas de ordens específicas.

Operação Inteligente : O dispositivo alterna automaticamente e suavemente entre os modos de compensação de potência reativa e filtragem de harmônicos com base na demanda da rede, permitindo operação totalmente automática e ininterrupta.

Resultados operacionais

Após a entrada em operação do FGI SVG, a qualidade da energia da usina melhorou fundamentalmente, com resultados notáveis:

Melhoria significativa na qualidade da energia : O fator de potência médio aumentou de forma constante de 0,78 para mais de 0,98, eliminando completamente as penalidades por baixo fator de potência. A amplitude da flutuação da tensão do barramento foi reduzida em mais de 70% e a oscilação da iluminação praticamente desapareceu. Isso proporcionou um ambiente de tensão estável e confiável para toda a linha de produção. Os níveis de conteúdo das principais correntes harmônicas atenderam aos padrões nacionais e os problemas de aquecimento anormal em transformadores e cabos foram resolvidos.

Benefícios econômicos diretos e notáveis : A fábrica agora evita dezenas de milhares em taxas mensais de ajuste do fator de potência. A redução de harmônicos e a estabilização da tensão diminuem significativamente as perdas e o aumento da temperatura em equipamentos de transmissão e distribuição, como transformadores e cabos, prolongando sua vida útil e reduzindo os custos de manutenção. A melhoria na estabilidade do fornecimento de energia reduziu a zero as paradas não planejadas nas linhas de produção de refino e lingotamento contínuo associadas, devido a problemas de tensão, garantindo a produção e a qualidade do produto.

Operação segura e confiável do sistema : O próprio FGI SVG opera com perdas muito baixas (<0,8%) e alta eficiência. O equipamento funciona sem problemas, eliminando a necessidade de frequentes operações de chaveamento exigidas pelos bancos de capacitores tradicionais, reduzindo assim o risco de falhas nos painéis elétricos.

O gerador de tensão de alta tensão FGI (SVG) é uma solução ideal para problemas de qualidade de energia causados ​​por cargas não lineares de impacto, como fornos elétricos a arco. Ele não só permite a compensação dinâmica rápida de potência reativa, estabiliza a tensão e melhora o fator de potência, como também suprime eficazmente os harmônicos, alcançando "múltiplos benefícios com um único dispositivo". Este investimento recupera o custo em um curto período através da economia de energia e da redução de custos. Mais importante ainda, garante a segurança, a estabilidade e a eficiência a longo prazo do sistema de alimentação da empresa. Ele estabelece uma base energética sólida para a produção contínua e automatizada, oferecendo um valor abrangente que supera em muito o dos dispositivos de compensação tradicionais.