Anwendung aktiver Filter in der biopharmazeutischen Industrie

Zeit: 25. Dezember 2023 |Quelle: Acrel

Zusammenfassung: Mit der weit verbreiteten Verwendung elektronischer Geräte nehmen nichtlineare Belastungen zu, was dazu führt, dass die Oberwellenbelastung in den Stromnetzen von Unternehmen immer schwerwiegender wird.Aufgrund der negativen Auswirkungen von Oberschwingungen verschlechtert sich die Qualität der Elektrizität, die zusätzlichen Verluste nehmen zu, die Zuverlässigkeit des Stromnetzes nimmt ab, so dass der normale Betrieb der Stromversorgungs- und Verbrauchsgeräte des Unternehmens beeinträchtigt wird und sogar Geräte beschädigt werden elektrische Störungen.Ausgehend von den Anforderungen und aktuellen Situationen der Stromsicherheit analysiert dieser Beitrag die Funktionen und Wirkungen aktiver Filtereinrichtungen in biopharmazeutischen Sicherheitsstromversorgungssystemen.

Schlüsselwörter: Harmonische, Netzqualität, aktiver Filter

 

1. Einleitung

Heutzutage werden in pharmazeutischen Unternehmen zahlreiche leistungselektronische Geräte eingesetzt, wobei Gleichrichtergeräte einen großen Anteil ausmachen.Die vom Wechselrichter, Gleichstrom-Chopper usw. benötigte Gleichstromversorgung erfolgt hauptsächlich über die Gleichrichterschaltung.Die phasengesteuerte Thyristor-Gleichrichterschaltung oder die Dioden-Gleichrichterschaltung ist die schwerwiegende Quelle für Oberwellen.Obwohl die Einzelkapazität elektrischer Geräte gering ist, ist ihre Zahl riesig, die meisten davon enthalten Schaltnetzteile.Immer häufiger kommen verschiedene Arten von Schaltnetzteilen und Frequenzumrichtern sowie die von Leuchtstofflampen erzeugten Oberschwingungen zum Einsatz, so dass die Oberschwingungsbelastung der Stromversorgung immer stärker in den Vordergrund rückt.Netzoberschwingungen führen zu einer Verzerrung der Spannungs- und Stromwellenform, sodass im Stromnetz und in der elektrischen Ausrüstung des Unternehmens viele ungewöhnliche Phänomene und Fehler auftreten.Der wirksame Schutz vor Oberschwingungen ist zu einem wichtigen Bestandteil des sicheren Betriebs des Energiesystems des Unternehmens geworden.Der aktive Filter sammelt den Oberschwingungsstrom über CT, berechnet und extrahiert schnell den Inhalt jeder Oberschwingung durch die CPU und sendet Anweisungen aus, um das Leistungsgerät zu veranlassen, den Kompensationsstrom mit gleicher Amplitude und entgegengesetzter Richtung zum Oberschwingungsstrom zu erzeugen, und speist ihn ein in das Stromnetz eingespeist, um den Oberschwingungsstrom im System auszugleichen.

2. Hauptmerkmale der Stromqualität in der biopharmazeutischen Industrie

2.1 Die biopharmazeutische Industrie weist eine Clusterentwicklung auf.Die Entwicklung von Industrieclustern ist der unvermeidliche Trend in der Zukunft.Bei Biopharmazeutika handelt es sich um eine Kombination von Prozessen, die mit verschiedenen Verknüpfungen verknüpft werden müssen. Daher ist die Steuerung der Stromqualität besonders wichtig.Sobald die Ausrüstung oder das Stromversorgungssystem ausfällt, führt dies zu einem linearen Rückgang des wirtschaftlichen Nutzens.

2.2 Die Hauptverbraucher sind Pumpen und Motoren, die über Frequenzumrichter angetrieben werden.Die Hauptoberwellenquelle ist der Frequenzumrichter mit einem großen Anteil an Oberwellen, der eine separate Konfiguration des APF für das Oberwellenmanagement erfordert.

 

3. Harmonische Quellen im biopharmazeutischen Stromversorgungs- und Verteilungssystem

Mit der rasanten Entwicklung der Pharmaindustrie entstanden zahlreiche fortschrittliche Geräte, die von der Pharmaindustrie benötigt wurden.Es gibt eine große Anzahl von Pumpen und Motoren, und viele davon sind mit Frequenzumrichtern ausgestattet.Durch die große Anwendungsvielfalt von Frequenzumrichtern erhöht sich der Oberschwingungsgehalt des Stromverteilungssystems erheblich.

Gegenwärtig verwenden die meisten Frequenzumrichter eine 6-Puls-Gleichrichtung, um Wechselstrom in Gleichstrom umzuwandeln, sodass die Oberwellen hauptsächlich die 5., 7. und 11. sind.Gleichzeitig gibt es in Pharmaunternehmen in der Regel Labore und automatische Produktionslinien mit einer Vielzahl von Präzisionsgeräten, die in vielen Fällen sowohl Erzeuger als auch Opfer von Oberschwingungen sind.Oberwellen beeinträchtigen den normalen Betrieb der Geräte im Labor und führen dazu, dass laufende Experimente verloren gehen.Oberwellen wirken sich auch auf die intelligenten Steuerungen und SPS-Systeme in automatisierten Produktionslinien aus und führen zum Ausfall der automatischen Steuerungsausrüstung.Daher haben die harmonischen Probleme von Pharmaunternehmen weitreichende Auswirkungen und schwerwiegende Schäden, die dringend bewältigt werden müssen.

3.1 Forschungsstationen und Labore

In Laboren benötigt eine große Anzahl empfindlicher Geräte eine saubere Netzumgebung, um den normalen Betrieb des Systems sicherzustellen, wie z. B. High-Tech-Instrumente, Präzisionsinstrumente und Messgeräte, Schaltnetzteile, Gleichrichter-Wechselrichter, USV/EPS usw. die auch größere harmonische Quellen sind.In Laboratorien und an anderen Orten, an denen eine große Anzahl von Schaltnetzteillasten vorhanden ist, werden erhebliche 3., 5. und 7. Harmonische erzeugt, wobei wir besonders auf die Auswirkungen des 3. Harmonischenstroms auf den Neutralleiter achten sollten.

3.2 Automatische Produktionslinien

Die Fermentation ist ein wichtiger Teil der API-Produktion, die im Fermenter erfolgt.Mit der kontinuierlichen Erweiterung der Produktleistung, der Aktualisierung neuer Prozesse und der Verbreitung neuer Sorten ergeben sich unterschiedliche Anforderungen an die Steuerung des Fermenters, die Rührfrequenz und die Anpassung der Zeitspanne.Für Situationen mit hoher Belastung, großem Stromverbrauch und langem Fermentationszyklus haben die Fermentationsproduktionsunternehmen in den letzten Jahren auch verschiedene Methoden zur Durchführung der Geräteerneuerung eingesetzt.Die Frequenzsteuerung kann sowohl den Anforderungen des Produktionsprozesses gerecht werden als auch den Verbrauch senken.Mit der kontinuierlichen Verbesserung der Automatisierung wird jedoch auch die Stromverschmutzung durch Automatisierungsgeräte immer schlimmer.Auch der entsprechende Eingriff in die automatische Steuerung wird immer stärker.Auch die Anforderungen an die Filterung und Reinigung der Stromversorgung, um eine relativ stabile und umweltfreundliche Stromversorgung zu erhalten, werden immer höher.

 

4. Praktischer Fall

Nehmen wir als Beispiel ein biopharmazeutisches Stromqualitätsmanagementprojekt in der Provinz Shandong. Laut Rückmeldung des Anlagenverantwortlichen kommt es im gesamten Bürogebäude des Werks und im Reaktor im Kondensatorschrank der Produktion häufig zu Auslösephänomenen Die Werkstatt scheint verbrannt zu sein und das N-Draht-Kabel ist überhitzt.Der Hauptgrund dürfte darin liegen, dass sich im gesamten Bürogebäude und in der Produktionswerkstatt zahlreiche Inverter-Klimaanlagen, Computer- und Kommunikationsgeräte, LED-Beleuchtung, Pumpen usw. befinden, die Oberschwingungen erzeugen und sich auf die gesamte Stromversorgung auswirken Versorgungs- und Vertriebssystem.Nun gilt es, die Verteilerräume des umfassenden Bürogebäudes und der Produktionshalle zu vermessen und anhand der entsprechenden Stromqualitätsdaten die entsprechende Lösung zu finden.

4.1 Harmonische Messdaten im Verteilerraum des Gesamtbürogebäudes

Harmonische Messdaten im Verteilerraum des umfassenden Bürogebäudes
	aktuell	aktuelle Verzerrungsrate	harmonischer Inhalt	3. Harmonische	5. Harmonische	7. Harmonische
A	346A	22,3 %	77,16A	29,4A	58,9A	35,9A
B	323A	20,8 %	67,18A	16,4A	55,7A	29,4A
C	320A	22,6 %	72,32A	21,7A	57.1A	35,2A

 

4.2 Harmonische Messdaten im Verteilerraum der Produktionshalle

Harmonische Messdaten im Verteilerraum der Produktionshalle
	aktuell	aktuelle Verzerrungsrate	harmonischer Inhalt	3. Harmonische	5. Harmonische	7. Harmonische
A	152,71	88,03 %	134	78.1	52,85	32,54
B	130.14	81,9 %	106	63,56	42,39	27.81
C	155,84	83,54 %	130	78,56	51,99	30.52
N	220,74			223.1

 

Aus den oben genannten beiden Messdatensätzen kann geschlossen werden, dass die Harmonischen des gesamten Bürogebäudes hauptsächlich im 5. und 7. Bereich liegen und die aktuelle Verzerrungsrate bis zu 22 % beträgt.Die 5. und 7. Harmonische können zentral im Verteilerraum verwaltet werden, um die harmonischen Auswirkungen auf das gesamte Stromversorgungs- und Verteilungssystem, Transformatoren, Kondensatorschränke und andere Elektrizitätsgeräte zu eliminieren und so die normale Produktion von Biopharmazeutika sicherzustellen.Die Oberschwingungen im Verteilungsraum der Produktionswerkstatt sind schwerwiegender, da die 3. und 5. Oberschwingung den nationalen Oberschwingungsstromwertstandard GB/T14549-1993 „Oberschwingungen im öffentlichen Versorgungsnetz“ des 0,38-kV-Systems überschritten haben.Vor-Ort-Kondensatorschränke werden mit 7 % Reaktanz in Reihe geschaltet.Die 3. und 5. Harmonische fließen in den Kondensatorschrank und der Oberschwingungsstrom überlagert den Grundstrom des Kondensators, wodurch der Betriebsstrom des Kondensators größer wird und die Temperatur ansteigt, was zu Überhitzung führt und die Lebensdauer des Kondensators verkürzt Dadurch wird der Kondensator beschädigt.

Um diese Probleme zu lösen, können aktive Filtergeräte verwendet werden, die die volldigitale DSP+FPGA-Steuerungsmethode verwenden und im System parallel geschaltet sind.Sie können die 2. bis 51. Harmonische vollständig kompensieren oder bestimmte Harmonische kompensieren, Harmonische im System beseitigen, um Schäden an der N-Leitung zu verhindern, und die Stromkreise vor Bränden schützen.

 

5. Schlussfolgerung

Mit der Einführung und Vertiefung moderner Produktionsprozesse, Energieanlagen und anderer fortschrittlicher wissenschaftlicher Mittel entsteht eine große Anzahl nichtlinearer leistungselektronischer Geräte, die die Qualität von Biopharmazeutika verbessern, aber auch schwerwiegende Auswirkungen auf die Stromqualität der Stromversorgung haben und Verteilungssystem der gesamten Anlage gleichzeitig, insbesondere der wissenschaftlichen Forschungslabore, wo die Belastungen vielfältig sind und die harmonische Erzeugung und Änderungen eine große Zufälligkeit und Komplexität aufweisen.Durch die Untersuchung der Stromqualität des Versorgungs- und Verteilungssystems in biopharmazeutischen Gebäuden und den Vorschlag einer sinnvollen Lösung in Verbindung mit der Systemplattform kann die Qualität der Stromversorgung in biopharmazeutischen Gebäuden sowie der sichere und wirtschaftliche Betrieb des Netzes und der Energie verbessert werden Der Verbrauch kann reduziert werden.

Verweise:

[1] Acrel Enterprise Microgrid Design- und Anwendungshandbuch.Version 2022.05