Yliaaltojen suodatus ja loistehon kompensointi teollisuusverkossa

Abstract

Teollisuudessa, julkisella sektorilla sekä kotitalouksissa käytettävät useat elektroniset laitteet aiheuttavat niitä syöttävään sähköverkkoon häiriöitä, jotka johtuvat niiden ottaman sähkövirran muutoksesta. Tällaisia laitteita kutsutaan epälineaarisiksi virtapiirin osiksi, koska ne muuttavat verkosta otettua sinimuotoista virtaa esimerkiksi tasasuuntaamalla sitä. Epälineaariset kuormat aiheuttavat häiriöitä sähköverkkoon säröyttämällä jännitettä. Jännitesärö haittaa verkon muiden laitteiden ideaalista toimintaa ja pahimmissa tapauksissa rikkoo niitä.

Tässä opinnäytetyössä tehtiin Metsä Fibren Rauman sellutehtaan kunnossapitoyrityksen, Botnia Mill Service Oy:n, toimeksiannosta selvitys tehtaan taajuusmuuttajakeskuksien yliaaltojen sekä loistehon määrästä. Tehtaalla käytössä olevia taajuusmuuttajia on sekä vanhoja Siemensin että uusia ABB:n valmistamia. Käytössä olevat yliaaltosuodattimet ovat asennettu samoihin aikoihin kuin Siemensin taajuusmuuttajat, ja ne eivät ole suurimmaksi osaksi yhteensopivia ABB:n uusien taajuusmuuttajien kanssa muuttuneen sähkön laadun takia. Opinnäytetyön tavoitteena oli sähkön laatumittauksien perusteella mitoittaa sellutehtaan taajuusmuuttajakeskuksille uudet yliaaltosuodatus- ja loistehokompensointilaitteistot.

Tämän opinnäytetyön alussa käydään läpi sähkötekniikan perussuureita, yliaaltoteoriaa ja kompensointivaihtoehtoja. Tämän jälkeen käsitellään mittauksien periaatteet Metsä Fibren tehtaalla. Työn lopussa tarkastellaan sähkön laadun mittaustuloksia, esitetään kompensointiratkaisuja ja tehdään johtopäätelmät sekä ehdotetaan jatkotutkimuksia.

Tässä opinnäytetyössä ehdotettujen suosituksien avulla Botnia Mill Service Oy voi päivittää sellutehtaan yliaaltosuodattimet uusiin laiteratkaisuihin ja täten parantaa koko sellutehtaan säädettyjen moottorikäyttöjen tehokerrointa ja elinikää. Tätä työtä voidaan myös käyttää tehtaan sisäisenä oppaana yliaalloista, yliaaltojen suodatuksesta, loistehosta ja loistehon kompensoinnista.

Many electrical appliances in industrial and public sectors as well as in households cause disturbance in the electrical grid that supplies them. These appliances change the grid’s current waveform in a way that it differs from the voltage’s sinusoidal waveform. In electrical engineering these kinds of appliances are called nonlinear loads. The change in the current’s waveform is caused for example by the way of rectification. The disturbance, also known as harmonics, distort the voltage. This has negative effects on the ideal operation of the grid’s other applications, and in the worst case scenario, can damage them.

This bachelor’s thesis was made by the commission of Botnia Mill Service Oy, the maintenance company of the Rauma pulp mill of Metsä Fibre Oy. The purpose of this thesis was to make a report on the level of harmonics and reactive power of frequency converter centers of the pulp mill using electric power quality measuring. Currently there are frequency converters from two different manufacturers in the pulp mill. Harmonic filtering equipment were initially installed at the same time as the old frequency converters, but because of the upgrade to the new frequency converters, the old filtering equipment is not compatible anymore due to the changes to the quality of the electricity in the pulp mill’s electrical grid.

The objective of this thesis was to make suggestions, with the power quality measurements as basis, to change the old harmonic filtering components to new ones as well as to add compensation equipment to reduce the levels of reactive power in the electrical grid of the pulp mill.