Actieve filters De ontwikkeling van elektronica zorgt ervoor dat compensatietechnieken steeds intelligenter worden. Sinds een aantal jaren zien we dat een actief dynamisch filter (ADF) steeds vaker wordt toegepast voor het oplossen van power quality problemen. Maar wat is nu een ADF? Wat zijn de voordelen en waar moeten we op letten bij de aanschaf?
1
Power Quality
Power Quality beschrijft de kwaliteit van spanning en stroom. Een slechte stroom- of spanningskwaliteit kan leiden tot uitval van apparatuur, het overbelasten van de installatie of claims en boetes. Daarom worden er eisen gesteld aan opgenomen stroomdoor apparatuur alsmede de geleverde spanning. Er zijn normen voor openbare netten, industriële niet openbare netten en aangesloten apparatuur. De EN-50160 beschrijft de normen die gelden als afspraken tussen de netbeheerder (levering van spanning) en gebruiker (gebruiker van stroom). Elektriciteitsnetten van eindgebruikers van elektriciteit hebben echter te maken met de EN-61000 normenreeks. Binnen deze reeks zijn normen voor zowel spanning (netten tot 35 kV) als stroomkwaliteit (apparatuur) opgenomen.
fig. 1 Power Quality, normen en verantwoordelijkheden
De eigenschappen van apparatuur of de elektrische infrastructuur veroorzaken in sommige gevallen problemen met power quality. Deze problemen kunnen o.a. te maken hebben met het spanningsniveau, harmonische vervuiling of een slechte cos-phi. Deze problemen kunnen leiden tot uitval of het defect raken van apparatuur. Anderzijds kunnen ook normen worden overschreden. In al deze gevallen is het nodig maatregelen te nemen.
2
De ontwikkeling van elektronica in compensatietechnieken
De afgelopen decennia is de prijs van vermogenselektronica drastisch gedaald. Het toepassen van deze elektronica in bijvoorbeeld huishoudelijke apparaten, verlichting, auto's en in de industrie is hierdoor explosief gestegen. Door de toepassing van deze elektronica kregen ontwikkelaars meer vrijheden, kon er compacter worden gebouwd en werd er bovendien energie bespaard. Waar vroeger elektromotoren werden aangestuurd met behulp en relais of sterdriehoekschakelaar, is nu zichtbaar dat op elk formaat motor toerenregelingen worden toegepast. Van kleine cv-pompen van 50W tot aan grote aandrijvingen tot wel 20 MW. Ook bij verlichting is zichtbaar dat het toepassen van hoogfrequente voorschakel- apparatuur of LED de conventionele smoorspoelen vervangen. Naast het toepassen van elektronica is ook aangetoond dat bedrijfsprocessen sneller veranderen en dynamischer worden. Bedrijven en instellingen moeten zich sneller kunnen aanpassen aan de veranderende marktomstandigheden.
fig. 2 De ontwikkeling van elektronica en compensatietechnieken
Vanuit power quality betekent dit ook een verandering. Waar vroeger vaste condensatoren gebruikt konden worden voor de compensatie van een constante belasting en een constant proces blijkt dat in veel gevallen thyristor-gestuurde condensatoren niet de gewenste flexibiliteit of snelheid bieden. Net als met de ontwikkeling van elektronica blijkt dat deze ook voor compensatietechnieken een gunstig effect heeft als het gaat om flexibiliteit en snelheid. Met behulp van de halfgeleidertechnieken is het actieve filter ontwikkeld.
3
De werking van een actief dynamisch filter
Een actief dynamisch filter kan worden vergeleken met een antigeluidinstallatie. De sinusvorm wordt met een hoge frequentie gescand. Indien er afwijkingen worden geconstateerd ten opzichte van de ideale sinusvorm reageert het actief filter. Het filter vergelijkt de afwijking met de ideale sinusvorm (50 Hz grondvorm) en injecteert hierop een tegenstroom welke 180°C verschoven is ten opzichte van de afwijking. Het resultaat hiervan is dat op het aansluitpunt van het actief filter in de installatie de 50 Hz grondvorm van de stroom wordt hersteld.
fig. 3 Een actief filter compenseert vervuiling met een "tegenstroom". Doordat de stroom van het actief filter naar bijvoorbeeld de transformator geen harmonische vervuiling bevat kan deze ook geen invloed meer uitoefenen op de spanning. De spanning blijft hierdoor ook vrij van vervuiling waardoor deze geen schade meer kan toebrengen aan apparatuur. Eigenschappen van actieve filters Een actief filter is als het ware een vrij programmeerbare stroombron die ingezet kan worden in elk type installatie. Met behulp van het instellen van de parameters kan gekozen worden op welk type vervuiling het filter zich moet concentreren en tot welke mate hij deze moet elimineren. Dit is een aanmerkelijk verschil met passieve compensatie systemen zoals bijvoorbeeld cos-phi of harmonische compensatie met behulp van condensatoren. Bij de passieve compensatiesystemen wordt het systeem gedimensioneerd naar aanleiding van de mate van vervuiling. Als naderhand de installatie wordt aangepast, bestaat de kans kan een passief systeem wordt overbelast.
Eigenschappen van actieve filters: - Volledig dynamisch - Niet overbelastbaar - Zeer snelle reactietijd - Immuun voor resonanties - Past zich automatisch aan veranderende omstandigheden - Maximale besparingsmogelijkheden worden benut - Alle mogelijke PQ- problemen worden geëlimineerd - ‘Pauzeert' indien de belasting laag is - Elektronica als wapen tegen elektronica De snelheid van het filter is in veel gevallen een belangrijke factor om te kiezen voor een actief filter. Wanneer een filter te laat reageert op bijvoorbeeld reactief vermogen of harmonische vervuiling, kan het zijn dat er over- of onder compensatie plaatsvindt. Dit leidt vaak tot nieuwe problemen. Doordat een filter zich aanpast aan veranderende omstandigheden, is het filter gedurende zijn hele levensduur zeer effectief. Hierdoor worden de hogere investeringskosten over het algemeen snel terugverdiend. Toepassingen van actieve filters Doordat een actief filter snel en intelligent is, kan hij vele type netvervuiling compenseren. Daardoor is hij breed inzetbaar en kan hij voor veel verschillende problemen en applicaties worden gebruikt:
4
De inzet van actieve filters bij generatorbedrijf
De inzetten van generatoren heeft tot gevolg dat het net een stuk minder sterk wordt. Vervuilende belastingen hebben hierdoor een veel slechtere spanningskwaliteit tot gevolg. Vooral in situaties waarbij wordt omgeschakeld van netbedrijf naar generatorbedrijf (zoals in ziekenhuizen, datacenters) kan dit problemen tot gevolg hebben. De slechtere spanningskwaliteit leidt tot verhoging van harmonische vervuiling, het blindvermogen, nulstromen, etc.
fig. 4 Het omschakelen van netbedrijf naar generatorbedrijf leidt tot een verslechtering van de spanningskwaliteit
Een actief filter zal automatisch de filterstroom aanpassen nadat de installatie omgeschakeld is van netbedrijf naar generatorbedrijf. Hierdoor wordt de spanningskwaliteit bij omschakeling nagenoeg contstant gehouden. Dat betekent dat een bedrijfszekere werking van de installatie wordt gegarandeerd, ook na omschakeling naar generatorbedrijf.
