Come contenere la distorsione armonica nei grandi impianti di estrusione della plastica?
Il limite delle soluzioni passive tradizionali
Nel settore della trasformazione delle materie plastiche, la continuità dei processi di estrusione dipende in modo significativo dalla qualità dell’alimentazione elettrica.
I grandi azionamenti in corrente alternata da 1300 A alimentati a 690 V utilizzano frequentemente raddrizzatori a 6 impulsi. Per limitare la distorsione armonica generata da questa configurazione, vengono normalmente installate induttanze di linea trifase in serie ai moduli raddrizzatori.
Questa soluzione rappresenta un primo livello di mitigazione delle armoniche, ma la sua efficacia è strettamente legata alle condizioni operative dell’impianto.
Nelle condizioni di massimo carico dell’estrusore, il contenuto armonico residuo può infatti raggiungere valori di THDi compresi tra il 30% e il 35% di THDi. Durante le fasi di carico parziale, come il mantenimento termico delle teste di estrusione o i cambi stampo, la corrente fondamentale diminuisce e l’attenuazione relativa fornita dall’induttanza perde efficacia.
In queste condizioni si possono verificare incrementi della distorsione armonica, surriscaldamenti sulle linee a 690 V e cadute di tensione sulla cabina di trasformazione MT/BT.
Perché le armoniche variabili rappresentano una criticità per l’impianto?
Con una corrente nominale di 1300 A, una distorsione armonica del 30-35% significa immettere nella rete interna dello stabilimento oltre 400 A di correnti armoniche.
Sebbene le frequenze armoniche generate rimangano sostanzialmente costanti, la loro ampiezza varia continuamente in funzione delle condizioni operative dell’estrusore.
Questa variabilità rende poco efficaci i sistemi di compensazione passivi tradizionali, progettati per condizioni operative relativamente stabili.
Come funziona l’architettura AHF modulare sviluppata da IREM?
Per gestire efficacemente la distorsione armonica variabile, IREM ha sviluppato una soluzione AHF (Active Harmonic Filter) modulare in parallelo, progettata per applicazioni industriali a 690 V.
Il sistema opera come sorgente di corrente controllata: mediante algoritmi di analisi armonica basati sulla trasformata rapida di Fourier (FFT) in tempo reale, l’elettronica di controllo identifica il contenuto armonico presente sulla rete e comanda agli inverter la generazione di correnti di compensazione uguali e opposte rispetto alle componenti indesiderate.
In questo modo le armoniche vengono neutralizzate direttamente nel punto di connessione, mantenendo il THDi entro i limiti richiesti dall’applicazione.
Quali vantaggi offre l’architettura modulare in parallelo?
I moduli AHF operano su un sistema sbarre comune, distribuendo uniformemente il contributo di compensazione. In una configurazione composta da quattro moduli da 100 A, oltre 400 A di correnti armoniche possono essere neutralizzati senza concentrare lo stress termico su un singolo apparato.
Iniezione centralizzata sul sistema sbarre
I moduli AHF operano su un sistema sbarre comune, distribuendo uniformemente il carico di compensazione.
In una configurazione tipica, oltre 400 A di correnti armoniche vengono compensati attraverso quattro moduli da 100 A, con una ripartizione equilibrata dello stress termico sui dispositivi di potenza.
Sezionamento selettivo dei moduli
Ogni modulo è collegato al sistema principale mediante un proprio interruttore-sezionatore con fusibili ad alto potere di interruzione.
In caso di anomalia, il modulo interessato viene isolato selettivamente senza interferire con il funzionamento della linea a 690 V.
Continuità operativa e manutenzione senza fermo impianto
La struttura modulare consente di isolare e sostituire un singolo modulo mantenendo attivo il sistema di filtraggio con capacità ridotta.
Questa caratteristica permette di effettuare attività di manutenzione o ripristino senza arrestare l’estrusore e senza interrompere il ciclo produttivo.
Quali benefici si ottengono in termini normativi ed energetici?
L’integrazione dei filtri attivi AHF IREM con le induttanze già presenti a monte del raddrizzatore consente di sfruttare i vantaggi delle soluzioni di primo equipaggiamento e di ridurre il THDi fino a valori inferiori all’8%, assicurando il rispetto dei requisiti previsti dalle più severe normative internazionali, tra cui IEEE 519.
Dal punto di vista energetico, la riduzione delle correnti armoniche comporta:
- diminuzione delle perdite per effetto Joule nei conduttori;
- riduzione delle perdite addizionali nel trasformatore MT/BT;
- minore sollecitazione termica dei cavi a 690 V;
- riduzione del rischio di interventi intempestivi delle protezioni;
- maggiore affidabilità dell’intero sistema di alimentazione.
L’adozione di una soluzione AHF modulare permette quindi di migliorare la Power Quality dell’impianto, incrementando l’efficienza complessiva del processo di estrusione e garantendo una maggiore continuità operativa.
