Przetwornice VLT® AQUA Drive
Wg prognoz przetwornice VLT® AQUA Drive zamontowane niedawno w stacji uzdatniania wody należącej do przedsiębiorstwa wodociągowego Affinity Water w Chertsey pozwolą zaoszczędzić ponad 1/3 miliona funtów na kosztach eksploatacji w ciągu 20 lat w porównaniu z najlepszym alternatywnym rozwiązaniem oferowanym dla tego projektu. Zastosowanie aktywnych filtrów wyższych harmonicznych oraz unikalnej koncepcji tylnego kanału chłodzenia zapewnia wyjątkową sprawność przetwornic częstotliwości firmy Danfoss.
Przez wiele lat pompy wysokiego podnoszenia w urządzeniach do uzdatniania wody w Chertsey były kontrolowane przez 12-pulsową przetwornicę o mocy 500 kW i napięciu zasilaniu 675 V. Jednak ostatnio te starzejące się przetwornice stały się zawodne i trudne w utrzymaniu. Dodatkowo firma Affinity Water zdawała sobie sprawę z tego, że są znacznie mniej wydajne energetycznie, niż ich nowoczesne odpowiedniki. Dlatego stwierdzono, że nadszedł czas na wymianę przetwornic.
Kluczowymi wymogami dla nowych urządzeń było zapewnienie najwyższej wydajności energetycznej, spełnienie warunków harmonicznych G5/4 oraz przystosowanie do użytku z silnikami pomp z izolacją niezgodną z normą IEC 60034-25 (krzywa B) do użytku z inwerterami 690 V. Po zapoznaniu się z odpowiednimi rozwiązaniami dostępnymi na rynku firma Affinity Water zawęziła wybór do dwóch alternatywnych możliwości. Jednym z rozwiązań było zastosowanie przetwornic VLT® AQUA Drive z aktywnymi filtrami wyższych harmonicznych, a drugim – przetwornic wykorzystujących technologię Active Front-End (AFE).
Ważną zaletą filtrów aktywnych Danfoss jest równoległe połączenie z zasilaniem przetwornicy, co oznacza, że prąd silnika nie przepływa przez nie. Dlatego straty są znacznie mniejsze niż przy tradycyjnych filtrach, w przypadku których prąd silnika musi przepłynąć przez jedną indukcyjność lub więcej. Kolejną zaletą jest to, że filtry nie wpływają na napięcie silnika, natomiast w przypadku przetwornic AFE napięcie wzrasta o około 10%. Co więcej, jeżeli nastąpi nieoczekiwana awaria filtra, przetwornica może kontynuować pracę, ponieważ filtr nie znajduje się bezpośrednio w torze zasilania silnika.
Dodatkowo przetwornice VLT® AQUA Drive o mocy powyżej 90 kW są wyposażone w funkcję chłodzenia z wykorzystaniem kanału tylnego, co wpływa na zmniejszenie wymaganej mocy chłodzenia nawet o 90% w porównaniu z tradycyjnymi urządzeniami. Oznacza to, że wymagana jest mniejsza liczba wentylatorów, co umożliwia oszczędzenie energii niezbędnej do zasilania wentylatorów oraz zmniejszenie kosztów wymiany filtrów powietrza w okresie eksploatacji systemu.
Aby pomóc firmie Affinity Water w wyborze jednego z dwóch alternatywnych rozwiązań, inżynierowie z Danfoss przeprowadzili bardzo szczegółowe porównanie kosztów eksploatacji dla każdego rozwiązania. Okazało się, że przy użyciu przetwornic Danfoss 400 kW VLT® AQUA Drives straty będą mniejsze o 9,6 kW na przetwornicę niż w przypadku alternatywnego rozwiązania AFE.
Dwie z czterech pomp pracowałyby normalnie, dlatego przetwornice Danfoss Drives wpłynęłyby na oszczędność 2 x 9,6 x 8760 = 168,192 kWh energii rocznie. Uznając, że koszt każdej kilowatogodziny energii wynosi 0,1 funta, oszczędności na kosztach energii wyniosłoby 16 820 funtów rocznie, co stanowi blisko 20% ceny inwestycji początkowej. W ciągu 20 lat eksploatacji systemu koszty oszczędzone na energii wyniosłyby 336,380 funtów. Redukcję emisji CO2 w tym samym okresie obliczono na 1776 ton.
Ta analiza miała decydujące znaczenie dla Affinity Water, przez co firma zdecydowała się na rozwiązanie Danfoss. Wykonawcą systemów wybranych w ramach projektu została firma Saftronics Controls Limited, partner biznesowy Danfoss, oferująca swoje rozległe doświadczenie w spełnianiu wymagań branży wodociągowej. Firma Saftronics wybrała wersję IP20 przetwornic o mocy 400 kW do użytku z systemem zasilania Affinity 675 V. Przetwornice zostały zamontowane w dwóch nowych układach sterowania silnikami zaprojektowanymi i wyprodukowanymi przez Saftronics Controls Limited, wraz z filtrami dU/dt chroniącymi silniki pompy dzięki izolacji, która nie była początkowo przeznaczona do pracy z przetwornicami częstotliwości.
Każdy układ sterowania silnikami jest wyposażony w dwie przetwornice i dwa filtry dU/dt. Przetwornice są zaaranżowane w sposób umożliwiający skuteczne wykorzystanie tylnego kanału chłodzenia. Dzięki temu niezbędne jest wykorzystanie jedynie ośmiu wentylatorów chłodzących. Dla porównania – w przypadku tradycyjnych przetwornic trzeba wykorzystać 24 wentylatory. Aby w odpowiedni sposób wykorzystać ograniczoną przestrzeń, w istniejących szafach sterowania zamontowano aktywne filtry wyższych harmonicznych.
Po wyprodukowaniu i pełnym przetestowaniu szaf sterowania w Leeds, firma Saftronics Controls Limited dostarczyła nowy sprzęt na miejsce, zamontowała go i przekazała do eksploatacji. Na każdym etapie firma Saftronics blisko współpracowała z Affinity Water w celu zminimalizowania wpływu prac na działanie urządzeń do uzdatniania wody.
Nowe przetwornice VLT® AQUA Drive zainstalowane w stacji uzdatniania wody należącej do przedsiębiorstwa wodociągowego Affinity Water w Chertsey funkcjonują już 24 miesiące, a ich działanie jest w pełni zgodne ze specyfikacjami technicznymi. Dzięki nim sterowanie pompami odbywa się w sposób precyzyjny i niezawodny, poziomy wyższych harmonicznych bez problemu spełniają wymogi klasy G5/4, a wstępna analiza potwierdza, że uda się osiągnąć przewidywaną oszczędność energii.