Rozwiązania
Zastosowanie aktywnego filtra harmonicznych (AHF) w szpitalnym systemie dystrybucji zasilania w Hongkongu
Dwupoziomowa redukcja harmonicznych: filtrowanie na poziomie magistrali i na poziomie obciążenia krytycznego
1. Podstawy projektowania i struktura dystrybucji dużego szpitala
Podstawa projektu tego projektu odnosiła się głównie do Kodeksu postępowania Departamentu Usług Elektrycznych i Mechanicznych (EMSD) w zakresie przepisów dotyczących energii elektrycznej (linii), standardów projektowania inżynierii szpitalnej władz szpitala (HA) i Listy kontrolnej standardów projektowania instalacji elektrycznych, wraz z odpowiednimi specyfikacjami technicznymi elektrycznymi Departamentu Usług Architektonicznych (ArchSD) i zasadami dostaw lokalnego przedsiębiorstwa energetycznego.
W przypadku dużego szpitala typową strukturę zasilania można rozumieć jako:
Średnie napięcie 11 kV / 22 kV → Rozdzielnica SN → Transformatory rozdzielcze → Główna rozdzielnia NN 380/220 V → Szyny funkcjonalne → Obciążenia medyczne i budowlane
W rzeczywistych projektach poziom SN, liczba i moc transformatorów, przekroje szyn zbiorczych nn oraz układ zasilania rezerwowego muszą zostać potwierdzone z rzeczywistymi warunkami zasilania i profilem obciążenia szpitala.
Kluczową cechą tego projektu jest zastosowanie stosunkowo niezależnych szyn zbiorczych nn dla różnych obszarów funkcjonalnych. W szczególności obciążenia związane z promieniowaniem nie dzielą szyny zbiorczej z innymi krytycznymi obciążeniami medycznymi. Dlatego projekt AHF musi uwzględniać każdy obszar dystrybucji osobno.
Rysunek 1. Koncepcyjna architektura dystrybucji SN/NN w dużym szpitalu (AHF = aktywny filtr harmonicznych).
2. Wyzwania związane z jakością energii w szpitalnych systemach niskiego napięcia
Nowoczesne szpitale zawierają dużą liczbę urządzeń energoelektronicznych, które są również znaczącymi źródłami prądów harmonicznych. Stopień prostownika w systemach UPS, sprzęcie do obrazowania medycznego, takim jak tomografia komputerowa i rezonans magnetyczny, systemy rentgenowskie, napędy klimatyzacyjne o zmiennej częstotliwości, sprzęt IT i oświetlenie LED mogą generować harmoniczne w różnym stopniu.
Harmoniczne te pojawiają się najpierw w polach zasilających, do których podłączone są obciążenia. Gdy jednocześnie działa wiele nieliniowych obciążeń, prądy harmoniczne zbiegają się w górę i ostatecznie tworzą połączone obciążenie harmoniczne na poziomie szyny nn.
Dlatego problemy harmoniczne w szpitalach zazwyczaj występują na dwóch poziomach jednocześnie:
Aby chronić krytyczny sprzęt i rozwiązać problem zniekształceń na poziomie magistrali, w projekcie zastosowano dwupoziomowe rozwiązanie łagodzące.
Rysunek 2. Typowe źródła harmonicznych w szpitalach i ich potencjalne skutki (3., 5., 7., 11. harmoniczna; przegrzanie podzespołów, nagrzanie transformatora, uciążliwe wyłączanie, zakłócenia sprzętu).
3. Ogólna konfiguracja AHF
Projekt ten wyposażony jest łącznie w 34 jednostki AHF rozmieszczone w następujący sposób:
Innymi słowy, projekt łączy osiem szafowych AHF 630 A — cztery na liniach wejściowych niskiego napięcia i cztery na niezależnej szynie zbiorczej radiologii — z dwudziestoma sześcioma modułami AHF 100 A naściennymi w pobliżu obciążeń krytycznych. Osiem jednostek 630 A jest zainstalowanych w różnych miejscach linii wejściowej niskiego napięcia lub szyn funkcjonalnych, a każdy z nich jest odpowiedzialny za ograniczanie harmonicznych w swoim własnym obszarze dystrybucyjnym. Ponieważ szpitalna szyna zbiorcza promieniowania jest niezależna od innych magistral obciążenia krytycznego, jej AHF 630 A są konfigurowane oddzielnie.
Ogólnie rzecz biorąc, w projekcie tym wykorzystano wiele niezależnych systemów AHF na poziomie magistrali, a nie pojedynczy filtr centralny.
4. Ograniczanie harmonicznych na poziomie magistrali (630 A)
Osiem jednostek AHF typu szafkowego 630 A odpowiada głównie za kompleksową kontrolę harmonicznych linii wejściowych nn i głównych szyn funkcjonalnych.
Pojedyncza szpitalna szyna zbiorcza niskiego napięcia może zasilać systemy UPS, sprzęt do obrazowania medycznego, napędy o zmiennej częstotliwości, sprzęt IT i inne obciążenia nieliniowe. Harmoniczne generowane przez dowolne pojedyncze urządzenie mogą być skromne, ale gdy wiele urządzeń pracuje jednocześnie, prądy harmoniczne gromadzą się na szynie zbiorczej.
AHF 630 A zainstalowany na odpowiedniej linii wejściowej lub szynie zbiorczej dynamicznie kompensuje łączny prąd harmoniczny tego obszaru dystrybucyjnego. Należy zauważyć, że 630 A to maksymalny prąd kompensacyjny AHF — nie oznacza to, że w szynie występuje 630 A prądu harmonicznego ani że AHF musi przewodzić cały prąd obciążenia magistrali.
Każdy 630 A AHF jest zatem odpowiedzialny za kompleksowe zarządzanie harmonicznymi jednego obszaru dystrybucyjnego.
5. Ograniczanie poziomu obciążenia dla obciążeń krytycznych (100 A)
26 naściennych jednostek AHF 100 A jest zainstalowanych w pobliżu krytycznego sprzętu medycznego i jego zasilaczy.
Sprzęt taki jak tomografy komputerowe, aparaty rentgenowskie, systemy MRI i zasilacze UPS zazwyczaj wykazują silną charakterystykę nieliniową. Gdyby harmoniczne generowane przez te urządzenia mogły przedostać się do następnej szafy rozdzielczej przed obróbką, przeszłyby już przez znaczną ilość okablowania i sprzętu.
Dlatego też w ramach tego projektu każdy 100 A AHF jest umieszczany jak najbliżej obciążenia krytycznego. Kiedy urządzenie medyczne generuje podczas pracy znaczny prąd harmoniczny, AHF zamontowany w pobliżu jego zasilacza lokalnie kompensuje harmoniczne, ograniczając propagację do poprzedzającego systemu dystrybucyjnego.
Zasadę tę można streścić w jednym zdaniu: harmoniczne należy ograniczać tam, gdzie powstają. Poprawia to lokalną jakość zasilania i zmniejsza prąd harmoniczny, jaki musi obsłużyć magistrala nadrzędna.
6. Dlaczego dwa poziomy: 630 A i 100 A?
Dwie wartości znamionowe AHF zajmują różne pozycje elektryczne i radzą sobie z harmonicznymi na różnych poziomach hierarchii dystrybucji:
Obciążenie krytyczne → 100 A AHF → szyna zbiorcza nn → 630 A AHF → system dystrybucji poprzedzający
Zasilacze AHF 100 A, zlokalizowane w pobliżu obciążeń krytycznych, w pierwszej kolejności radzą sobie z lokalnie generowanymi harmonicznymi. Pozostałe harmoniczne przepływają do następnej szyny zbiorczej, gdzie przetworniki AHF 630 A przetwarzają połączone zniekształcenia.
Jest to wielopoziomowe podejście do łagodzenia skutków – i jest to główny powód, dla którego w projekcie wykorzystano 34 jednostki AHF o różnej wydajności zamiast jednej dużej centralnej AHF.
Rysunek 3. Dwupoziomowa strategia jakości zasilania szpitala: ograniczanie na poziomie magistrali (630 A) i ograniczanie na poziomie obciążenia (100 A).
7. Niezależne traktowanie szyny radiacyjnej
System radiacyjny wymaga szczególnego uwzględnienia w konfiguracji AHF.
Sprzęt do obrazowania medycznego, taki jak tomograf komputerowy i aparaty rentgenowskie, zachowuje się inaczej niż zwykłe obciążenia budowlane: ich szybkie zmiany mocy i charakterystyka obciążenia elektroniczno-energetycznego mogą powodować znaczne zakłócenia napięcia i zniekształcenia prądu.
Ponieważ sprzęt związany z promieniowaniem jest zasilany z niezależnej szyny zbiorczej, w projekcie nie łączono go z innymi krytycznymi obciążeniami medycznymi. Zamiast tego skonfigurowano dedykowane AHF 630 A dla szyny zbiorczej radiologii zgodnie z jej rzeczywistym obciążeniem i poziomami harmonicznych.
W przypadku dużych szpitali ze złożonymi strukturami dystrybucyjnymi zarządzanie strefowe za pomocą funkcjonalnych szyn zbiorczych zapewnia dobre możliwości adaptacji inżynieryjnej.
8. Podsumowanie rozwiązania
Ostatecznie projekt zapewnia hierarchiczny system ograniczania harmonicznych obejmujący dwa poziomy:
Te dwa poziomy AHF nie są prostą superpozycją wydajności — odpowiadają różnym poziomom elektrycznym szpitalnego systemu dystrybucyjnego. Podstawowa koncepcja projektu przebiega w następujący sposób:
Redukcja harmonicznych na poziomie obciążenia → Redukcja harmonicznych na poziomie magistrali → Kontrola jakości zasilania na wejściu
W przypadku dużych szpitali z niezależnymi szynami zbiorczymi promieniowania, krytycznymi obciążeniami medycznymi oraz dużą populacją zasilaczy UPS i sprzętu energoelektronicznego, podejście polegające na leczeniu obciążeń krytycznych na miejscu + scentralizowane przetwarzanie szyn dystrybucyjnych dopasowuje pozycje instalacji AHF do rzeczywistych ścieżek wytwarzania i propagacji harmonicznych.
To samo warstwowe podejście do zarządzania jakością energii może również służyć jako odniesienie projektowe dla innych złożonych systemów niskiego napięcia – centrów danych, lotnisk i dużych budynków użyteczności publicznej.
Ostateczną wydajność AHF i pozycje instalacji należy zawsze określić na podstawie pomiarów jakości energii na miejscu, rzeczywistego jednokreskowego schematu szpitala, obliczeń obciążenia oraz obowiązujących norm elektrycznych i dostaw obowiązujących w lokalizacji projektu.
Często zadawane pytania
Pytanie 1. Do czego służy aktywny filtr harmonicznych (AHF) w szpitalnym systemie dystrybucji zasilania?
AHF mierzy prąd harmoniczny w swojej linii zasilającej lub szynie zbiorczej w czasie rzeczywistym i podaje równy i przeciwny prąd kompensacyjny, utrzymując całkowite zniekształcenie harmoniczne w tym punkcie na niskim poziomie. W szpitalach chroni wrażliwy sprzęt medyczny przed zakłóceniami powodowanymi przez systemy UPS, sprzęt do obrazowania (CT/MRI/RTG), napędy o zmiennej częstotliwości, obciążenia IT i oświetlenie LED.
Pytanie 2. Dlaczego szpitale potrzebują dwóch poziomów tłumienia harmonicznych — 630 A i 100 A?
Harmoniczne szpitalne występują jednocześnie na dwóch poziomach: lokalnie, w pobliżu dużych nieliniowych urządzeń medycznych oraz zbiorczo, gdzie wiele obciążeń zbiega się na szynie zbiorczej. Schemat dwupoziomowy traktuje każdą harmoniczną u jej źródła (AHF 100 A w pobliżu obciążeń krytycznych) i eliminuje łączne zniekształcenia na szynie zbiorczej (AHF 630 A), co jest bardziej skuteczne niż jeden duży filtr centralny.
Pytanie 3. Jak dobiera się wydajność AHF – co oznacza 630 A?
Wartość znamionowa (np. 630 A) to maksymalny prąd kompensacyjny, jaki może wyprowadzić AHF, a nie prąd obciążenia szyny zbiorczej. Rzeczywisty dobór rozpoczyna się od pomiarów jakości energii na miejscu w zakresie harmonicznych prądu w każdym obszarze dystrybucji, powiększonych o margines na wzrost obciążenia.
Pytanie 4. Dlaczego szyna zbiorcza radiologii (obrazowania) jest traktowana przez oddzielny AHF?
CT, rentgenowskie i inne urządzenia do obrazowania wytwarzają strome wahania mocy i silne prądy nieliniowe. W tym projekcie obciążenia radiacyjne są zasilane z niezależnej szyny zbiorczej, dlatego skonfigurowano dla niego dedykowaną grupę 630 AHF AHF, zamiast mieszać je z innymi krytycznymi obciążeniami, co zapobiega sprzężeniu krzyżowemu między zakłóceniami obrazowania a innym sprzętem medycznym.
Pytanie 5. Gdzie należy zainstalować AHF w szpitalnej dystrybucji niskiego napięcia?
Postępuj zgodnie ze ścieżką harmonicznych: zainstaluj AHF poziomu obciążenia (np. moduły naścienne 100 A) jak najbliżej krytycznego sprzętu nieliniowego oraz AHF na poziomie magistrali (np. szafy 630 A) na liniach wejściowych nn i głównych szynach funkcjonalnych, gdzie zbiegają się harmoniczne. Ostateczne pozycje powinny być zgodne ze schematem jednokreskowym i pomiarami na miejscu.
O SINAVA POWER : SINAWA MOCdostarcza rozwiązania w zakresie jakości zasilania dla szpitali, centrów danych i obiektów przemysłowych, w tym aktywne filtry harmonicznych (AHF), generatory statyczne (SVG) i systemy monitorowania mocy — od pomiarów na miejscu i projektowania wydajności po instalację i uruchomienie.
Skontaktuj się z naszym zespołem inżynierów | Powiązany produkt: Aktywny filtr harmonicznych (AHF)
Zostaw nam swoje wiadomości i opinie, nasi inżynierowie sprzedaży są zawsze tuż obok Ciebie.
