Solution de contrôle des filières à haut rendement pour la production de la fibre de verre

Cependant, le pilotage en angle de phase est électriquement bruyant par nature, provoquant une distorsion de la forme d’onde CA (appelée « harmoniques ») dans le transformateur et les câbles du système. Cette distorsion harmonique entraîne la présence d’une tension et d’un courant supplémentaires dans les câbles, ce qui non seulement gaspille de l’énergie en raison d’une perte de chaleur excessive, mais affecte également négativement les mesures (par exemple, le facteur de puissance) effectuées par les fournisseurs d’électricité afin de facturer l’énergie.

Pour atteindre un facteur de puissance acceptable proche de 1, le contrôleur à thyristors doit fournir une forme d’onde aussi propre que possible avec le moins d’harmoniques. Dans ce cas, une consigne de puissance au-delà de 80 % de la plage. Cependant, dans une application de filière ordinaire, un contrôle additionnel d’au moins 10% est nécessaire dans les deux sens au cas où la température de la filière doit être ajustée rapidement après un incident.

Efficacité énergétique

Fournisseur expérimenté de technologies de contrôle de puissance et d’alimentation, Eurotherm by Schneider Electric a développé une solution à haute efficacité pour le contrôle des filières. L’approche Eurotherm considère chaque partie du système depuis l’alimentation du procédé jusqu’au système de gestion de l’information. En commençant par le contrôleur de puissance. Plutôt que d’utiliser une conduction en angle de phase qui ‘hâche’ la forme d’onde provoquant des harmoniques et affectant négativement le facteur de puissance, le contrôleur de puissance avancé Eurotherm EPower est utilisé en mode de commutation automatique des plots.

Efficacité du procédé

Des stratégies de contrôle sophistiquées, capables de contrôler avec précision la température du verre, facilitent l’uniformité de la fabrication des brins de fibres avec une résistance à la traction élevée, tandis qu’une interface homme-machine (IHM) bien conçue permet aux opérateurs de différents niveaux de compétence d’exécuter le procédé sans affecter la qualité. En règle générale, un contrôleur d’automatisation programmable Eurotherm PAC T2750 fournit la stratégie de contrôle de la température de la filière en utilisant la plateforme système AVEVA (anciennement Wonderware) pour le contrôle de la supervision, et l’acquisition de données (SCADA) pour fournir une analyse comparative sophistiquée de la position de la filière et des informations sur les performances pour les indicateurs clés.

Pour minimiser les temps d’arrêt imprévus, la redondance double du PAC T2750 (un processeur secondaire qui prend le contrôle en cas de problème avec le processeur principal), peut offrir une haute disponibilité du système, ainsi que des modules d’entrées et de sorties également redondantes si nécessaire.

Un essai productif

Lors de la rénovation du système de contrôle de position de 24 filières pour un fabricant leader de la fibre de verre, la solution de contrôle de puissance électrique des filières Eurotherm a permis de réaliser une économie d’énergie de 9,4 %. Lors d’un premier essai, deux des positions des filières ont été modernisées pour évaluer l’amélioration possible. Le système a fonctionné à plein régime pendant plusieurs mois pour comparer les performances et l’efficacité des deux positions des filières équipées de la solution de commutation automatique des plots Eurotherm avec les 22 autres positions. Quatre filières étaient contrôlées par chaque panneau de commande, qui intégraient quatre contrôleurs EPower et une IHM PC local. Plusieurs de ces armoires de commande de filières ont été rattachées à une seule armoire d’alimentation pour créer une solution intégrée et flexible adaptée à presque toutes les configurations d’avant-foyer de fibre de verre.

Les filières d’essai utilisant la forme d’onde de puissance plus propre fournie par le contrôleur EPower avec commutateur de plots en charge, en combinaison avec des barres omnibus à faible inductance et un transformateur, ont montré une réduction spectaculaire des harmoniques. Cela a conduit à une amélioration de 50% du facteur de puissance et des réductions de 40 % du courant de ligne ; 51 % en kVA (puissance apparente) et plus de 9 % en puissance réelle (kW) par rapport à la position à angle de phase contrôlé. Le résultat en termes d’économies de coûts a été significatif.

Les positions des filières avec le système de commutation automatique des plots n’ont consommé que 9,6 kW par rapport à la consommation normale des positions de filières de 10,6 kW. Le résultat était corrélé avec la position contrôlée du LTC réalisant une économie d’énergie réelle totale de 9,4%, ce qui dans ce cas équivalait à une économie de 21 000 € par an (sur la base de 0,1 euro/kWh, fonctionnant en continu sur 24 filières). Le retour sur investissement était d’environ 18 mois.

Bénéfices additionnels

Dans un système traditionnel, les vibrations peuvent provoquer une faiblesse dans les brins de la fibre de verre et également endommager les composants du système, y compris la filière elle-même. Il y avait sensiblement moins de vibrations dans le système amélioré en raison de la réduction des harmoniques. Cela a amélioré le rendement en réduisant la rupture des fibres et a permis aux composants du système de durer naturellement plus longtemps, réduisant ainsi le temps et les coûts de maintenance. L’option de commutation automatique de plots (LTC) du contrôleur de puissance EPower a également permis à l’ingénieur de gagner du temps en commutant automatiquement l’alimentation sur les plots du transformateur. Il s’agissait normalement d’une tâche manuelle qui interrompait le procédé lors du basculement. Après l’achèvement réussi de la phase d’essai, les 24 postes ont été modernisés vers la solution Eurotherm, et le système a été conçu en intégrant une évolutivité future si nécessaire.

Avec un facteur de puissance amélioré, les batteries de condensateurs ne sont plus nécessaires, ce qui aide les CapEx et le retour sur investissement et réduit encore les coûts de maintenance. Sur une nouvelle installation, avec le courant de ligne généralement réduit de 40 % par position et le kVA de moins de la moitié, par rapport à un système traditionnel contrôlé par thyristors (SCR), des économies d’investissement significatives peuvent également être réalisées en réduisant la taille de tous les composants, à partir de l’alimentation principale jusqu’aux disjoncteurs et aux câbles.

Conclusion

Dans les projets de rénovation, la solution de contrôle des filières Eurotherm avec une conception de commutation automatique des plots aide à améliorer chaque partie du système pour obtenir une efficacité énergétique et une qualité de fibre de verre améliorées en améliorant considérablement le facteur de puissance et en réduisant la distorsion harmonique totale (THD) le tout avec un niveau acceptable de retour sur investissement. Les économies d’énergie sur la durée de vie du système (typiquement 15 ans) sont substantielles. Des évaluations énergétiques peuvent être réalisées pour calculer le retour sur investissement attendu et la solution peut être intégrée dans les étapes de modernisation pour répondre aux exigences budgétaires. Des économies de capital encore plus importantes peuvent être réalisées sur les nouvelles installations grâce à la conception appropriée du système complet. Pour les producteurs de verre prêts à passer à une technologie plus efficace, Eurotherm peut les aider.

A propos des auteurs: 

Mikael Le Guern est Global Glass Business Leader et Amber Watkin est Application Marketing Engineer Eurotherm.

La version complète de cet article est parue dans le numéro de mai/juin 2021 de Glass Worldwide aux côtés d’une large sélection croisée d’éditoriaux qui aident dans tous les domaines de la production et des procédés.