Meest voorkomende uitdagingen bij het ontwerpen van elektrische centrales

Energiecentrale, krachtcentrale en elektriciteitscentrale komen allemaal veel voor namen die door elektriciteitscentrales worden gebruikt. Energiecentrales zijn essentieel voor het moderne leven van alledag. Er zou geen televisie, geen internet, geen elektriciteit en geen licht zijn. Stroomopwekking bestaat al sinds het einde van de 19e eeuw, toen water uit een meer werd gebruikt om Siemens-dynamo's aan te drijven. De elektriciteit leverde stroom aan lampen, verwarming, produceerde warm water, zorgde voor een lift, evenals arbeidsbesparende apparaten en boerderijgebouwen.

---

Een elektriciteitscentrale is een industriële faciliteit voor het opwekken van elektrische energie. Elke energiecentrale kan talrijke generatoren bevatten om mechanisch vermogen om te zetten in elektrisch vermogen. Het niveau van engineering vereist meerdere overwegingen voordat de implementatie zelfs maar wordt doorgrond. Wat zijn enkele van de elektrische ontwerpproblemen van elektriciteitscentrales waarmee vandaag de dag te maken heeft? En wat zijn enkele alledaagse oplossingen die hebben geholpen om deze problemen op te lossen?

Energiecentrale opwekkingsfaciliteit

Tot voor kort was het belangrijkste doel van elektrische systemen het garanderen van een ononderbroken werking van de verlichtings-, proces- en omgevingssystemen van een faciliteit. Dit zeer eenvoudige model is afgeleid in het begin van de twintigste eeuw, toen het energieverbruik voornamelijk afkomstig was van lineaire belastingen. In de afgelopen jaren zijn niet-lineaire belastingen zoals motoren met variabele snelheid, programmeerbare logische controllers en andere elektrische apparatuur de norm geworden.
In vergelijking met lineaire belastingen zijn deze niet-lineaire belastingen veel gevoeliger voor overspanning, onderspanning en andere storingen die altijd al op de elektriciteitsleiding hebben bestaan. Dergelijke routinematige storingen kunnen problemen veroorzaken, variërend van kleine apparatuurstoringen tot dure systeemuitschakelingen en schade aan apparatuur. Bovendien kunnen niet-lineaire apparaten hun eigen stroomstoringen veroorzaken, die problemen kunnen veroorzaken in andere delen van de fabrieksfaciliteit en kunnen terugkoppelen naar het elektriciteitsdistributiesysteem.
De toegenomen afhankelijkheid van niet-lineaire belastingen heeft nieuwe doelstellingen toegevoegd aan het ontwerp van elektrische systemen. Hoewel de gegarandeerde stroomvoorziening cruciaal blijft, worden betrouwbaarheidsproblemen en stroomkwaliteit steeds belangrijker en zijn de capaciteitsvereisten toegenomen. Bovendien blijft de noodzaak het energieverbruik en de kosten onder controle te houden om concurrerend te blijven. In het licht van deze uitdagingen moeten elektrotechnici het risico van ervaren betrouwbaarheids- en stroomkwaliteitsproblemen versterken en de economische impact van problemen beoordelen en een kosteneffectief risicobeheerprogramma implementeren.

Betrouwbare voeding

Een betrouwbare stroomvoorziening is er een die voldoende elektriciteit levert om de belasting van een faciliteit te bedienen met de gewenste stroomkwaliteit, en een die voldoende stroom levert tijdens inperking of andere noodsituaties om de veiligheid van het personeel en de bescherming van cruciale processen en procesapparatuur te waarborgen.
Het elektrische ontwerp van de elektriciteitscentrale dat kan anticiperen op de belastingsvereisten die door de faciliteit worden vereist, is zelden ideaal. Het is noodzakelijk dat fabrieksingenieurs een faciliteitsbelastingsprofiel uitvoeren. Het profiel geeft het managementteam een ​​grondig inzicht in hoe het elektriciteitsverbruik van de faciliteit verschilt per gewenst tijdsinterval. Een methode voor het identificeren van het belastingpatroon van elektrische diensten is het uitvoeren van analyses door middel van vraaggrafieken. Of u kunt ook meetsystemen gebruiken om gegevens te verzenden met informatie over piekuren. Instrumentatie is essentieel voor het continu bewaken van elektrische systemen en het informeren van operators over hun prestaties en efficiëntie.

Onbetrouwbare voeding

Voedingskwaliteit

In termen van stroomkwaliteit is de conventionele nutsvoorziening niet 100% betrouwbaar. Voor sommige nutsbedrijven die bereid zijn extra te betalen, kan de stroomvoorziening dichter bij 100% betrouwbaar worden gemaakt. Zelfs bij dit hogere betrouwbaarheidsniveau kan het voor sommige gebruikers nodig zijn om een ​​intern stroomconditioneringssysteem te leveren.
Ondanks het gebruik van diagnostiek en preventieve maatregelen door fabrieksingenieurs, treden er toch onverwachte storingen en andere storingen op. In dergelijke situaties levert een goed beheerd elektrisch systeem in een fabriek noodstroom, in ieder geval voldoende om de apparatuur uit te schakelen.
Back-upstroom kan worden geleverd door hulpgeneratoren of een apparaat dat bekend staat als een ononderbroken stroomvoorziening (UPS). In een groeiend aantal centrales kan het economisch haalbaar zijn om ter plaatse te voorzien in stroomopwekking via een warmtekrachtkoppelingssysteem. Warmtekrachtkoppelingssystemen maken gebruik van afval of kopen brandstoffen om energie op te wekken en verloren warmte terug te winnen.

Ononderbroken stroomvoorziening

Bronnen van problemen met de stroomkwaliteit

Hoewel nutsbedrijven tegenwoordig geavanceerde hardware en software gebruiken op hun onderstations en op hun distributiesystemen, treden er stroomstoringen op. Deze kunnen het gevolg zijn van:

• Transmissiefouten
• Schakelstoringen distributiesysteem
• Blikseminslag
• Gelijktijdige bediening van apparatuur

In veel gevallen zijn de storingen te herleiden tot bedradings- en aardingsproblemen in de installatie zelf. Veelvoorkomende storingen zijn uitval, onderspanning, overspanning, pieken, wijzen, pieken of ruis. Deze storingen kunnen in duur variëren van aanhoudende uitval van enkele uren tot pieken van slechts enkele microseconden, die onzichtbaar zijn voor installatietechnici.

Blikseminslag veroorzaakt problemen met de stroomkwaliteit

Oudere elektrische apparatuur zoals motoren, elektromagneten en elektromechanische besturingen worden grotendeels niet beïnvloed door storingen van korte duur. Solid-state elektronische apparatuur is echter verreweg het meest vatbaar voor een breed scala aan storingen. Deze kwetsbaarheid komt voort uit de manier waarop elektronische apparaten de geleverde wisselstroom (AC) verbruiken. Elektronische apparaten die wisselstroom niet kunnen omzetten in gelijkstroom (DC) kunnen problemen hebben zoals:

• Apparaatonderbreking
• Gegevensfouten
• Geheugenverlies
• En zelfs afsluiten

In het ergste geval kunnen sommige apparaten schade oplopen.

Overwegingen voor het corrigeren van problemen met de netvoedingskwaliteit

Er zijn verschillende soorten remedies beschikbaar om solid-state, stroomgevoelige apparatuur te beschermen tegen stroomstoringen; de meeste zijn eenvoudig en goedkoop. Bovendien kunnen storingen helemaal worden voorkomen door de voeding te conditioneren om de sinusgolfvorm af te vlakken (details hier). Omdat stroomconditioneringsapparatuur kostbaar is, is deze alleen het meest geschikt voor die toepassingen die het hoogste vermogen vereisen.

• Bedrading en aarding
  Ongeveer 80% van de problemen met de netvoedingskwaliteit in commerciële en industriële faciliteiten kan worden herleid tot problemen met onjuiste aarding, onvoldoende bedrading, losse verbindingen en de ophoping van stof en vuil door slecht onderhoud. Het belang van een goede aarde met een lage weerstand kan niet genoeg worden benadrukt, vooral omdat solid-state systemen afhankelijk zijn van de aarding voor een referentie om te werken door en voor het afvoeren van zwerfstroom die schade zou kunnen veroorzaken als deze op het circuit wordt achtergelaten. Dit is een goedkope preventiemaatregel voor problemen met de netvoedingskwaliteit.
  
• Speciale circuits
  De meeste stroomstoringen in de vorm van geluid ontstaan ​​binnen de installatie zelf. Als gevolg hiervan is een effectieve methode om cruciale of zeer gevoelige apparatuur te beschermen, de apparatuur op zijn eigen geïsoleerde circuit te plaatsen om deze te beschermen tegen stroomstoringen veroorzaakt door andere apparatuur in de buurt.
  
• Spike Suppressor
  Piekonderdrukkers verminderen de amplitude van spanningspieken tot veilige niveaus en kunnen veel plotselinge spanningsveranderingen elimineren. Het zijn de eenvoudigste en goedkoopste beschermingsmiddelen; hun capaciteit hangt echter af van de kwaliteit van de gekochte suppressor.
• Isolatietransformatoren
  Isolatietransformatoren filteren elektrische ruis en vervorming van andere on-site apparatuur of inkomende stroom weg. Ze kunnen echter niet beschermen tegen andere soorten storingen, zoals pieken en pieken.
  
  
• Spanningsregelaars
  Spanningsregelaars handhaven een relatief constante spanning door te beschermen tegen overspanningen en doorzakken door mechanische of elektrische middelen. Deze optie is duurder dan de hierboven genoemde, maar bevindt zich in het midden van het kostenspectrum voor apparaten voor stroomverbetering.
• Ononderbroken stroomvoorziening
  Een UPS beschermt tegen kortstondige stroomonderbrekingen en stroomstoringen van buitenaf. UPS-systemen bestaan ​​doorgaans uit een gelijkrichter/oplader, een accubank, een statische omvormer en een automatische of handmatige bypass-schakelaar. Het biedt bescherming tegen alle problemen met de netvoedingskwaliteit, inclusief tijdelijke stroomonderbrekingen. Bescherming tegen langdurige uitval is beperkt tot de grootte van de accubank. UPS biedt geen bescherming tegen transiënten, verzakkingen, zwellingen of andere afwijkingen.

---

---