Belangrijkste elektrische ontwerpuitdagingen in moderne elektriciteitscentrales: een uitgebreid overzicht

Elektrisch ontwerp in elektriciteitscentralen: van betrouwbaarheid tot stroomkwaliteit

Energietransmissie, power station, en elektrische opwekkingcentrale zijn alle gangbare namen voor elektriciteitscentrales. Elektriciteitscentrales zijn essentieel voor het moderne dagelijks leven. Er zou geen televisie, geen internet, geen elektriciteit en geen lichten zijn. Stroomopwekking bestaat sinds de late 1800's, toen water uit een meer gebruikt werd om Siemens dynamo's aan te drijven. De elektriciteit leverde stroom aan lichten, verwarming, produceerde warm water, liep een lift alsook arbeidsbesparende apparaten en boerderijgebouwen.

Een elektriciteitscentrale is een industriële faciliteit voor elektrische opwekking. Elke elektriciteitscentrale kan talloze generatoren bevatten om mechanische kracht om te zetten in elektrische kracht. Het niveau van engineering vereist meerdere overwegingen voordat implementatie überhaupt overwogen kan worden. Wat zijn enkele van de elektrisch ontwerpproblemen waar faciliteiten vandaag de dag mee te maken hebben? En wat zijn enkele gangbare oplossingen die hebben geholpen om deze kwesties te verhelpen?

Tot onlangs was het hoofddoel van elektrische systemen om ononderbroken operatie van een faciliteit's verlichting, proces en omgevingsystemen te garanderen. Dit heel eenvoudige model was afgeleid tijdens de early twintigste eeuw, toen energieverbruik primair was van lineaire belasting. In recent jaren zijn niet-lineaire belasting zoals variabele-snelheidsmotoren, programmeerbare logische controllers en andere elektrische apparatuur de norm geworden.

Vergeleken met lineaire belasting, zijn deze niet-lineaire belasting veel gevoeliger voor overspanning, ondervolting en andere verstoringen die altijd op de nutstroomlijn hebben bestaan. Dergelijke routinematige verstoringen kunnen problemen veroorzaken variërend van kleine apparatuurstoringen tot kostbare systeemafsluitingen en schade aan apparatuur. Daarnaast kunnen niet-lineaire apparaten hun eigen stroomverstoringen creëren, die problemen in andere delen van de centrale faciliteit kunnen veroorzaken en terug kunnen voeden op het nutdistributiesysteem.

De toegenomen afhankelijkheid van niet-lineaire belasting heeft nieuwe doelen aan elektrisch systeemontwerp toegevoegd. Terwijl de gegarandeerde voorziening van stroom cruciaal blijft, worden betrouwbaarheidskwesties en stroomkwaliteit paramount, en capaciteitsvereisten zijn toegenomen. Daarnaast blijft de noodzaak om energiegebruik en kosten te controleren om competitief te blijven. Geconfronteerd met deze uitdagingen moeten elektrisch ingenieurs het risico beoordelen van het ervaren van betrouwbaarheids- en stroomkwaliteitsproblemen en de economische impact van problemen beoordelen en een kosteneffectief risicobeheerprogramma implementeren.

Betrouwbare stroomvoorziening

Een betrouwbare stroomvoorziening is een die elektriciteit voldoende levert om de belasting van een faciliteit te bedienen op het gewenste graad van stroomkwaliteit, en die voldoende stroom levert tijdens beknoting of andere noodgevallen om de veiligheid van personeel en bescherming van cruciale processen en procesapparatuur te garanderen.

Elektrisch ontwerp van elektriciteitscentrales dat de belastingvereisten van de faciliteit kan anticiperen, is zelden ideaal. Het is noodzakelijk voor centrale ingenieurs om een faciliteit belastingprofiel uit te voeren. Het profiel zal het managementteam voorzien van een grondig begrip van hoe de faciliteit's elektriciteitsverbruik varieert per gewenst tijdsinterval. Een methode voor het identificeren van elektriciteitsdienstbelastingpatroon is om analyse uit te voeren door vraaggrafieken. Of alternatief meet-systemen benutten om data over te dragen met informatie over piekgebruikstijden. Instrumentatie is essentieel voor het continu monitoren van elektrische systemen en operatoren te informeren over hun prestaties en efficiëntie.

Stroomkwaliteit

Wat betreft stroomkwaliteit, is conventionele nutsdienst niet 100% betrouwbaar. Voor sommige nutscliënten bereid om premie te betalen, kan de stroomvoorziening dichter bij 100% betrouwbaar gemaakt worden. Zelfs op dit hogere niveau van betrouwbaarheid kan het voor sommige gebruikers noodzakelijk zijn om in-house stroomconditioneringssystemen te voorzien.

Ondanks het gebruik van diagnostiek en preventieve maatregelen door centrale ingenieurs, gebeuren onverwachte uitvallen en andere fouten. In dergelijke situaties voorziet een goed beheerd centrale elektrisch systeem in noodstroom, tenminste genoeg om afsluiting van apparatuur toe te staan.

Back-up stroom kan geleverd worden door auxiliaire generatoren of een apparaat bekend als een ononderbroken stroomvoorziening (UPS). In een groeiend aantal centrales kan het economisch haalbaar zijn om on-site opwekking te voorzien door een cogeneratiesysteem. Cogeneratiesystemen benutten afval of aangekochte brandstoffen om stroom op te wekken en verspilde warmte te herwinnen.

Bronnen van stroomkwaliteitsproblemen

Hoewel nutsbedrijven vandaag geavanceerde hardware en software op hun substations en op hun distributiesystemen gebruiken, treden stroomverstoringen op. Deze kunnen resulteren uit:

• Transmissiefouten
• Distributiesysteem schakelfouten
• Bliksemslagen
• Gelijktijdige operatie van apparatuur

In veel gevallen kunnen de verstoringen worden teruggevoerd naar bedradings- en aardingsproblemen binnen de centrale zelf. Gangbare verstoringen zijn uitvallen, ondervolting, overspanning, pieken, zags, golven, of ruis. Deze verstoringen kunnen variëren in duur van voortgeduurde uitvallen die meerdere uren duren tot golven die slechts een paar microseconden duren, en onwaarneembaar voor centrale ingenieurs.

Oudere elektrische apparatuur zoals motoren, solenoïden en elektromechanische besturingen zijn grotendeels onbeïnvloed door verstoringen van korte duur. Echter, solid-state elektronische apparatuur is verreweg meest gevoelig voor een wijd bereik van verstoringen. Deze kwetsbaarheid voortvloeit uit de manier waarop elektronische apparaten de wisselstroom (AC) die aan hen geleverd wordt, consumeren. Elektronische apparaten die niet in staat zijn AC-stroom om te zetten in gelijkstroom (DC), kunnen kwesties hebben inclusief:

• Apparaatintrerupte
• Datafouten
• Geheugenverlies
• En zelfs afsluitingen

In het ergste scenario kunnen sommige apparaten schade oplopen.

Overwegingen voor het corrigeren van stroomkwaliteitsproblemen

Er zijn diverse typen remedieën beschikbaar om solid-state, stroomgevoelige apparatuur te beschermen van stroomverstoringen; de meeste zijn eenvoudig en goedkoop. Daarnaast kunnen verstoringen volledig voorkomen worden door de stroomvoorziening te conditioneren om de sinusvorm glad te maken (Details Hier). Omdat stroomconditioneringsapparatuur kostbaar is, is het het beste geschikt voor alleen die toepassingen die de hoogste graad van stroom vereisen.

• Bedrading en aarding
  Ongeveer 80% van stroomkwaliteitsproblemen op commerciële en industriële faciliteiten kunnen worden teruggevoerd naar problemen met onjuiste aarding, onvoldoende bedrading, losse verbindingen, en de accumulatie van stof en vuil van slechte onderhoudspraktijken. Het belang van een goede, lage-weerstand aarding kan niet genoeg benadrukt worden, vooral aangezien solid-state systemen afhankelijk zijn van de aarding voor een referentie om te opereren en voor het dissiperen van afwijkende stroom die schade kan veroorzaken als op het circuit gelaten. Dit is een lage kosten preventieve maatregel voor stroomkwaliteitsproblemen.
• Gededeerde circuits
  De meeste stroomverstoringen in de vorm van ruis worden binnen de centrale zelf gegenereerd. Als resultaat is een effectieve methode om cruciale of hooggevoelige apparatuur te beschermen om de apparatuur op zijn eigen geïsoleerde circuit te plaatsen om het te beschermen van stroomverstoringen veroorzaakt door andere apparatuur in de nabijheid.
• Piekdemper (Spike Suppressor)
  Piekdempers verminderen de amplitude van spanningspieken tot veilige niveaus en kunnen veel plotselinge spanningsveranderingen elimineren. Ze zijn de eenvoudigste en minst dure beschermingsapparaten; hun capaciteit hangt echter af van de kwaliteit van de gekochte demper.
• Isolatietransformatoren
  Isolatietransformatoren filteren elektrische ruis en vervorming van andere on-site apparatuur of inkomende stroom. Ze kunnen niet, echter, beschermen tegen andere typen verstoringen zoals pieken en golven.
• Spanningsregelaars
  Spanningsregelaars handhaven een relatief constante spanning door te beschermen tegen golven en zags door mechanische of elektrische middelen. Deze optie is duurder dan de bovenstaande, maar ligt in het midden van het kostenbereik voor stroomverbeteringsapparaten.
• Onderbroken stroomvoorziening (UPS)
  Een UPS beschermt tegen korte stroomonderbrekingen en externe stroomverstoringen. UPS-systemen bestaan typisch uit rectifier/opploader, een batterijbank, een statische omvormer en een automatische of handmatige bypass-schakelaar. Het biedt bescherming tegen alle stroomkwaliteitsproblemen, inclusief momentane uitvallen. Bescherming tegen voortgeduurde uitvallen is beperkt tot de grootte van de batterijbank. UPS beschermt niet tegen transiënten, zags, zwellingen, of andere abnormaliteiten.

Reageer op uw huidige ontwerpprocessen voor uw transmissiesystemen en hoe het beter kan.