発電所発電システムの設計工学
発電所のエネルギー効率は、施設内の消費率を最小限に抑えるために不可欠です。エネルギー効率は、無駄なく必要な電力のみを使用するように社内制御システムを最適に構成するための効果的な手段です。この記事では、施設を開発する際の懸念事項と、エネルギー効率がいかに簡単な作業ではないかについて説明します。
発電所のエネルギー効率を設計するには、技術的な障害から非技術的な障害まで多くの課題があります。電気工学に関連するものは次のとおりです。
- 発電所の設計では、電気工学は、機械システムと制御システムの後に従事する最後の部門であることがよくあります。
これは、電気技師が従事することをほとんど残さず、適切な統合エネルギー効率設計です。これは、発電所のエネルギー効率に悪影響を与えることがよくあります。これは、非効率的に使用されている電気システムを介して内部で消費されるすべてのエネルギーを意味します。
- 電源システムは、最初に指定されるアイテムです。
これにより、電気技師が内部発電所の運用に重要な概念研究に費やすことができる割り当て時間にさらに制限が生じます。概念研究は通常、分析に基づいたより大きな効率改善を中心に開発された設計変更を改善する基本的なエネルギー効率の影響を理解するための最良の機会を提供します。エネルギー効率に関する電力品質の調査には、次のものが含まれます。
- 負荷分析
- 電力潮流と電圧降下の分析
- モーター開始分析
- 短絡分析
負荷分析
負荷分析は、エネルギー効率を高めるための最も重要なエンジニアリングステップの1つです。電力システムが遭遇するすべての負荷に関する情報とデータを収集することは、設計への第一歩です。これは、重要な負荷、デューティサイクル、季節変動、および起動要件を理解することを意味します。これらのソースは通常、機械および制御設計チームから提供されます。サプライヤが細分化されているため、詳細なロードリストの編集は決して簡単な作業ではありません。現在の設計に関する実際のデータがない場合は、ガイドとして同様の過去のプロジェクトを参照できます。
負荷分析は、実際の負荷と負荷係数に基づいて最大動作負荷を定量化することから始める必要があります。メーカーから提供された値が膨らむと、供給のサイズが大きくなりすぎる可能性があります。負荷分析では、システムの負荷数も考慮に入れる必要があります。
パワーフローと電圧降下の分析
発電所のシステム電圧は、エネルギー効率に明確な影響を及ぼします。可能な場合はより高いバス電圧を選択すると、低電圧バスに比べて電流レベルが低くなるため、オーム損失が減少します。低電圧のドライブやモーターではなく中電圧を選択すると、ドライブ電源装置のオーム損失が減少します。より高い電圧レベルで定格されたモーターと変圧器は、最終的にはより高い効率を持ちます。したがって、バス電圧が高くなると、設計者はより少ない、より大きな変圧器を指定できるようになり、システム全体のエネルギー効率が向上します。
スタートアップ分析
ソフトスターターを備えたモーターは、始動時に全負荷動作電流よりもはるかに多くの電流を消費します。起動時に高いトルクが要求されると、電力システムの負荷が増加し、コンポーネントのサイズが大きくなり、連続運転効率が低下するという余分な費用が発生します。モーター始動の要件を理解することは、パラメーターを過大評価することなくコンポーネントを相互接続するための設計、本質的に適切なコンポーネントの正確な動作条件のための設計に役立ちます。
短絡分析
短絡解析の主な目的は、短絡状態でブレーカーが過負荷にならないようにすることです。ブレーカーは、通常の負荷電流を流すことができ、障害電流を遮断できる必要があります。ブレーカーが遮断定格よりも高い電流を遮断すると想定される場合、損傷を与える結果が生じる可能性があります。定格電流と遮断定格が妥当な範囲内にあることを確認すると、システムコンポーネントへの予防的損傷の可能性が高まります。
機器のサイジングとバス設計の重要性
バス間で負荷のバランスを正しくとることで、電力品質とエネルギー効率が向上します。発電所には複数の電源があり、正しいバランスをとることで、電力システムコンポーネントのサイズを最適化し、各バスの起動要件を減らすことができます。
適切な分析により、最適なブレーカーとケーブルのサイズが得られます。コンポーネントのサイズが適切でない場合、エネルギー効率と保護機能の両方に影響を与える可能性があります。小さめのケーブルは損失が大きいことを理解することは、ケーブルサイズを決定するために重要です。
銅バスバーのサイジングに関するいくつかのガイドラインには、エネルギー損失を減らすために断面積を増やすこと、抵抗を半分に減らすために導体断面積を2倍にすること、および損失を本質的に半分に減らすことが含まれます。最初の数個の増分サイズが最小許容値を超えて増加すると、損失にかなりの違いが生じますが、増分が増加するたびに、リターンは減少します。 1つのバスの複数のバーを選択することは、システム損失を低減するために設計エンジニアが考慮しなければならないもう1つの問題です。
バスバーは長寿命のプラントコンポーネントであるため、ライフサイクル計算でのランニングエネルギーコストが高くなります。適切なバスバーを選択するには、通常の動作中にシステムが遭遇する電圧降下、短絡電流、および表皮効果を理解する必要があります。
適切な発電所システムのケーブルレイアウトの設計
電力システムコンポーネントの物理的なレイアウトとケーブルの長さと直径は、損失を最小限に抑えるように選択する必要があります。電気システムのケーブルでは、電力損失が無駄になります。損失には、開閉装置や、制御回路や保護回路などの他の通電装置の損失も含まれます。損失を減らすための設計ガイドラインは次のとおりです。
- 変圧器、開閉装置の負荷センターを中央に配置して、次のことを行います。
- ケーブル配線の長さを短くする
- 損失と電圧降下を減らす
- バスと蛇口をできるだけ短くして、次のことを行います。
- 補助ユニットの変圧器と発電機の間の距離を縮めます
- 次のような利点を得るには、小さいケーブルのケーブル直径を1ゲージまたは最大2ゲージ高くしてください。
- オーム損失の低減
- ケーブルサイズの異なるケーブルを増やすと、設置時の無駄が減り、最小注文数量などの条件が改善されます。
主な機器は、それらの間の接続が決定される前に配置されます。最小許容直径のケーブルの設計上の選択を決定して、初期の材料費を削減しますが、生涯の運用コストははるかに大きくなります。
ケーブル設計の決定
相互接続負荷間のケーブルの断面積の決定は、動作条件とケーブル長に関連して計算する必要があります。ケーブルの断面に影響を与える要因は次のとおりです。
- 周囲温度とレイアウト方法を考慮した、通常の条件下での許容荷重。
- 熱短絡強度
- 通常の状態および開始フェーズでのケーブル配線に沿った許容電圧降下。
- 過負荷が発生した場合の保護装置の応答と、危険な電圧を遮断するための可能な限り最小の短絡電流。
ケーブルルート計画
複雑な施設の設置、発電所、およびスイッチングステーションでのケーブル配線には、エンジニアとプランナーの部分で膨大な量の作業が必要です。特定の組み合わせが相互に悪影響を及ぼさないようにしながら、ケーブルを出発点と最終目的地の間の最短経路を提供するように配置する必要があります。
コンピューター支援設計（CAD）は、コンポーネントとケーブルのレイアウトの適切な実装を開発およびエンジニアリングするための手段として広く使用されています。発電所の施設は、完全に機能的でエネルギー効率の高いフローを開発する際に細心の注意を払う必要があります。
E3.3Dルーティングブリッジ
E3.3D Routing Bridgeは、機械的なCADソフトウェアと完全に統合された簡単なパスルーティングを可能にします。相互接続するコンポーネント間のケーブル選択のワイヤの長さ、直径、および標準の決定がこれまでになく簡単になりました。
最高のショーデザインを目指して努力するために、図研はE3.seriesとすべての主要なMCAD（機械CAD）ベンダーとの間のリンクを開発し、完全に統合されたデザインモデルの作成を可能にしました。 E3.3Dルーティングブリッジを使用すると、E3.seriesの回路図面と接続情報をすべての主要なMCADシステムに接続できます。以下を含む機能：
- コンポーネント情報をMCAD（コネクタ、ピン、スプライス）に転送する
- 転送先-データからMCADへ
- MCADで衝突または衝突の検出を確認します
- ワイヤの曲げ半径を確認します
- MCADでワイヤとセグメントの長さを自動的に計算する
- E3.Formboardでの製造ドキュメントの自動作成
E3.Schematic
回路図、端末計画、PLCなどの電気制御システムの設計と文書化。設計時のエラーを防ぐのに役立つため、エネルギー効率の高い設計のためのシステムを開発できます。簡単なドラッグアンドドロップインターフェイスにより、開発用の接続とコンポーネントの設計にかかる時間を節約できるため、プラントの効率に多くの時間を費やすことができ、製品開発に費やす時間を減らすことができます。機械設計と電気設計を統合するために、複数のプラットフォームを介して作業を簡単に統合します。これにより、機械システムと制御システムが電気的考慮に先立って設計されている場合、電気エンジニアの設計開発に大きな進歩がもたらされます。 E3.Schematicは、設計段階を容易にするために次の機能を提供します。
- 電気回路図を効率的に作成して文書化します
- 組み込みのデザインルールでエラーを防止します
- 事前に設計され、事前に承認され、テストされたコンポーネントの膨大なライブラリを使用して設計するエンジニアの能力
- ドラッグアンドドロップによるデザイン
- 電気部品を簡単に接続
- 配線番号を自動的に実行します
- 独自のサブ回路を事前に定義する
- インテリジェントなソフトウェア設計により、複数のシートにまたがる端末を管理します
- 簡単な単一ステップでプロジェクトドキュメントを生成する
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産業技術