発電所の電気設計における最も一般的な課題
発電所、発電所、発電所はすべて、発電所で使用される一般的な名前です。発電所は、現代の日常生活に欠かせないものです。テレビもインターネットも電気も照明もありません。発電は1800年代後半から行われており、湖からの水がシーメンスのダイナモに電力を供給するために使用されていました。電力は、照明、暖房、温水の生成、エレベーターの運転、省力化装置、農場の建物に電力を供給しました。
発電所は発電のための産業施設です。各発電所には、機械的電力を電力に変換するための多数の発電機を含めることができます。エンジニアリングのレベルでは、実装を理解する前に、複数の考慮事項が必要です。今日の施設が直面している発電所の電気設計の問題にはどのようなものがありますか？そして、この問題を解決するのに役立った一般的な解決策は何ですか？
発電所発電施設
最近まで、電気システムの主な目的は、施設の照明、プロセス、および環境システムの中断のない動作を保証することでした。この非常に単純なモデルは、エネルギー消費が主に線形負荷によるものであった20世紀初頭に導き出されました。近年、可変速モーター、プログラマブルロジックコントローラー、その他の電気機器などの非線形負荷が一般的になっています。
線形負荷と比較して、これらの非線形負荷は、電力線に常に存在していた過電圧、低電圧、およびその他の外乱に対してはるかに敏感です。このような日常的な障害は、軽微な機器の誤動作から、コストのかかるシステムのシャットダウンや機器の損傷に至るまでの問題を引き起こす可能性があります。さらに、非線形デバイスは独自の電力障害を引き起こす可能性があり、これはプラント施設の他の部分で問題を引き起こし、ユーティリティ配電システムにフィードバックする可能性があります。
非線形負荷への依存度が高まることで、電気システムの設計に新しい目標が追加されました。電力の保証された供給は依然として重要ですが、信頼性の問題と電力品質が最重要になり、容量要件が増加しています。さらに、競争力を維持するために、エネルギー使用量とコストを引き続き管理する必要があります。これらの課題に直面して、電気技師は、経験の信頼性と電力品質の問題のリスクを資産化し、問題の経済的影響を評価し、費用効果の高いリスク管理プログラムを実装する必要があります。
信頼性の高い電源
信頼性の高い電源とは、必要な電力品質のグレードで施設の負荷に十分に対応できる電力を供給するものであり、人員の安全と重要なプロセスおよびプロセス機器の保護を確保するために、削減またはその他の緊急事態の際に十分な電力を供給するものです。
施設が要求する負荷要件を予測できる発電所の電気設計が理想に近いことはめったにありません。プラントエンジニアは、施設の負荷プロファイルを実施する必要があります。このプロファイルにより、管理チームは、施設の電力消費量が希望する時間間隔ごとにどのように変化するかを完全に理解できます。電気サービスの負荷パターンを特定する1つの方法は、需要チャートを介して分析を行うことです。または、計測システムを利用して、ピーク使用時の情報を含むデータを送信します。電気システムを継続的に監視し、その性能と効率をオペレーターに通知するには、計装が不可欠です。
信頼性の低い電源
電力品質
電力品質に関しては、従来のユーティリティサービスは100％信頼できるものではありません。保険料を支払うことをいとわない一部の公益事業の顧客にとって、電源は100％近く信頼できるものになるかもしれません。この高いレベルの信頼性でも、一部のユーザーは社内の電力調整システムを提供する必要がある場合があります。
プラントエンジニアによる診断と予防策の使用にもかかわらず、予期しない停止やその他の障害が発生します。このような状況では、適切に管理されたプラントの電気システムが、少なくとも機器のシャットダウンを可能にするのに十分な非常用電力を供給します。
バックアップ電力は、補助発電機または無停電電源装置（UPS）と呼ばれる装置によって供給される場合があります。ますます多くのプラントでは、コージェネレーションシステムを介してオンサイト発電を提供することが経済的に実現可能である可能性があります。コージェネレーションシステムは、廃棄物を利用するか、燃料を購入して発電し、無駄な熱を回収します。
無停電電源装置
電力品質の問題の原因
今日、公益事業者は変電所や配電システムで高度なハードウェアとソフトウェアを使用していますが、電力障害が発生しています。これらは次の原因で発生する可能性があります：
- 送信障害
- 配電システムのスイッチング障害
- 落雷
- 機器の同時操作
多くの場合、障害はプラント自体の配線と接地の問題に起因する可能性があります。一般的な障害は、停止、低電圧、過電圧、スパイク、セージ、サージ、またはノイズです。これらの障害の期間は、数時間続く持続的な停止から、わずか数マイクロ秒続くサージまでさまざまであり、プラントエンジニアには識別できません。
電力品質の問題を引き起こす落雷
モーター、ソレノイド、電気機械制御などの古い電気機器は、短時間の外乱の影響をほとんど受けません。ただし、ソリッドステート電子機器は、広範囲の外乱の影響をはるかに受けやすくなっています。この脆弱性は、電子デバイスが供給される交流（AC）電力を消費する方法に起因します。 AC電源を直流（DC）電源に変換できない電子機器には、次のような問題が発生する可能性があります。
- デバイスの中断
- データエラー
- 記憶喪失
- さらにはシャットダウン
最悪のシナリオでは、一部のデバイスが損傷を受ける可能性があります。
電力品質の問題を修正するための考慮事項
ソリッドステートの電力に敏感な機器を電力障害から保護するために利用できる救済策にはいくつかの種類があります。ほとんどがシンプルで安価です。また、電源を調整して正弦波の形状を滑らかにすることで、外乱を完全に防ぐことができます（詳細はこちら）。電力調整装置は高価であるため、最高級の電力を必要とするアプリケーションにのみ最適です。
- 配線と接地
商業施設および産業施設での電力品質の問題の約80％は、不適切な接地、不適切な配線、接続の緩み、および不十分な保守作業によるほこりや汚れの蓄積の問題に起因する可能性があります。特にソリッドステートシステムは、回路に残された場合に損傷を引き起こす可能性のある漂遊電力によって動作するリファレンスと放散のためにグラウンドに依存しているため、良好で低抵抗のグラウンドの重要性は強調しすぎることはありません。これは、電力品質の問題に対する低コストの防止策です。
- 専用回路
ノイズの形でのほとんどの電力障害は、プラント自体の内部で発生します。その結果、重要または高感度の機器を保護する効果的な方法は、機器を独自の絶縁回路に配置して、近くにある他の機器によって引き起こされる電力障害から機器を保護することです。
- スパイクサプレッサー
スパイクサプレッサーは、電圧スパイクの振幅を安全なレベルに低減し、電圧の多くの突然の変化を排除できます。それらは最も単純で最も安価な保護装置です。ただし、その機能は購入したサプレッサーの品質によって異なります。 - 絶縁トランス
絶縁トランスは、他のオンサイト機器または入力電力からの電気ノイズと歪みを除去します。ただし、スパイクやサージなどの他のタイプの障害から保護することはできません。
- 電圧レギュレーター
電圧レギュレータは、機械的または電気的手段によってサージやサグから保護することにより、比較的一定の電圧を維持します。このオプションは、上記のオプションよりもコストがかかりますが、電力拡張デバイスのコストスペクトルの中間点にあります。 - 無停電電源装置
UPSは、短期間の停電や外部の電力障害から保護します。 UPSシステムは通常、整流器/充電器、バッテリーバンク、静的インバーター、および自動または手動のバイパススイッチで構成されます。一時的な停止を含む、すべての電力品質の問題に対する保護を提供します。持続的な停止に対する保護は、バッテリーバンクのサイズに制限されています。 UPSは、一時的なもの、たるみ、うねり、またはその他の異常から保護しません。
産業技術