現代発電プラントの主要電気設計課題：包括的概要
発電プラントの役割と進化
発電所、パワーステーション、発電プラントはすべて発電プラントの一般的な名称です。発電プラントは現代生活に不可欠です。テレビ、インターネット、電気、照明がなくなります。発電は1800年代後半から存在し、湖の水でジーメンスダイナモを駆動していました。電気は照明、暖房、給湯、エレベーター、省力機器、農場建物に電力を供給していました。
発電プラントは電力生成のための産業施設です。各プラントには機械的動力を電気的動力に変換する多数の発電機を含められます。実装前に考慮すべきエンジニアリングレベルは多岐にわたります。今日の施設が直面する発電プラント電気設計問題とは？そしてこれらの問題を緩和する一般的な解決策とは？
信頼性の高い電力供給
信頼性の高い電力供給とは、施設負荷を望ましい電力品質グレードで十分に供給し、カーテイルメントやその他緊急条件下で人員安全と重要プロセス・プロセス機器保護のために十分な電力を提供するものです。施設が要求する負荷要件を予測する発電プラント電気設計は理想的とは程遠いことが多いです。プラントエンジニアが施設負荷プロファイルを実施する必要があります。プロファイルは、施設の電気消費が望ましい時間間隔でどう変化するかを管理チームに徹底的に理解させます。電力サービス負荷パターン特定の一手法は、需要チャートを通じた分析実施です。あるいは、ピーク使用時の情報を送信するメータリングシステムを活用します。計装は電気システムを継続的に監視し、オペレータに性能と効率を知らせるために不可欠です。
電力品質
電力品質の観点から、従来のユーティリティサービスは100%信頼できるわけではありません。プレミアムを支払う意思のある一部ユーティリティ顧客には、電力供給を100%に近い信頼性にすることも可能です。この高い信頼性レベルでも、一部ユーザーには社内電力調整システムが必要な場合があります。プラントエンジニアによる診断と予防措置使用にもかかわらず、予期せぬ停電とその他故障は発生します。このような状況では、適切に管理されたプラント電気システムが非常用電力を提供し、少なくとも機器シャットダウンを可能にします。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）で供給されます。増加するプラントでは、コジェネレーションシステムによる現場発電が経済的に実現可能になりつつあります。コジェネレーションシステムは廃棄物や購入燃料で発電し、廃熱を回収します。
電力品質問題の発生源
今日ユーティリティが変電所と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も、電力障害は発生します。これらは以下から生じる可能性があります：
- 送電故障
- 配電システム切替故障
- 落雷
- 機器同時運転
多くの場合、障害はプラント内部の配線と接地問題に遡れます。一般的な障害は停電、低電圧、過電圧、スパイク、サグ、サージ、ノイズです。これらの障害は、数時間持続する停電から数マイクロ秒のサージ、プラントエンジニアには判別不能なものまで、期間が幅広く変動します。
モータ、ソレノイド、電気機械制御などの古い電気機器は、短時間障害の影響をほとんど受けません。しかし、固体電子機器は幅広い障害に対してはるかに感受性が高いです。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由来します。交流電力を直流（DC）電力に変換できない電子デバイスには、以下の問題が生じます：
- デバイス中断
- データエラー
- メモリ喪失
- シャットダウン
最悪の場合、一部デバイスは損傷を受けます。
電力品質問題是正の考慮事項
固体、電力感受性機器を電力障害から保護するためのいくつかの種類の対策があります。ほとんどはシンプルで安価です。さらに、電力供給を調整して正弦波形を滑らかにすることで（詳細はこちら）、障害を完全に防止できます。電力調整装置は高コストであるため、最高グレードの電力を必要とするアプリケーションに最適です。
- 配線と接地
商業・産業施設の電力品質問題の約80%は、不適切な接地、不十分な配線、緩んだ接続、不良メンテナンス慣行による粉塵・汚れ蓄積に起因します。良好な低抵抗接地の重要性は強調しすぎることはありません。特に固体システムは接地を参照として動作し、回路に残ると損傷を与える迷走電力を放散するために接地に依存するからです。これは電力品質問題の低コスト予防策です。 - 専用回路
ノイズ形式のほとんどの電力障害はプラント内部で生成されます。その結果、重要または高感度機器を独自の分離回路上に配置し、近接機器による電力障害から保護することは効果的な方法です。 - スパイクサプレッサ
スパイクサプレッサは電圧スパイク振幅を安全レベルに低減し、多くの急激な電圧変化を除去できます。これらは最もシンプルで安価な保護デバイスですが、性能は購入したサプレッサの品質に依存します。 - アイソレーショントランス
アイソレーショントランスは、現場他機器や受電側からの電気ノイズと歪みをフィルタリングします。しかし、スパイクとサージなど他の障害タイプからは保護できません。 - 電圧レギュレータ
電圧レギュレータは、機械的または電気的手段でサージとサグから保護し、比較的一定電圧を維持します。このオプションは上記より高コストですが、電力品質向上デバイスのコストスペクトラムの中間に位置します。 - 無停電電源装置（UPS）
UPSは短期停電と外部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、バッテリバンク、静止インバータ、自動/手動バイパススイッチで構成されます。瞬間停電を含むすべての電力品質問題から保護します。持続停電への保護はバッテリバンクサイズに制限されます。UPSはトランジェント、サグ、スウェル、その他異常からは保護しません。
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