Konstruktionstechnik für Kraftwerkserzeugungssysteme

Die Energieeffizienz von Kraftwerken ist entscheidend, um einen minimalen Verbrauch in der Anlage aufrechtzuerhalten . Energieeffizienz ist das effektive Mittel, um hausinterne Steuerungssysteme optimal so zu konfigurieren, dass nur der nötige Strom ohne Verschwendung verbraucht wird. Dieser Artikel geht auf die Bedenken bei der Entwicklung einer Anlage ein und wie Energieeffizienz keine leichte Aufgabe ist.

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Bei der Energieeffizienzplanung in Kraftwerken gibt es viele Herausforderungen, von technischen bis hin zu nicht-technischen Hindernissen. Diejenigen, die sich auf die Elektrotechnik beziehen, umfassen:

• In der Kraftwerksplanung ist die Elektrotechnik oft die letzte Abteilung, die sich nach Mechanik und Steuerung engagiert.

Dies lässt wenig für Elektroingenieure übrig, die sich für ein geeignetes integriertes Energieeffizienzdesign einsetzen können. Dies wirkt sich oft schädlich auf die Energieeffizienz von Kraftwerken aus. Dies bedeutet, dass die gesamte intern verbrauchte Energie durch das elektrische System ineffizient genutzt wird.

• Das Stromversorgungssystem ist das erste Element, das bezeichnet wird.

Dies führt zu weiteren Einschränkungen des Zeitrahmens, den Elektroingenieure für Konzeptstudien aufwenden können, die für den internen Kraftwerksbetrieb wichtig sind. Konzeptstudien bieten in der Regel die beste Gelegenheit, die Auswirkungen grundlegender energieeffizienzverbessernder Konstruktionsänderungen zu verstehen, die auf der Grundlage von Analysen um größere Effizienzverbesserungen herum entwickelt werden. Die Studien zur Stromqualität zur Energieeffizienz umfassen:

• Lastanalyse
• Leistungsfluss- und Spannungsabfallanalyse
• Motorstartanalyse
• Kurzschlussanalyse

Lastanalyse

Die Lastanalyse ist einer der wichtigsten Engineering-Schritte zur Steigerung der Energieeffizienz. Das Sammeln von Informationen und Daten über alle Lasten, denen das Stromversorgungssystem ausgesetzt ist, ist der erste Schritt zum Design. Dies bedeutet, dass Sie kritische Lasten, Arbeitszyklen, saisonale Schwankungen und Anlaufanforderungen verstehen. Diese Quellen stammen normalerweise vom Konstruktionsteam für Mechanik und Steuerung. Aufgrund der Fragmentierung der Lieferanten ist die Erstellung einer detaillierten Ladeliste keine leichte Aufgabe. Für diejenigen, die keine aktuellen Daten zu aktuellen Designs haben, können Sie ähnliche frühere Projekte als Leitfaden verwenden.

Die Belastungsanalyse sollte mit der Quantifizierung der maximalen Betriebsbelastung basierend auf den tatsächlichen Belastungen und Belastungsfaktoren beginnen. Überhöhte Herstellerangaben können zu einer Überdimensionierung des Angebots führen. Die Lastanalyse sollte auch die Anzahl der Lasten auf dem System berücksichtigen.

Leistungsfluss- und Spannungsabfallanalyse

Die Netzspannungen von Kraftwerken haben einen entscheidenden Einfluss auf die Energieeffizienz. Wenn Sie nach Möglichkeit eine höhere Busspannung wählen, werden die ohmschen Verluste aufgrund niedrigerer Strompegel im Vergleich zu Niederspannungsbussen reduziert. Die Auswahl von Mittelspannungsantrieben und -motoren anstelle von Niederspannungsantrieben und -motoren reduziert ohmsche Verluste in Antriebsleistungsgeräten. Motoren und Transformatoren, die für höhere Spannungen ausgelegt sind, haben letztendlich höhere Wirkungsgrade. Somit ermöglichen höhere Busspannungen dem Konstrukteur, weniger, größere Transformatoren zu spezifizieren und erhöhen die Gesamtenergieeffizienz des Systems.

Startanalyse

Motoren mit Sanftanlassern ziehen beim Anlauf deutlich mehr als ihren Volllast-Betriebsstrom. Hohe Drehmomentanforderungen während des Startvorgangs erhöhen die Belastung des Antriebssystems, was zu überdimensionierten Komponenten führt, was zu zusätzlichen Kosten einer geringeren Dauerbetriebseffizienz führt. Das Verständnis der Anforderungen des Motorstarts hilft bei der Konstruktion für die Verbindung von Komponenten, ohne die Parameter zu überschätzen, und im Wesentlichen für genaue Betriebsbedingungen für die richtigen Komponenten zu konzipieren.

Kurzschlussanalyse

Der Hauptzweck der Kurzschlussanalyse besteht darin, sicherzustellen, dass Leistungsschalter unter Kurzschlussbedingungen nicht überlastet werden. Leistungsschalter müssen in der Lage sein, normalen Laststrom zu führen und sollten in der Lage sein, Fehlerströme zu unterbrechen. Wenn Leistungsschalter einen höheren Strom als ihre unterbrochene Nennleistung unterbrechen sollen, können schädliche Folgen folgen. Stellen Sie sicher, dass der Nennstrom und die Unterbrechungsleistung innerhalb vernünftiger Bereiche liegen, um die Wahrscheinlichkeit einer vorbeugenden Beschädigung von Systemkomponenten zu verbessern.

Die Bedeutung der Gerätedimensionierung und des Busdesigns

Ein korrekter Lastausgleich zwischen Bussen verbessert die Stromqualität und Energieeffizienz. In Kraftwerken gibt es mehrere Stromquellen und eine korrekte Balance führt zu einer optimierten Größe der Stromsystemkomponenten und reduziert die Anlaufanforderungen für jeden Bus.

Eine ordnungsgemäße Analyse ergibt die optimalen Leistungsschalter- und Kabelgrößen. Eine schlechte Dimensionierung von Komponenten kann sowohl Auswirkungen auf die Energieeffizienz als auch auf die Schutzfunktionen haben. Es ist wichtig zu verstehen, dass zu kleine Kabel höhere Verluste haben, um die Kabelgröße zu bestimmen.

Einige Richtlinien für die Dimensionierung von Kupfer-Sammelschienen umfassen die Erhöhung des Querschnitts, um Energieverluste zu reduzieren, die Verdoppelung der Leiterquerschnittsfläche, um den Widerstand zu halbieren, und die Reduzierung der Verluste im Wesentlichen um die Hälfte. Die ersten paar inkrementellen Größenerhöhungen über das zulässige Minimum machen einen beträchtlichen Unterschied im Verlust aus, aber mit jeder inkrementellen Erhöhung sinkt die Rendite. Die Auswahl mehrerer Schienen eines einzelnen Busses ist ein weiteres Problem, das ein Konstrukteur berücksichtigen muss, um einen geringeren Systemverlust zu erzielen.

Stromschienen sind langlebige Anlagenkomponenten, was ihren laufenden Energiekosten ein höheres Gewicht in der Lebenszyklusberechnung verleiht. Um eine geeignete Sammelschiene auszuwählen, müssen Sie den Spannungsabfall, den Kurzschlussstrom und den Skin-Effekt kennen, denen das System während des normalen Betriebs begegnet.

Entwerfen für das richtige Verkabelungslayout für Kraftwerkssysteme

Die physikalische Anordnung der Komponenten des Stromversorgungssystems sowie die Länge und der Durchmesser der Kabel sollten so gewählt werden, dass sie minimale Verluste aufweisen. Verlustleistung wird in Kabeln in elektrischen Systemen verschwendet. Zu den Verlusten zählen auch solche für Schaltanlagen und andere stromführende Geräte wie Steuerungen und Schutzschaltungen. Zu den Konstruktionsrichtlinien zur Reduzierung von Verlusten gehören:

• Zentral gelegen das Lastzentrum für Transformatoren, Schaltanlagen zu:
• Verringern Sie die Länge der Kabelwege
• Verluste und Spannungsabfälle reduzieren
• Halten Sie Busse und Zapfstellen so kurz wie möglich, um:
• Verringern Sie den Abstand zwischen Hilfsaggregat-Transformator und Generator
• Erhöhen Sie den Kabeldurchmesser kleinerer Kabel auf ein oder maximal zwei Gauge, um Vorteile zu erzielen, darunter:
• Geringere ohmsche Verluste
• Mehr Kabel mit weniger unterschiedlichen Kabelgrößen reduzieren die Verschwendung bei der Installation und erhalten bessere Konditionen wie Mindestbestellmengen.

Die Hauptausrüstung wird ausgelegt, bevor die Verbindungen zwischen ihnen festgelegt werden. Festlegen der Designauswahl von Kabeln mit dem kleinsten zulässigen Durchmesser, um die anfänglichen Materialkosten auf Kosten der viel höheren Betriebskosten über die gesamte Lebensdauer zu reduzieren.

Bestimmung des Kabeldesigns

Der bestimmende Kabelquerschnitt zwischen den miteinander verbundenen Lasten muss in Bezug auf die Betriebsbedingungen und die Kabellänge berechnet werden. Zu den Faktoren, die den Kabelquerschnitt beeinflussen, gehören:

• Zulässige Belastung unter normalen Bedingungen unter Berücksichtigung der Umgebungstemperatur und der Auslegungsmethoden.
• Thermische Kurzschlussfestigkeit
• Zulässiger Spannungsabfall entlang der Kabelstrecke unter normalen Bedingungen und Startphase.
• Schutzgerätereaktion bei Überlast und kleinstmöglichem Kurzschlussstrom zur Unterbrechung gefährlicher Spannungen.

Kabelroutenplanung

Die Kabelführung in komplizierten Anlageninstallationen, Kraftwerken und Schaltanlagen erfordert einen immensen Arbeitsaufwand von Ingenieuren und Planern. Es beinhaltet die Anordnung der Kabel, um den kürzesten Weg zwischen ihrem Startpunkt und ihrem endgültigen Ziel zu bieten und gleichzeitig sicherzustellen, dass sich bestimmte Kombinationen nicht gegenseitig nachteilig beeinflussen.

Computer Aided Design (CAD) wird häufig als Mittel zum Entwickeln und Konstruieren einer geeigneten Implementierung von Komponenten- und Verkabelungslayouts verwendet. Kraftwerksanlagen erfordern enorme Sorgfalt bei der Entwicklung eines voll funktionsfähigen und energieeffizienten Flusses.

E3.3D-Routing-Bridge

Die E3.3D Routing Bridge ermöglicht ein einfaches Pfadrouting mit vollständiger Integration in mechanische CAD-Software. Die Bestimmung von Drahtlänge, -durchmesser und -standards für die Kabelauswahl zwischen miteinander verbundenen Komponenten war noch nie so einfach.

Um das Beste im Showdesign zu erreichen, hat Zuken Verbindungen zwischen E3.series und allen großen MCAD (Mechanical CAD)-Anbietern entwickelt, die die Erstellung vollständig integrierter Designmodelle ermöglichen. Mit der E3.3D Routing Bridge können Schaltplan- und Verbindungsinformationen aus der E3.series an alle gängigen MCAD-Systeme angebunden werden. Funktionen wie:

• Komponenteninformationen an MCAD übertragen (Steckverbinder, Stifte, Spleiße)
• Übertragen von Daten zu MCAD
• Auf Kollisions- oder Kollisionserkennung in MCAD prüfen
• Auf Drahtbiegeradius prüfen
• Berechnen Sie automatisch die Länge von Drähten und Segmenten in MCAD
• Automatische Erstellung der Fertigungsdokumentation in E3.Formboard

E3.Schema

Entwerfen und Dokumentieren von elektrischen Steuerungssystemen einschließlich Schaltplänen, Klemmenplänen und SPS. Es hilft, Fehler während des Entwurfs zu vermeiden, sodass Sie Systeme für das beste energieeffiziente Design entwickeln können. Einfache Drag-and-Drop-Oberfläche spart Zeit beim Entwerfen von Verbindungen und Komponenten für die Entwicklung, sodass mehr Zeit für die Anlageneffizienz und weniger für die Produktentwicklung verwendet werden kann. Einfache Integration der Arbeit über mehrere Plattformen für die Integration zwischen mechanischem und elektrischem Design. Dies ermöglicht Elektroingenieuren Fortschritte bei der Konstruktionsentwicklung, wenn mechanische und Steuerungssysteme vor der elektrischen Betrachtung entworfen werden. E3.Schematic bietet die folgenden Funktionen zur Erleichterung der Entwurfsphase:

• Erstellt und dokumentiert effizient Ihre Schaltpläne
• Verhindert Fehler mit integrierten Designregeln
• Die Fähigkeit von Ingenieuren, mit einer riesigen Bibliothek vorgefertigter, vorab genehmigter und getesteter Komponenten zu konstruieren
• Design mit Drag &Drop
• Elektrische Komponenten einfach anschließen
• Erstellen Sie Ihre Kabelnummer automatisch
• Definieren Sie Ihre eigenen Unterschaltungen vor
• Verwalten Sie Terminals über mehrere Blätter hinweg mit intelligentem Softwaredesign
• Projektdokumentation in einfachen Einzelschritten erstellen

Gibt es Möglichkeiten, wie Ihre Anlage energieeffizient werden könnte? Kommentieren Sie, was Sie verbessern möchten.

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