Häufigste Herausforderungen bei der Elektroplanung von Kraftwerken

Kraftwerke, Kraftwerke und Stromerzeugungsanlagen sind üblich Namen von Kraftwerken. Kraftwerke sind für den modernen Alltag unverzichtbar. Es würde kein Fernsehen, kein Internet, keinen Strom und kein Licht geben. Stromerzeugung gibt es seit Ende des 19. Jahrhunderts, als Wasser aus einem See zum Antrieb von Siemens-Dynamos verwendet wurde. Der Strom versorgte Licht, Heizung, Warmwasser, betrieb einen Aufzug sowie arbeitssparende Geräte und Wirtschaftsgebäude.

Ein Kraftwerk ist eine industrielle Anlage zur Stromerzeugung. Jedes Kraftwerk kann zahlreiche Generatoren enthalten, um mechanische Leistung in elektrische Leistung umzuwandeln. Das technische Niveau erfordert mehrere Überlegungen, bevor die Implementierung überhaupt ergründet wird. Was sind einige der Probleme bei der elektrischen Auslegung von Kraftwerken, mit denen Anlagen heute konfrontiert sind? Und was sind einige gängige Lösungen, die dazu beigetragen haben, diese Probleme zu beheben?

Kraftwerkserzeugungsanlage

Bis vor kurzem bestand das Hauptziel elektrischer Systeme darin, den unterbrechungsfreien Betrieb der Beleuchtungs-, Prozess- und Umweltsysteme einer Anlage zu gewährleisten. Dieses sehr einfache Modell wurde zu Beginn des 20. Jahrhunderts abgeleitet, als der Energieverbrauch hauptsächlich aus linearen Lasten stammte. In den letzten Jahren sind nichtlineare Lasten wie Motoren mit variabler Drehzahl, speicherprogrammierbare Steuerungen und andere elektrische Geräte zur Norm geworden.
Im Vergleich zu linearen Lasten sind diese nichtlinearen Lasten viel empfindlicher gegenüber Überspannung, Unterspannung und anderen Störungen, die schon immer auf der Stromleitung vorhanden waren. Solche routinemäßigen Störungen können Probleme verursachen, die von geringfügigen Gerätestörungen bis hin zu kostspieligen Systemabschaltungen und Geräteschäden reichen. Darüber hinaus können nichtlineare Geräte ihre eigenen Netzstörungen erzeugen, die in anderen Teilen der Anlage Probleme verursachen und in das Versorgungsnetz zurückspeisen können.
Die zunehmende Abhängigkeit von nichtlinearen Lasten hat dem Design elektrischer Systeme neue Ziele hinzugefügt. Während die garantierte Stromversorgung weiterhin von entscheidender Bedeutung ist, gewinnen Zuverlässigkeitsprobleme und die Stromqualität an Bedeutung, und die Kapazitätsanforderungen sind gestiegen. Darüber hinaus besteht weiterhin die Notwendigkeit, den Energieverbrauch und die Kosten zu kontrollieren, um wettbewerbsfähig zu bleiben. Angesichts dieser Herausforderungen müssen Elektroingenieure das Risiko von Zuverlässigkeits- und Netzqualitätsproblemen berücksichtigen, die wirtschaftlichen Auswirkungen von Problemen bewerten und ein kosteneffektives Risikomanagementprogramm implementieren.

Zuverlässige Stromversorgung

Eine zuverlässige Stromversorgung ist eine Stromversorgung, die ausreichend Strom liefert, um die Last einer Anlage mit der gewünschten Stromqualität zu versorgen, und eine, die während einer Einschränkung oder anderen Notfallbedingungen genügend Strom bereitstellt, um die Sicherheit des Personals und den Schutz wichtiger Prozesse und Prozessausrüstung zu gewährleisten.
Die elektrische Auslegung von Kraftwerken, die die von der Anlage geforderten Lastanforderungen antizipieren kann, ist selten annähernd ideal. Für Anlagenbauer ist es notwendig, ein Anlagenlastprofil zu erstellen. Das Profil vermittelt dem Managementteam ein gründliches Verständnis dafür, wie sich der Stromverbrauch der Einrichtung je nach gewünschtem Zeitintervall unterscheidet. Ein Verfahren zum Identifizieren von Lastmustern für elektrische Dienste besteht darin, eine Analyse durch Bedarfsdiagramme durchzuführen. Oder verwenden Sie alternativ Messsysteme, um Daten mit Informationen zu Spitzennutzungszeiten zu übertragen. Instrumentierung ist für die kontinuierliche Überwachung elektrischer Systeme und die Information der Bediener über ihre Leistung und Effizienz unerlässlich.

Unzuverlässige Stromversorgung

Stromqualität

In Bezug auf die Stromqualität ist der konventionelle Versorgungsdienst nicht zu 100 % zuverlässig. Für einige Versorgungskunden, die bereit sind, einen Aufpreis zu zahlen, kann die Stromversorgung näher an 100 % zuverlässig gemacht werden. Selbst bei diesem höheren Maß an Zuverlässigkeit kann es für einige Benutzer erforderlich sein, ein eigenes Stromkonditionierungssystem bereitzustellen.
Trotz des Einsatzes von Diagnose- und Präventivmaßnahmen durch Anlagenbauer kommt es zu unerwarteten Ausfällen und anderen Ausfällen. In solchen Situationen stellt ein gut verwaltetes elektrisches System der Anlage Notstrom bereit, zumindest genug, um das Abschalten der Ausrüstung zu ermöglichen.
Die Notstromversorgung kann durch Hilfsgeneratoren oder ein Gerät, das als unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV) bekannt ist, bereitgestellt werden. In einer wachsenden Zahl von Anlagen kann es wirtschaftlich machbar sein, eine Stromerzeugung vor Ort durch ein Kraft-Wärme-Kopplungssystem bereitzustellen. Blockheizkraftwerke nutzen Abfall oder kaufen Brennstoffe, um Strom zu erzeugen und Abwärme zurückzugewinnen.

Unterbrechungsfreie Stromversorgung

Quellen von Problemen mit der Netzqualität

Obwohl Versorgungsunternehmen heute fortschrittliche Hardware und Software in ihren Umspannwerken und in ihren Verteilungssystemen verwenden, treten Stromstörungen auf. Diese können folgende Ursachen haben:

• Übertragungsfehler
• Verteilersystem-Umschaltfehler
• Blitzeinschläge
• Gleichzeitiger Betrieb von Geräten

In vielen Fällen sind die Störungen auf Verdrahtungs- und Erdungsprobleme innerhalb der Anlage selbst zurückzuführen. Häufige Störungen sind Ausfälle, Unterspannung, Überspannung, Spannungsspitzen, Überspannungen, Überspannungen oder Rauschen. Diese Störungen können in ihrer Dauer von anhaltenden Ausfällen von mehreren Stunden bis hin zu Überspannungen von nur wenigen Mikrosekunden reichen und sind für Anlagentechniker nicht wahrnehmbar.

Blitzeinschläge verursachen Probleme mit der Stromqualität

Ältere elektrische Geräte wie Motoren, Magnetspulen und elektromechanische Steuerungen sind von kurzzeitigen Störungen weitgehend unbeeinflusst. Festkörperelektronische Geräte sind jedoch bei weitem am anfälligsten für eine Vielzahl von Störungen. Diese Sicherheitsanfälligkeit ergibt sich aus der Art und Weise, wie das elektronische Gerät den ihm zugeführten Wechselstrom (AC) verbraucht. Bei elektronischen Geräten, die Wechselstrom nicht in Gleichstrom (DC) umwandeln können, können folgende Probleme auftreten:

• Geräteunterbrechung
• Datenfehler
• Speicherverlust
• Und sogar Abschaltungen

Im schlimmsten Fall können einige Geräte Schaden nehmen.

Überlegungen zur Behebung von Problemen mit der Netzqualität

Es gibt verschiedene Arten von Abhilfemaßnahmen, um stromempfindliche Halbleitergeräte vor Stromstörungen zu schützen. die meisten sind einfach und kostengünstig. Darüber hinaus können Störungen vollständig vermieden werden, indem das Netzteil so konditioniert wird, dass es die Sinuswellenform glättet (Details hier). Da Stromkonditionierungsgeräte teuer sind, eignen sie sich am besten nur für Anwendungen, die die höchste Leistung erfordern.

• Verkabelung und Erdung
  Ungefähr 80 % der Probleme mit der Netzqualität in gewerblichen und industriellen Einrichtungen können auf Probleme mit falscher Erdung, unzureichender Verkabelung, lockeren Verbindungen und Ansammlung von Staub und Schmutz durch schlechte Wartungspraktiken zurückgeführt werden. Die Bedeutung einer guten, niederohmigen Erdung kann nicht genug betont werden, zumal Halbleitersysteme von der Erdung als Referenz für den Betrieb und die Ableitung von Streuleistung abhängen, die Schäden verursachen könnte, wenn sie im Stromkreis verbleiben. Dies ist eine kostengünstige Präventionsmaßnahme für Netzqualitätsprobleme.
  
• Dedizierte Schaltkreise
  Die meisten Netzstörungen in Form von Lärm werden innerhalb der Anlage selbst erzeugt. Daher besteht eine wirksame Methode zum Schutz wichtiger oder hochempfindlicher Geräte darin, die Geräte in einem eigenen isolierten Stromkreis zu platzieren, um sie vor Stromstörungen zu schützen, die durch andere Geräte in der Nähe verursacht werden.
  
• Spike-Unterdrücker
  Spike-Unterdrücker reduzieren die Amplitude von Spannungsspitzen auf sichere Werte und können viele plötzliche Spannungsänderungen eliminieren. Sie sind die einfachsten und kostengünstigsten Schutzvorrichtungen; ihre Leistungsfähigkeit hängt jedoch von der Qualität des gekauften Suppressors ab.
• Isolationstransformatoren
  Trenntransformatoren filtern elektrisches Rauschen und Verzerrungen von anderen Geräten vor Ort oder eingehendem Strom heraus. Sie können jedoch nicht vor anderen Arten von Störungen wie Spannungsspitzen und Überspannungen schützen.
  
  
• Spannungsregler
  Spannungsregler halten eine relativ konstante Spannung aufrecht, indem sie mechanische oder elektrische Mittel gegen Überspannungen und Spannungseinbrüche schützen. Diese Option ist teurer als die oben aufgeführten, liegt aber im Mittelfeld des Kostenspektrums für Geräte zur Leistungssteigerung.
• Unterbrechungsfreie Stromversorgung
  Eine USV schützt vor kurzzeitigen Stromunterbrechungen und externen Stromstörungen. USV-Systeme bestehen typischerweise aus einem Gleichrichter/Ladegerät, einer Batteriebank, einem statischen Wechselrichter und einem automatischen oder manuellen Bypass-Schalter. Es bietet Schutz vor allen Problemen mit der Netzqualität, einschließlich kurzzeitiger Ausfälle. Der Schutz vor anhaltenden Ausfällen ist auf die Größe der Batteriebank beschränkt. Die USV schützt nicht vor Transienten, Durchhängen, Anschwellen oder anderen Anomalien.