El diseño para la eficiencia energética en las plantas de energía tiene muchos retos técnicos comparados con los obstáculos no técnicos. Los que pertenecen a la ingeniería eléctrica incluyen:
Esto deja poco para los ingenieros eléctricos en el diseño de la eficiencia energética y a menudo tiene un efecto perjudicial sobre la eficiencia energética de las plantas. Esto significa que toda la energía consumida internamente se utiliza de forma ineficiente.
Esto produce restricciones a la hora que los ingenieros eléctricos necesiten realizar estudios conceptuales importantes para las operaciones internas de la central eléctrica. Estudios conceptuales suelen presentar una buena oportunidad para comprender el impacto de los cambios de diseño y mejorar de esa manerala eficiencia energética básica que se desarrolla en torno a las mejoras de eficiencia basadas en el análisis. Los estudios de calidad de energía para la eficiencia energética incluyen:
• Análisis de carga
• Flujo de potencia y análisis de caída de voltaje
• Análisis de arranque del Motor
• Análisis de Cortocircuito
El análisis de carga es uno de los pasos de ingeniería más importantes para aumentar la eficiencia energética. La recopilación de información y datos sobre todas las cargas que el sistema de energía se encontrará es el primer paso hacia el diseño. Esto significa cargas de comprensión crítica, ciclo de trabajo, las variaciones estacionales, y los requisitos de inicio. Estas fuentes generalmente provienen del equipo de diseño mecánico y controles. Debido a la fragmentación de los proveedores, la compilación de una lista detallada de carga nunca es una tarea fácil. Para los que no tienen datos reales sobre los diseños actuales pueden consultar los proyectos anteriores similares como una guía.
El análisis de carga debe comenzar con la cuantificación de la carga máxima de trabajo basado en las cargas reales y los factores de carga. Valores inflados dados por el fabricante puede llevar a sobredimensionamiento de la oferta. El análisis de carga también se debe tener en cuenta para el número de cargas en el sistema.
El propósito del programa de análisis de Flujo de potencia es calcular con precisión los voltajes (tensiones) de estado estacionario en todos los buses de una red, y a partir de ese cálculo los flujos de potencia real y reactiva en cada una de las líneas y transformadores, bajo la suposición de generación y carga conocidas. Los diseñadores de circuitos eléctricos de plantas industriales deben trabajar conociendo los cálculos de caída de voltaje, no sólo cumplir los requerimientos reglamentarios, sino también asegurar que el voltaje aplicado a los equipos se mantiene dentro de los límites apropiados.
Los motores con arrancadores suaves dibujan mucho más que su corriente de funcionamiento a plena carga durante el inicio. Demandas de alto torque durante el arranque aumentará la carga en el sistema de poder que conduce a componentes de gran tamaño, lo que conduce a un gasto extra de menor eficiencia de funcionamiento continuo. La comprensión de las exigencias de arranque del motor le ayudará en el diseño para la interconexión de componentes sin parámetros sobre la estimación, en esencia el diseño de las condiciones de funcionamiento exactas de los componentes adecuados.
El objetivo del estudio de corto circuito es calcular el valor máximo de la corriente y su comportamiento durante el tiempo que permanece el mismo. Esto permite determinar el valor de la corriente que debe interrumpirse y conocer el esfuerzo al que son sometidos los equipos durante el tiempo transcurrido desde que se presenta la falla hasta que se interrumpe la circulación de la corriente.
Equilibrar correctamente las cargas a través de los autobuses mejorará la calidad de energía y la eficiencia energética. En las plantas de energía que hay múltiples fuentes de energía y la adquisición de un equilibrio correcto dará lugar a la optimización de tamaños de los componentes del sistema de energía y reducir los requisitos de inicio para cada bus.
Un análisis adecuado producirá los tamaños óptimos de interruptores y cableado. Un pobre dimensionamiento de los componentes puede tener consecuencias tanto en la eficiencia energética como en las funciones de protección. La comprensión de que los cables de tamaño insuficiente tienen mayores pérdidas es importante para la determinación del tamaño de cable.
Algunas pautas para el dimensionamiento de barras de cobre incluyen el aumento de la sección transversal para reducir las pérdidas de energía, duplicando el área de la sección transversal del conductor para reducir la resistencia a la mitad y la reducción de pérdidas por medio esencialmente. Los primeros que aumenta el tamaño incremental por encima del mínimo permitido harán una diferencia considerable en la pérdida, pero con cada aumento del retorno disminuye. La selección de varias barras de un solo bus es otro tema que un ingeniero de diseño debe tener en cuenta para lograr una pérdida inferior del sistema.
Los cables de barras son componentes de larga vida de las plantas. Con el fin de seleccionar un juego de barras adecuada se requiere una comprensión de la caída de tensión, corriente de cortocircuito, y el efecto de la piel que el sistema encuentra durante las operaciones normales.
La disposición física de los componentes del sistema de alimentación y la longitud y el diámetro de los cables deben ser seleccionados para pérdidas mínimas. Las pérdidas de potencia ocurren en los cables de los sistemas eléctricos. Las pérdidas también se encuentran en los interruptores y otros dispositivos como libros de actualidad y los circuitos de protección y controles. Directrices de diseño para reducir las pérdidas incluyen:
• Situado en el centro de carga para transformadores, interruptores a:
1. Reducir la longitud de los tramos de cable
2. Reducir las pérdidas y caídas de tensión
• Mantenga los autobuses y grifos lo más corto posible:
1. Reducir la distancia entre el transformador y la unidad auxiliar del generador
1. pérdidas óhmicas
El equipo principal se presenta antes y las conexiones se determinan entre ellos. La determinación de la elección del diseño de los cables deben serlos de menor diámetro para reducir los costos de materiales iniciales.
La determinación de la sección transversal de los cables entre las cargas de interconexión debe calcularse en relación con las condiciones de funcionamiento y la longitud del cable. Los factores que la sección transversal de cable incluye son:
• Carga permitida en condiciones normales, teniendo en cuenta los métodos de temperatura y diseño ambiental.
• Resistencia a cortocircuitos
• Caída de tensión permitida a lo largo del cable para funcionar en condiciones normales y en fase de arranque.
• Protección en caso de sobrecargas y la corriente de cortocircuito más pequeña posible.
Tendido los cables en instalaciones complicadas, plantas de energía y en las estaciones de conmutación requiere una inmensa cantidad de trabajo por parte del ingeniero y planificadores. Se trata de la organización de cables para dar el camino más corto entre su punto de partida y destino final, asegurando al mismo tiempo que ciertas combinaciones no influyen negativamente en la otra.
Diseño asistido por ordenador (CAD, por sus siglas en inglés) ha sido ampliamente utilizado como un medio para el desarrollo de la ingeniería y la correcta aplicación de los componentes y el cableado de diseño. Instalaciones de la planta de energía requieren gran atención en el desarrollo de un eficiente flujo completamente funcional.
E3.3D Routing Bridge permite una fácil ruta con la plena integración con softwares de CAD mecánicos. La determinación de la longitud del cable, diámetro y las normas para la selección del cable entre los componentes de interconexión nunca ha sido tan fácil.
Zuken ha desarrollado vínculos entre E3.series y todas las principales MCAD (CAD mecánico) vendedores, permitiendo la creación de modelo de diseño totalmente integrado. Utilizando el puente de enrutamiento E3.3D, información esquemática y la conexión de E3. Esas series se pueden interconectar a todos los principales sistemas MCAD. Sus características incluyen:
• Transferencia de Información del Componente de MCAD (conectores, pernos, empalmes)
• Traslado de Datos de MCAD
• Comprueba si hay colisión, o conflicto y la detección en MCAD
• Comprueba si hay cables de curvatura
• Calcula automáticamente la Longitud de Alambres y Segmentos en MCAD
• Creación automática de Documentación de fabricación en E3.
El diseño y la documentación de los sistemas de controles eléctricos incluyen diagramas esquemáticos, planes de terminales y los PLC. Ayudan a prevenir errores al diseñar para que se puedan desarrollar sistemas eficientes de energía. Se integra fácilmente el trabajo a través de múltiples plataformas para la integración entre el diseño mecánico y eléctrico. Esto da paso para el desarrollo de diseño de los ingenieros eléctricos cuando los sistemas mecánicos y de control están diseñados por delante de consideración eléctrica. El esquema ofrece las siguientes características para facilitar la fase de diseño:
• Crea y documenta sus esquemas eléctricos de manera eficiente
• Evita los errores con las normas de diseño integradas
• La capacidad de los ingenieros para diseñar con una enorme biblioteca de componentes prediseñados y probados,
• Conecta fácilmente los componentes eléctricos
• Número de cableado de forma automática
• Pre-definir sus propios subcircuitos
• Administrar las terminales a través de múltiples hojas con diseño de software inteligente
• Genera la documentación del proyecto en pasos individuales simples