Engenharia de projeto para sistemas de geração de usinas de energia

A eficiência energética da usina é vital para manter a taxa de consumo mínima dentro da instalação . A eficiência energética é o meio eficaz de configurar de forma otimizada os sistemas de controle internos para usar apenas a energia necessária, sem desperdício. Este artigo aborda as preocupações ao desenvolver uma instalação e como a eficiência energética não é uma tarefa fácil.

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Projetar para eficiência energética em usinas de energia apresenta muitos desafios, de obstáculos técnicos a não técnicos. Aqueles que pertencem à engenharia elétrica incluem:

• No projeto de usinas de energia, a engenharia elétrica é frequentemente o último departamento a se engajar depois dos sistemas mecânicos e de controle.

Isso deixa pouco para os engenheiros elétricos envolverem o projeto de eficiência energética integrado adequado. Isso geralmente tem efeito prejudicial sobre a eficiência energética das usinas de energia. Isso significa que toda a energia consumida internamente através do sistema elétrico é utilizada de forma ineficiente.

• O sistema de energia é o primeiro item designado.

Isso causa mais restrições no tempo alocado que os engenheiros elétricos podem gastar em estudos conceituais importantes para as operações internas da usina. Os estudos conceituais geralmente apresentam a melhor oportunidade para compreender o impacto das mudanças de projeto de melhoria da eficiência energética básica que são desenvolvidas em torno de melhorias de eficiência maiores com base em análises. Os estudos de qualidade de energia para eficiência energética incluem:

• Análise de carga
• Análise de fluxo de potência e queda de tensão
• Análise de partida do motor
• Análise de curto-circuito

Análise de carga

A análise de carga é uma das etapas de engenharia mais importantes para aumentar a eficiência energética. A coleta de informações e dados sobre todas as cargas que o sistema de energia encontrará é o primeiro passo para o projeto. Isso significa compreender cargas críticas, ciclo de trabalho, variações sazonais e requisitos de inicialização. Essas fontes geralmente vêm da equipe de design mecânico e de controles. Devido à fragmentação de fornecedores, compilar uma lista de carga detalhada nunca é uma tarefa fácil. Para quem não tem dados reais sobre os projetos atuais, pode consultar projetos anteriores semelhantes como um guia.



A análise de carga deve começar com a quantificação da carga operacional máxima com base nas cargas reais e nos fatores de carga. Valores inflados fornecidos pelo fabricante podem levar ao sobredimensionamento do fornecimento. A análise de carga também deve levar em consideração o número de cargas no sistema.

Análise de fluxo de potência e queda de tensão

As tensões do sistema da usina têm um impacto definitivo na eficiência energética. A escolha de uma tensão de barramento mais alta onde possível reduzirá as perdas ôhmicas devido aos níveis de corrente mais baixos em relação aos barramentos de baixa tensão. A seleção de inversores e motores de média tensão em vez de baixa tensão reduzirá as perdas ôhmicas no equipamento de alimentação do inversor. Motores e transformadores classificados em níveis de tensão mais altos, em última análise, têm eficiências mais altas. Assim, tensões de barramento mais altas permitirão que o projetista especifique menos transformadores maiores e aumentará a eficiência energética geral do sistema.

Análise de inicialização

Os motores com soft starters consomem muito mais do que sua corrente operacional de carga total durante a inicialização. As altas demandas de torque durante a inicialização aumentarão a carga no sistema de energia, levando a componentes superdimensionados, o que leva a despesas extras de menor eficiência de operação contínua. Compreender os requisitos de partida do motor ajudará no projeto de componentes de interconexão sem superestimar os parâmetros, essencialmente projetando para as condições operacionais exatas para os componentes adequados.

Análise de curto-circuito

O objetivo principal da análise de curto-circuito é garantir que os disjuntores não sejam sobrecarregados sob condições de curto-circuito. Os disjuntores devem ser capazes de transportar a corrente de carga normal e interromper as correntes de falha. Se os disjuntores forem supostos para interromper a corrente mais alta do que sua classificação de interrupção, podem ocorrer consequências prejudiciais. Certificar-se de que a corrente nominal e a classificação de interrupção estão dentro de faixas razoáveis ​​aumentará as chances de danos preventivos aos componentes do sistema.

A importância do dimensionamento do equipamento e do projeto do ônibus

O equilíbrio correto das cargas entre os ônibus melhorará a qualidade da energia e a eficiência energética. Em usinas de energia, existem várias fontes de energia e obter um equilíbrio correto levará à otimização dos tamanhos dos componentes do sistema de energia e reduzirá os requisitos de inicialização para cada barramento.

Uma análise adequada produzirá os tamanhos ideais de disjuntor e cabeamento. O dimensionamento insuficiente dos componentes pode ter consequências na eficiência energética e nas funções de proteção. Entender que cabos subdimensionados têm perdas maiores é importante para a determinação do tamanho do cabo.

Algumas diretrizes para dimensionamento de barramentos de cobre incluem aumentar a seção transversal para reduzir as perdas de energia, dobrar a área da seção transversal do condutor para cortar a resistência pela metade e reduzir as perdas pela metade. Os primeiros aumentos de tamanho incremental acima do mínimo permitido farão uma diferença considerável na perda, mas com cada aumento incremental o retorno diminui. A seleção de várias barras de um único barramento é outra questão que um engenheiro de projeto deve considerar para obter uma perda de sistema menor.



Os barramentos são componentes de longa vida da planta, o que dá ao seu custo de energia em funcionamento mais peso no cálculo do ciclo de vida. Para selecionar um barramento adequado, é necessário compreender a queda de tensão, a corrente de curto-circuito e o efeito de pele que o sistema encontra durante as operações normais.

Projeto para layout de cabeamento adequado do sistema da usina de energia

O layout físico para os componentes do sistema de energia e o comprimento e diâmetro dos cabos devem ser selecionados para perdas mínimas. A perda de energia é desperdiçada em cabos em sistemas elétricos. As perdas também incluem aquelas para interruptores e outros dispositivos de transporte de corrente, como controles e circuitos de proteção. As diretrizes de design para redução de perdas incluem:

• Centralmente localizado no centro de carga para transformadores, comutadores para:
• Reduza o comprimento dos lances de cabo
• Reduza as perdas e quedas de tensão
• Mantenha os ônibus e os toques o mais curtos possível para:
• Reduza a distância entre o transformador e o gerador da unidade auxiliar
• Aumente o diâmetro do cabo de cabos menores para um ou no máximo duas bitolas mais altas para obter benefícios, incluindo:
• Perdas ôhmicas mais baixas
• Mais cabos com menos tamanhos de cabos diferentes reduzem o desperdício durante a instalação e obtêm melhores condições, como quantidades mínimas de pedido.

O equipamento principal é preparado antes que as conexões sejam determinadas entre eles. Determinar a escolha do projeto dos cabos de menor diâmetro permissível para reduzir os custos de material inicial, às custas de custos operacionais de vida útil muito maiores.

Determinação do projeto do cabo

A determinação da seção transversal dos cabos entre as cargas de interconexão deve ser calculada em relação às condições de operação e ao comprimento do cabo. Fatores que influenciam a seção transversal do cabo incluem:

• Carregamento permitido em condições normais, levando em consideração a temperatura ambiente e os métodos de layout.
• Força térmica do curto-circuito
• Queda de tensão permitida ao longo do cabo em condições normais e fase de partida.
• Resposta do dispositivo de proteção em caso de sobrecargas e a menor corrente de curto-circuito possível para interromper tensões perigosas.

Planejamento de rota de cabos

O roteamento de cabos em instalações complicadas, usinas de energia e estações de comutação requer uma imensa quantidade de trabalho por parte do engenheiro e dos planejadores. Trata-se de organizar os cabos para fornecer o caminho mais curto entre o ponto de partida e o destino final, garantindo que certas combinações não influenciem adversamente umas às outras.

O projeto auxiliado por computador (CAD) tem sido amplamente utilizado como um meio para desenvolver e projetar a implementação adequada de layout de componentes e cabeamento. As instalações da usina exigem muito cuidado ao desenvolver um fluxo totalmente funcional e com eficiência energética.

Ponte de Roteamento E3.3D

A ponte de roteamento E3.3D permite o roteamento de caminho fácil com integração total com softwares CAD mecânicos. Determinar o comprimento do fio, o diâmetro e os padrões para a seleção do cabo entre os componentes de interconexão nunca foi tão fácil.

Para ajudar a buscar o melhor em design de show, Zuken desenvolveu links entre E3.series e todos os principais fornecedores de MCAD (CAD mecânico), permitindo a criação de um modelo de design totalmente integrado. Usando a ponte de roteamento E3.3D, as informações esquemáticas e de conexão do E3.series podem ser conectadas a todos os principais sistemas MCAD. Recursos incluindo:

• Transferir informações de componentes para MCAD (conectores, pinos, emendas)
• Transferência de dados de / para o MCAD
• Verifique a detecção de colisão ou conflito no MCAD
• Verifique o raio de curvatura do fio
• Calcule automaticamente o comprimento dos fios e segmentos no MCAD
• Criação automática de documentação de manufatura no E3.Formboard

E3.Schematic

Projetar e documentar sistemas de controles elétricos, incluindo diagramas esquemáticos, planos de terminais e PLCs. Ajuda a evitar erros durante o projeto, para que você possa desenvolver sistemas com o melhor projeto com eficiência energética. Interface fácil de arrastar e soltar para economizar tempo projetando conexões e componentes para desenvolvimento, de forma que mais tempo possa ser dedicado à eficiência da planta e menos ao desenvolvimento do produto. Integra facilmente o trabalho por meio de várias plataformas para integração entre o projeto mecânico e elétrico. Isso proporciona avanços no desenvolvimento de projetos para engenheiros elétricos quando os sistemas mecânicos e de controle são projetados antes da consideração elétrica. O E3.Schematic oferece os seguintes recursos para facilitar a fase de projeto:

• Cria e documenta seus esquemas elétricos com eficiência
• Previne erros com regras de design integradas
• A capacidade dos engenheiros de projetar com uma enorme biblioteca de componentes pré-projetados, pré-aprovados e testados
• Design com arrastar e soltar
• Conecte facilmente os componentes elétricos
• Faça o número da fiação automaticamente
• Pré-defina seus próprios sub-circuitos
• Gerencie terminais em várias planilhas com design de software inteligente
• Gere a documentação do projeto em etapas simples e simples

Existem maneiras de suas instalações se tornarem eficientes em termos de energia? Comente sobre o que você gostaria de melhorar.

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