Défis les plus courants dans la conception électrique des centrales électriques

Les centrales électriques, les centrales électriques et les centrales électriques sont toutes courantes noms utilisés par les centrales électriques. Les centrales électriques sont essentielles à la vie quotidienne de la vie moderne. Il n'y aurait pas de télévision, pas d'internet, pas d'électricité et pas de lumière. La production d'électricité existe depuis la fin des années 1800, où l'eau d'un lac était utilisée pour alimenter les dynamos Siemens. L'électricité alimentait les lumières, le chauffage, produisait de l'eau chaude, faisait fonctionner un ascenseur ainsi que des dispositifs d'économie de main-d'œuvre et des bâtiments agricoles.

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Une centrale électrique est une installation industrielle de production d'électricité. Chaque centrale peut contenir de nombreux générateurs pour convertir l'énergie mécanique en énergie électrique. Le niveau d'ingénierie nécessite de multiples considérations avant même de sonder la mise en œuvre. Quels sont certains des problèmes de conception électrique des centrales électriques auxquels les installations sont confrontées aujourd'hui ? Et quelles sont les solutions courantes qui ont aidé à résoudre ces problèmes ?

Installation de production d'électricité

Jusqu'à récemment, l'objectif principal des systèmes électriques était de garantir le fonctionnement ininterrompu des systèmes d'éclairage, de processus et environnementaux d'une installation. Ce modèle très simple a été dérivé au début du XXe siècle, lorsque la consommation d'énergie provenait principalement de charges linéaires. Ces dernières années, les charges non linéaires telles que les moteurs à vitesse variable, les contrôleurs logiques programmables et autres équipements électriques sont devenues la norme.
Par rapport aux charges linéaires, ces charges non linéaires sont beaucoup plus sensibles aux surtensions, sous-tensions et autres perturbations qui ont toujours existé sur la ligne électrique du service public. De telles perturbations de routine peuvent causer des problèmes allant de dysfonctionnements mineurs de l'équipement à des arrêts coûteux du système et à des dommages à l'équipement. De plus, les dispositifs non linéaires peuvent créer leurs propres perturbations de l'alimentation, ce qui peut causer des problèmes dans d'autres parties de l'installation de l'usine et peut se répercuter sur le système de distribution des services publics.
Le recours accru aux charges non linéaires a ajouté de nouveaux objectifs à la conception des systèmes électriques. Alors que la garantie d'approvisionnement en énergie reste cruciale, les problèmes de fiabilité et de qualité de l'énergie deviennent primordiaux et les besoins en capacité ont augmenté. De plus, la nécessité de contrôler l'utilisation et les coûts de l'énergie pour rester compétitif demeure. Face à ces défis, les ingénieurs électriciens doivent prendre en compte le risque de rencontrer des problèmes de fiabilité et de qualité de l'alimentation, évaluer l'impact économique des problèmes et mettre en œuvre un programme de gestion des risques et des coûts.

Alimentation fiable

Une alimentation électrique fiable est celle qui fournit suffisamment d'électricité pour desservir la charge d'une installation au niveau de qualité d'alimentation souhaité, et une alimentation qui fournit suffisamment d'électricité pendant la réduction ou d'autres conditions d'urgence pour assurer la sécurité du personnel et la protection des processus cruciaux et des équipements de processus.
La conception électrique de la centrale qui peut anticiper les exigences de charge exigées par l'installation est rarement proche de l'idéal. Il est nécessaire que les ingénieurs d'usine réalisent un profil de charge de l'installation. Le profil fournira à l'équipe de gestion une compréhension approfondie de la façon dont la consommation électrique de l'installation varie selon l'intervalle de temps souhaité. Une méthode pour identifier le modèle de charge de service électrique consiste à effectuer une analyse à l'aide de graphiques de demande. Ou encore, utilisez des systèmes de mesure pour transmettre des données avec des informations pendant les heures de pointe. L'instrumentation est essentielle pour surveiller en permanence les systèmes électriques et informer les opérateurs de leurs performances et de leur efficacité.

Alimentation électrique peu fiable

Qualité de l'alimentation

En termes de qualité de l'électricité, le service public conventionnel n'est pas fiable à 100 %. Pour certains clients de services publics prêts à payer un supplément, l'alimentation électrique peut être rendue plus fiable à 100 %. Même à ce niveau de confiance plus élevé, il peut être nécessaire pour certains utilisateurs de fournir un système de conditionnement d'énergie interne.
Malgré l'utilisation de diagnostics et de mesures préventives par les ingénieurs d'usine, des pannes inattendues et d'autres défaillances se produisent. Dans de telles situations, un système électrique de centrale bien géré fournit une alimentation de secours, au moins suffisante pour permettre l'arrêt de l'équipement.
L'alimentation de secours peut être fournie par des générateurs auxiliaires ou un dispositif appelé alimentation sans coupure (UPS). Dans un nombre croissant d'usines, il peut être économiquement faisable de fournir une production d'électricité sur site par le biais d'un système de cogénération. Les systèmes de cogénération utilisent des déchets ou achètent des combustibles pour produire de l'électricité et récupérer la chaleur perdue.

Alimentation sans interruption

Sources de problèmes de qualité d'alimentation

Même si aujourd'hui les services publics utilisent du matériel et des logiciels avancés dans leurs sous-stations et sur leurs systèmes de distribution, des perturbations de l'alimentation se produisent. Ceux-ci peuvent résulter de :

• Défauts de transmission
• Défauts de commutation du système de distribution
• La foudre
• Fonctionnement simultané des équipements

Dans de nombreux cas, les perturbations peuvent être attribuées à des problèmes de câblage et de mise à la terre au sein de l'usine elle-même. Les perturbations courantes sont les pannes, les sous-tensions, les surtensions, les pointes, les surtensions, les surtensions ou le bruit. La durée de ces perturbations peut aller de pannes prolongées de plusieurs heures à des surtensions de quelques microsecondes seulement, et indiscernables pour les ingénieurs d'usine.

La foudre causant des problèmes de qualité d'alimentation

Les équipements électriques plus anciens tels que les moteurs, les solénoïdes et les commandes électromécaniques ne sont en grande partie pas affectés par les perturbations de courte durée. Cependant, les équipements électroniques à semi-conducteurs sont de loin les plus sensibles à une large gamme de perturbations. Cette vulnérabilité provient de la façon dont l'appareil électronique consomme le courant alternatif (AC) qui lui est fourni. Les appareils électroniques qui ne peuvent pas convertir le courant alternatif en courant continu (CC) peuvent rencontrer des problèmes, notamment :

• Interruption de l'appareil
• Erreurs de données
• Perte de mémoire
• Et même des arrêts

Dans le pire des cas, certains appareils peuvent subir des dommages.

Considérations pour la correction des problèmes de qualité de l'alimentation

Il existe plusieurs types de solutions pour protéger les équipements à semi-conducteurs sensibles à l'alimentation contre les perturbations de l'alimentation; la plupart sont simples et peu coûteux. De plus, les perturbations peuvent être complètement évitées en conditionnant l'alimentation pour lisser la forme d'onde sinusoïdale (détails ici). Étant donné que les équipements de conditionnement d'énergie sont coûteux, ils ne conviennent mieux que pour les applications nécessitant la plus haute qualité de puissance.

• Câblage et mise à la terre
  Environ 80 % des problèmes de qualité de l'alimentation dans les installations commerciales et industrielles peuvent être attribués à des problèmes de mise à la terre incorrecte, de câblage inadéquat, de connexions desserrées et d'accumulation de poussière et de saleté résultant de mauvaises pratiques de maintenance. L'importance d'une bonne mise à la terre à faible résistance ne peut pas être surestimée, d'autant plus que les systèmes à semi-conducteurs dépendent de la mise à la terre pour qu'une référence fonctionne et pour dissiper la puissance parasite qui pourrait causer des dommages si elle est laissée sur le circuit. Il s'agit d'une mesure de prévention à faible coût pour les problèmes de qualité de l'alimentation.
  
• Circuits dédiés
  La plupart des perturbations électriques sous forme de bruit sont générées à l'intérieur de l'usine elle-même. Par conséquent, une méthode efficace de protection des équipements essentiels ou hautement sensibles consiste à placer l'équipement sur son propre circuit isolé pour le protéger des perturbations de l'alimentation causées par d'autres équipements à proximité.
  
• Suppresseur de pointes
  Les suppresseurs de pics réduisent l'amplitude des pics de tension à des niveaux sûrs et peuvent éliminer de nombreux changements soudains de tension. Ce sont les dispositifs de protection les plus simples et les moins chers; cependant, leur capacité dépend de la qualité du suppresseur acheté.
• Transformateurs d'isolement
  Les transformateurs d'isolement filtrent le bruit électrique et la distorsion provenant d'autres équipements sur site ou de l'alimentation entrante. Ils ne peuvent cependant pas protéger contre d'autres types de perturbations telles que les pointes et les surtensions.
  
  
• Régulateurs de tension
  Les régulateurs de tension maintiennent une tension relativement constante en protégeant contre les surtensions et les creux par des moyens mécaniques ou électriques. Cette option est plus coûteuse que celles énumérées ci-dessus, mais se situe au milieu de l'éventail des coûts pour les dispositifs d'amélioration de la puissance.
• Alimentation sans interruption
  Un onduleur protège contre les interruptions de courant à court terme et les perturbations de l'alimentation extérieure. Les systèmes UPS se composent généralement d'un redresseur/chargeur, d'un groupe de batteries, d'un onduleur statique et d'un commutateur de dérivation automatique ou manuel. Il offre une protection contre tous les problèmes de qualité de l'alimentation, y compris les pannes momentanées. La protection contre les pannes prolongées est limitée à la taille du parc de batteries. L'UPS ne protège pas contre les transitoires, les affaissements, les gonflements ou d'autres anomalies.

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