Tantangan Desain Listrik Utama di Pembangkit Listrik Modern: Tinjauan Komprehensif
Power house, power station, dan electrical generation plant adalah semua nama umum yang digunakan oleh pembangkit listrik. Pembangkit listrik esensial untuk kehidupan modern sehari-hari. Tidak akan ada televisi, tidak ada internet, tidak ada listrik, dan tidak ada lampu. Pembangkit listrik telah ada sejak akhir tahun 1800-an, di mana air dari danau digunakan untuk menyucceskan dynamo Siemens. Listrik yang disediakan memberi daya pada lampu, pemanas, memproduksi air panas, menjalankan lift serta alat penghemat tenaga dan bangunan pertanian.
Pembangkit listrik adalah fasilitas industri untuk pembangkit listrik. Setiap pembangkit listrik dapat berisi banyak generator untuk mengubah daya mekanis menjadi daya listrik. Tingkat rekayasa memerlukan beberapa pertimbangan sebelum memandang implementasi. Apa saja masalah desain listrik pembangkit listrik yang dihadapi fasilitas saat ini? Dan apa saja solusi umum yang telah membantu mengatasi masalah ini?
Fasilitas Pembangkit Listrik
Sampai akhir-akhirnya tujuan utama sistem listrik adalah untuk menjamin operasi yang tidak terganggu dari sistem penerangan, proses, dan lingkungan fasilitas. Model yang sangat sederhana ini berasal dari awal abad kedua puluh, ketika konsumsi energi terutama dari beban linier. Dalam beberapa tahun terakhir beban non-linier seperti motor kecepatan variabel, kontroler logika terprogram dan peralatan listrik lainnya telah menjadi norma.
Dibandingkan dengan beban linier, beban non-linier jauh lebih sensitif terhadap overvoltage, undervoltage, dan gangguan lain yang selalu ada pada garis distribusi utilitas. Gangguan rutin ini dapat menyebabkan masalah yang bervariasi dari gangguan peralatan ringan hingga shutdown sistem yang mahal dan kerusakan peralatan. Selain itu, perangkat non-linier dapat membuat gangguan daya mereka sendiri, yang dapat menyebabkan masalah di bagian lain dari fasilitas pabrik dan dapat memberi masukan kembali ke sistem distribusi utilitas.
Ketergantungan yang meningkat pada beban non-linier telah menambahkan tujuan baru ke desain sistem listrik. Sementara suplai daya yang terjamin tetap sangat penting, isu keandalan dan kualitas daya menjadi utama, dan persyaratan kapasitas telah meningkat. Selain itu, kebutuhan untuk mengontrol penggunaan energi dan biaya untuk tetap kompetitif terus berlanjut. Dalam menghadapi tantangan ini insinyur listrik harus mengevaluasi risiko pengalaman masalah keandalan dan kualitas daya dan mengevaluasi dampak ekonomi masalah serta menerapkan program manajemen risiko yang hemat biaya.
Sumber Daya Listrik yang Terpercaya
Sumber daya listrik yang terpercaya adalah yang menyampaikan listrik dengan cukup untuk melayani beban fasilitas pada grade kualitas daya yang diinginkan, dan yang menyediakan cukup daya selama pemotongan atau kondisi darurat lainnya untuk memastikan keselamatan personel dan perlindungan proses dan peralatan proses yang penting.
Desain listrik pembangkit listrik yang dapat mengantisipasi persyaratan beban yang diminta oleh fasilitas jarang dekat dengan ideal. Penting bagi insinyur pabrik untuk melakukan profil beban fasilitas. Profil ini akan memberikan tim manajemen pemahaman yang menyeluruh tentang bagaimana konsumsi listrik fasilitas bervariasi per interval waktu yang diinginkan. Salah satu metode untuk mengidentifikasi pola beban layanan listrik adalah melakukan analisis melalui diagram permintaan. Atau alternatifnya menggunakan sistem metering untuk mengirim data dengan informasi selama waktu puncak penggunaan. Instrumentasi sangat penting untuk memantau sistem listrik secara berkelanjutan dan memberitahu operator tentang kinerja dan efisiensi mereka.
Sumber Daya Listrik yang Tidak Terpercaya
Kualitas Daya
Dalam hal kualitas daya, layanan utilitas konvensional tidak 100% terpercaya. Untuk beberapa pelanggan utilitas yang bersedia membayar premi, suplai daya dapat dibuat lebih mendekati 100% terpercaya. Bahkan pada tingkat ketergantungan yang lebih tinggi ini mungkin diperlukan bagi beberapa pengguna untuk menyediakan sistem kondisi daya internal.
Meskipun penggunaan diagnostik dan tindakan pencegahan oleh insinyur pabrik, padam listrik yang tidak terduga dan kegagalan lain tetap terjadi. Dalam situasi seperti itu, sistem listrik pabrik yang dikelola dengan baik menyediakan daya darurat, setidaknya cukup untuk memungkinkan shutdown peralatan.
Daya cadangan dapat disuplai oleh generator pembantu atau perangkat yang dikenal sebagai sumber daya listrik yang tidak dapat terganggu (UPS). Dalam jumlah pabrik yang semakin besar mungkin secara ekonomis untuk menyediakan pembangkit listrik di lokasi melalui sistem kogenerasi. Sistem kogenerasi menggunakan bahan bakar limbah atau pembelian untuk menghasilkan daya dan memulihkan panas yang terbuang.
Sumber Daya Listrik yang Tidak Terganggu
Sumber Masalah Kualitas Daya
Meski saat ini utilitas menggunakan perangkat keras dan lunak canggih di stasiun transmisi dan sistem distribusi mereka, gangguan daya terjadi. Ini dapat disebabkan oleh:
- Kesalahan transmisi
- Kesalahan switching sistem distribusi
- Sambutan petir
- Operasi simultan peralatan
Dalam banyak kasus gangguan dapat ditelusuri ke masalah kabel dan grounding di dalam pabrik itu sendiri. Gangguan umum adalah padam listrik, undervoltage, overvoltage, spikes, sag, surge, atau noise. Gangguan ini dapat bervariasi dalam durasi dari padam listrik yang berkelanjutan selama beberapa jam hingga surge yang hanya berlangsung beberapa mikrodetik, dan tidak dapat dilihat oleh insinyur pabrik.
Sambutan Petir yang Menyebabkan Masalah Kualitas Daya
Peralatan listrik yang lebih lama seperti motor, solenoid, dan kontrol elektromekanis sebagian besar tidak terpengaruh oleh gangguan dengan durasi singkat. Namun, peralatan elektronik solid-state jauh lebih rentan terhadap berbagai gangguan. Kerentanan ini berasal dari cara perangkat elektronik mengonsumsi daya arus bolak-balik (AC) yang disuplai padanya. Perangkat elektronik yang tidak dapat mengubah daya AC menjadi daya arus searah (DC), dapat mengalami masalah termasuk:
- Gangguan perangkat
- Kesalahan data
- Kehilangan memori
- Dan bahkan shutdown
Dalam skenario terburuk, beberapa perangkat dapat mengalami kerusakan.
Pertimbangan untuk Memperbaiki Masalah Kualitas Daya
Ada beberapa jenis obat yang tersedia untuk melindungi peralatan sensitif daya solid-state dari gangguan daya; sebagian besar sederhana dan murah. Selain itu, gangguan dapat dicegah sepenuhnya dengan mengkondisikan suplai daya untuk meratakan bentuk gelombang sinus (Detail Di Sini). Karena peralatan kondisi daya mahal, itu paling cocok hanya untuk aplikasi yang memerlukan grade daya tertinggi.
- Kabel dan Grounding
Perkiraan 80% dari masalah kualitas daya di fasilitas komersial dan industri dapat ditelusuri ke masalah grounding yang tidak tepat, kabel yang tidak memadai, konektor longsor, dan acumulasi debu dan kotoran dari praktik pemeliharaan yang buruk. Pentingnya grounding yang baik dan resistensi rendah tidak dapat ditekankan cukup, terutama karena sistem solid-state bergantung pada grounding sebagai referensi untuk operasi dan untuk mencegah daya tersesat yang dapat menyebabkan kerusakan jika dibiarkan di rangkaian. Ini adalah tindakan pencegahan biaya rendah untuk masalah kualitas daya.
- Dedicated Circuits
Sebagian besar gangguan daya dalam bentuk noise dihasilkan di dalam pabrik itu sendiri. Akibatnya, metode efektif untuk melindungi peralatan yang penting atau sangat sensitif adalah untuk meletakkan peralatan pada sirkuit terisolasi sendiri untuk melindunginya dari gangguan daya yang disebabkan oleh peralatan lain di dekat.
- Spike Suppressor
Spike suppressors mengurangi amplitudo spike tegangan ke level aman dan dapat menghilangkan banyak perubahan mendadak dalam tegangan. Mereka adalah perangkat perlindungan yang paling sederhana dan termurah; namun, kemampuan mereka tergantung pada kualitas suppressor yang dibeli.
- Isolation Transformers
Isolation transformers menyaring noise dan distorsi listrik dari peralatan lain di lokasi atau daya masuk. Mereka tidak dapat, namun, melindungi dari jenis gangguan lain seperti spike dan surge.
- Voltage Regulators
Voltage regulators mempertahankan tegangan yang relatif konstan dengan melindungi dari surge dan sag melalui cara mekanis atau listrik. Opsi ini lebih mahal daripada yang tercantum di atas, tetapi berada di tengah rentang biaya untuk perangkat peningkatan daya.
- Uninterruptible Power Supply
Sebuah UPS melindungi dari gangguan daya jangka pendek dan gangguan daya eksternal. Sistem UPS biasanya terdiri dari rectifier/charger, bank baterai, inverter statis, dan switch bypass otomatis atau manual. Ini menawarkan perlindungan terhadap semua masalah kualitas daya, termasuk padam listrik sementara. Perlindungan terhadap padam listrik yang berkelanjutan terbatas pada ukuran bank baterai. UPS tidak melindungi dari transient, sag, swell, atau abnormalitas lainnya.
