Un proyecto de hidrógeno llega con un sistema eléctrico que parece familiar pero se comporta de manera diferente. Los rectificadores convierten la corriente alterna en corriente continua, las pilas la consumen a un voltaje constante y la planta que las rodea maneja un gas con un rango de inflamabilidad muy amplio.
El resultado es un diagrama donde la electrónica de potencia se sitúa cerca del sistema de manipulación de gases, donde el lado de CC es tan importante como el de CA, y donde las rutas de los cables se negocian en torno a equipos que no se pueden mover posteriormente.
El cableado de estas plantas no es nada del otro mundo. Se trata de un cableado industrial común y corriente con tres preguntas adicionales: qué forma de onda tiene realmente la corriente, dónde puede haber gas y cómo se comporta la ruta cuando está congestionada.
Una sala rectificadora sin espacio para la ruta
Situación: Una planta de hidrógeno en construcción ubicó sus transformadores rectificadores y gabinetes convertidores en una nave dimensionada en función de la superficie que ocuparían los equipos, y el trazado de los cables se diseñó posteriormente.
Hallazgo: Los alimentadores de CA que entraban al pasillo, las barras colectoras de CC que salían de él y los circuitos de refrigeración y control competían por la misma zanja para cables y las mismas perforaciones en la pared. Varios tendidos de CC requerían muchos conductores en paralelo por polaridad, lo que multiplicaba el espacio necesario.
Decisión: Se replanificaron las rutas de los autobuses de corriente continua con grupos positivos y negativos separados, se aumentó el tamaño de las bandejas y se fijaron las posiciones de penetración antes de la instalación de los armarios.
Resultado: La instalación eléctrica se adaptó al edificio y la replanificación solo supuso dos semanas de tiempo de diseño en lugar de un retraso en la construcción.
Una planta de hidrógeno concentra la electrónica de potencia, el manejo de gases y los equipos rotativos en un terreno compacto, y las rutas de los cables deben dar servicio a los tres.
Grupos de carga en una planta de hidrógeno
Los cuatro grupos se comportan de manera diferente y suelen recibir el pedido en momentos distintos.
| Grupo | Deber | Lo que le exige al cable |
|---|---|---|
| Alimentadores rectificadores | Corriente alta constante con una forma de onda distorsionada. | Dimensionamiento cuidadoso y atención a la calefacción neutra y de la pantalla. |
| Bus de CC a las pilas | Largos períodos a corriente constante | Muchos conductores paralelos y límites de temperatura definidos en las terminaciones. |
| Bombas, compresores y refrigeración | Ciclo continuo o de trabajo | Protección contra la humedad y clasificación en el ambiente de instalación. |
| Instrumentación y control | Corriente continua y baja | Apantallamiento y separación de las rutas de energía |
Los dos primeros grupos son los que distinguen una planta de hidrógeno de una planta de procesamiento convencional.
Un cable de alimentación rectificador transporta una corriente que no es una onda sinusoidal pura, por lo que el cable se elige en función de una forma de onda en lugar de en función de un único valor.
Por qué el lado de DC se ve diferente
La corriente continua no cambia de dirección, lo que tiene dos consecuencias para la instalación. A estas frecuencias, no existe un efecto pelicular significativo, y tampoco hay un punto de corriente cero natural que permita a un dispositivo de protección interrumpir el circuito.
La ausencia de un cero natural afecta más al cuadro de distribución que al cable, e influye en cómo se aísla el lado de CC y cómo se eliminan las fallas. El cable se elige en función de la corriente constante y de la temperatura a la que estará sometido su aislamiento.
Lo que complica un bus de CC es la cantidad de conductores. Un conjunto de conductores que consume una gran corriente generalmente se alimenta mediante varios cables paralelos por polaridad, y cada uno de ellos debe tener la misma longitud, el mismo recorrido y la misma construcción para que la corriente se divida de manera adecuada.
La consecuencia práctica es que el bus de CC se convierte en un problema de diseño físico: muchos conductores en paralelo, todos terminados dentro de un límite de temperatura definido, todos enrutados de manera que no se calienten entre sí más de lo que se suponía en el cálculo.
El bus de corriente continua va desde el rectificador hasta las pilas de combustible, y su recorrido suele ser corto, congestionado y compuesto por muchos conductores paralelos.
Lo que la investigación debe declarar
Cinco datos sobre la planta cambian lo que se debe citar.
La forma de onda en el lado de CA
Los cables de alimentación de los rectificadores transportan corriente armónica, y es necesario evaluar el cable en función del calentamiento que dicha corriente produce.
La corriente continua y el número de conductores
Si un solo cable o varios cables paralelos transportan la corriente del conjunto, y cómo la ruta los acomoda.
Donde puede haber gas
Las zonas clasificadas alrededor de las chimeneas, los puntos de manipulación de gas y los puntos de ventilación, que determinan dónde se permiten las juntas.
El ambiente instalado y la agrupación
Tanto las salas de máquinas compactas como las agrupaciones de bandejas portacables aumentan la temperatura y reducen la capacidad del cable.
El límite de temperatura de terminación
Muchas terminaciones de CC toleran menos calor que el aislamiento del cable, y el valor más bajo de ambos determina el diseño.
La clasificación de la zona alrededor de los equipos de manipulación de gas determina qué partes de la ruta pueden llevar una junta o una terminación.
Donde estas instalaciones tienen dificultades
Los problemas recurrentes en los nuevos proyectos de hidrógeno son tan a menudo de índole geométrica como eléctrica.
- Las rutas se diseñaron según la disposición de los equipos, sin dejar espacio para la cantidad de conductores paralelos necesarios.
- Las longitudes de los cables de CC difieren entre los tramos paralelos, por lo que la corriente no se divide como se suponía.
- Juntas o terminaciones ubicadas dentro de un área clasificada porque la ruta se fijó antes de que se estableciera la zonificación.
- El tamaño del cable se determina únicamente en función de la corriente fundamental, sin tener en cuenta el calentamiento producido por los armónicos.
- Proveedores independientes para el lado de CA y el lado de CC, sin que ninguna entidad individual supervise la interfaz.
El último punto explica por qué los otros cuatro se encuentran con retraso, y es el que vale la pena solucionar primero.
La corriente armónica aumenta el calentamiento en los conductores, y el neutro y la pantalla de un alimentador pueden verse más afectados que los conductores de fase.
Rutas de gas, ventilación y cableado
El hidrógeno se inflama en un amplio rango de concentraciones y se dispersa rápidamente debido a su ligereza. Estas dos propiedades determinan las medidas de seguridad en torno a las chimeneas y los equipos de manipulación de gas.
En la práctica, para la instalación del cable, ciertas áreas no admiten empalmes, terminaciones accesibles ni componentes que puedan convertirse en fuentes de ignición. El trazado debe planificarse teniendo en cuenta la zonificación, en lugar de modificarse posteriormente.
Por lo tanto, el diseño de la ventilación y el trazado del cableado están interrelacionados. Un recorrido que atraviesa un espacio ventilado se comporta de manera diferente a uno que se encuentra enterrado bajo una losa sólida donde podría acumularse gas.
Cuando la clasificación permite una unión, generalmente se coloca fuera de la zona, lo que implica una longitud adicional y una posición definida en lugar de una conveniente.
Las decisiones y sus consecuencias
En casi todas las consultas sobre hidrógeno aparecen tres decisiones.
| Elección | Razón por la que se hace | Consecuencia |
|---|---|---|
| Muchos conductores en paralelo para el bus de CC | Mantiene las terminaciones dentro de un tamaño manejable. | La coincidencia de longitud, el ancho de la bandeja y la agrupación se vuelven cruciales. |
| Rutas tomadas fuera de las zonas clasificadas | Evita juntas y terminaciones dentro de la zona. | Tramos más largos, más cable y más acero de soporte. |
| Cable apantallado para circuitos de control | Reduce las interferencias de los componentes electrónicos de potencia. | Cable más voluminoso y una disposición de conexión definida en cada extremo. |
Ninguno de estos factores es inusual por sí solo, y en conjunto determinan la cantidad de cobre que requiere la parcela.
Antes de que se arregle la ruta
Cuatro preguntas que responder mientras la disposición aún es modificable.
¿Dónde están las zonas?
Marque las zonas clasificadas en el mismo plano que las rutas de los cables, para que ambas decisiones se tomen conjuntamente.
¿Cuántos conductores por ruta?
Cuéntalos para el lado de CC antes de dimensionar las bandejas y las zanjas, porque el recuento determina el espacio.
¿Cómo se mantendrá la igualdad entre las parejas?
Defina cómo se medirán las series paralelas y cómo se mantendrá la misma longitud, y regístrelo durante la instalación.
¿Dónde se ubicarán las rescisiones?
Necesitan espacio para fabricarse correctamente y la temperatura a la que estarán expuestos, que a menudo viene determinada por el equipo más que por el cable.
Notas de puesta en servicio
Unos cuantos controles durante la puesta en marcha evitan la mayoría de las discusiones posteriores.
- Confirme que cada tramo paralelo tenga la longitud para la que fue diseñado.
- Se registran pares de terminación, ya que las conexiones de CC que transportan corriente constante se calientan cuando están flojas.
- Verifique la disposición de las conexiones de las pantallas y el trazado del circuito de tierra.
- Verifique que ninguna junta o terminación haya quedado dentro de un área restringida durante la construcción.
- Conserve los planos de las rutas construidas con la cantidad de conductores de CC marcada.
La mayoría de estos datos se registran una sola vez y se consultan durante toda la vida de la planta.
Lo que necesita el proveedor
No es difícil presupuestar con precisión un pedido para una planta de hidrógeno, siempre que se proporcionen la forma de onda, la corriente, el número de conductores y las condiciones de instalación.
El fabricante del cable puede confirmar la construcción, los límites de temperatura, las opciones de conductores y los factores de reducción de capacidad que se aplican a la instalación. Esos son los aspectos relacionados con el cable en el diseño.
Lo que el fabricante no puede hacer es decidir la zonificación, establecer la protección ni organizar la distribución para que las rutas encajen. Esos aspectos corresponden al diseñador de la planta y al estudio de seguridad.
Cuando ambas partes se reúnen con antelación, la planta obtiene una instalación de cableado que se ajusta al diseño eléctrico y al análisis de seguridad al mismo tiempo, razón por la cual conviene plantear las cuestiones en la fase de consulta en lugar de en la de puesta en marcha.
Requisitos para la solicitud de cotización de una planta de hidrógeno
Estos detalles permiten seleccionar el cable teniendo en cuenta la forma de onda, la ruta y la clasificación de forma conjunta.
- la forma de onda y el contenido armónico esperados en los alimentadores del rectificador
- la corriente continua y el número de conductores paralelos por polaridad
- las longitudes de las rutas para cada recorrido paralelo y cómo se mantendrán iguales
- las áreas clasificadas y las posiciones donde se permiten articulaciones
- la temperatura ambiente instalada y la agrupación de cada ruta
- el tipo de terminación y su límite de temperatura
- el apantallamiento y la conexión necesarios para los circuitos de control
- los registros y planos de puesta en marcha que el propietario espera
Las normas técnicas como IEC 60502 , IEC 60228 e IEC 60332 permiten unificar la terminología de construcción y ensayo de cables. La especificación del proyecto aprobada, la normativa local aplicable y la autoridad de diseño cualificada siguen rigiendo la decisión final sobre el sistema.
Soporte de cables JINCHUAN para plantas de electrólisis y distribución de CC
JINCHUAN Cable suministra cables para alimentadores de rectificadores y distribución de CC, y puede confirmar las opciones de conductor, aislamiento y apantallamiento que requiere la ruta de una planta de hidrógeno.
Revise la gama de cables y el perfil de fabricación , luego envíe la forma de onda y la ruta para que la construcción se ajuste a ambos.
Cuenta los conductores de CC antes de fijar la ruta, porque un diagrama de hidrógeno se queda sin espacio antes de quedarse sin corriente.
Preguntas frecuentes
¿Por qué el cableado de una planta de hidrógeno es diferente?
Debido a que la electrónica de potencia, el manejo de gases y la densa disposición de los equipos comparten una parcela pequeña, esto impone exigencias adicionales en cuanto al dimensionamiento, el trazado y la ubicación permitida de las uniones.
¿Qué es un alimentador rectificador?
Se trata del alimentador de corriente alterna que suministra energía al rectificador, el cual convierte la energía para los grupos de electrolizadores, y transporta una corriente que no es una onda sinusoidal pura.
¿Afecta la corriente armónica al cable?
Así es. El contenido armónico aumenta el calentamiento en los conductores y puede afectar más al neutro y a la pantalla que a las fases, por lo que el dimensionamiento debe reflejar la forma de onda real.
¿Cómo está organizado un autobús de corriente continua?
Normalmente se utilizan varios cables paralelos por polaridad, que deben tener la misma longitud y estar conectados entre sí para que la corriente se divida según lo previsto.
¿Por qué no existe un cero natural en la corriente continua?
La corriente continua no cruza el cero dos veces por ciclo, por lo que la interrupción depende del dispositivo y no de un cero natural, lo que afecta más al cuadro de distribución que al cable.
¿Qué es la clasificación de áreas?
Identifica dónde puede haber una atmósfera inflamable y determina si allí puede ubicarse una junta o una terminación accesible.
¿Se pueden instalar juntas cerca de las chimeneas?
A menudo no. Cuando se aplica la clasificación, las juntas suelen ubicarse fuera de la zona, lo que modifica tanto la longitud como el trazado.
¿Qué temperatura ambiente se debe utilizar?
La temperatura en el espacio por donde pasa realmente el cable, incluyendo el efecto de los conductores agrupados y los equipos cercanos, en lugar de una cifra global para toda la planta.
¿Qué récords son los más importantes?
Las rutas construidas con el número de conductores, las longitudes de los tramos paralelos, los pares de apriete de las terminaciones, las disposiciones de apantallamiento y conexión a tierra, y los límites de clasificación aplicados.
¿Cómo puede JINCHUAN Cable apoyar un proyecto de hidrógeno?
JINCHUAN Cable confirma la construcción, los límites de temperatura y los factores de reducción de capacidad del cable que se suministra para las rutas de CA y CC de la planta.
