水素プロジェクトには、見た目は馴染みのある電気システムが伴うが、その動作は異なる。整流器は交流を直流に変換し、煙突は一定の電圧で電流を消費し、周囲のプラントは非常に広い可燃範囲を持つガスを取り扱う。

その結果、電力電子機器がガス処理設備に近接して配置され、直流側が交流側と同等に重要となり、ケーブル経路は後から移動できない機器を迂回するように計画されるような配置図となる。

これらのプラントの配線は、特別なものではありません。ごく普通の産業用配線ですが、次の3つの点が追加で考慮されます。電流の波形は実際どのようなものか、ガスが存在する可能性のある場所はどこか、そして配線が混雑したときに経路がどのように動作するか、です。

整流器ホールには配線のためのスペースがありません

状況：建設中の水素製造プラントでは、整流器トランスとコンバータキャビネットを機器の設置面積に合わせて設計されたホール内に配置した後、ケーブル配線ルートを設計した。

調査結果：ホールに入る交流フィーダー、ホールから出る直流バスバー、冷却回路、制御回路はすべて、同じケーブル溝と壁貫通部を競合していた。複数の直流配線では、極性ごとに多数の並列導体が必要となり、必要なスペースが大幅に増加した。

決定事項：DCバスのルートを再計画し、正極グループと負極グループを分離し、トレイのサイズを大きくし、キャビネットを設置する前に貫通位置を確定した。

結果：電気設備は建物に適合し、再計画にかかる費用は建設の遅延ではなく、設計期間の2週間で済んだ。

水素製造プラントは、電力電子機器、ガス処理設備、回転機器をコンパクトな敷地に集中させており、ケーブルルートはこれら3つすべてに対応する必要がある。

水素プラントにおける負荷グループ

4つのグループはそれぞれ異なる行動を示し、通常は異なるタイミングで発表される。

最初の2つのグループは、水素製造プラントと従来型のプロセス施設を区別する要素である。

整流器フィーダーには、きれいな正弦波ではない電流が流れるため、ケーブルは単一の数値ではなく、波形に基づいて選定されます。

DC側が違って見える理由

直流電流は方向を変えないため、設置には2つの影響があります。これらの周波数では表皮効果がほとんどなく、保護装置が回路を遮断するのに役立つ自然な電流ゼロ点も存在しません。

自然零点が存在しないことは、ケーブルよりも開閉装置にとってより重要であり、直流側の絶縁方法や故障除去方法にも影響を与える。ケーブル自体は、定常電流と絶縁体が受ける温度を考慮して選定される。

DCバスを複雑にするのは、導体の数です。大電流を流すスタックは通常、極性ごとに複数の並列ケーブルで給電されますが、電流を適切に分配するためには、それぞれのケーブルの長さ、経路、構造がすべて同じでなければなりません。

実際には、DCバスは物理的な設計上の問題となる。つまり、多数の並列導体があり、それらはすべて規定の温度制限内で終端され、計算で想定された以上に互いの熱によって加熱されないように配線されなければならない。

直流バスは整流器から煙突まで伸びており、その経路は短く、混雑していて、多数の並列導体で構成されていることが多い。

調査で述べるべきこと

その植物に関する5つの事実によって、引用すべき内容が変わる。

交流側の波形

整流器フィーダーは高調波電流を流すため、ケーブルは電流によって実際に発生する発熱量を評価する必要がある。

直流電流と導体数

スタック電流を伝送するケーブルが1本なのか、それとも複数の並列ケーブルなのか、また、それらのケーブルをどのように配線経路に組み込むのか。

ガスが存在する可能性がある場所

煙突、ガス取扱設備、および通気口周辺の分類区域は、接合部がどこに設置できるかを決定する。

インストールされた環境とグループ化

コンパクトな機械室とグループ化されたトレイ配線は、いずれも温度上昇を招き、ケーブルの定格を低下させる。

終了温度限界

多くの直流終端部は、ケーブル絶縁体よりも耐熱性が低く、設計は両者のうち低い方の耐熱性に基づいて決定される。

ガス取扱設備周辺の区域区分によって、経路のどの部分に継手や終端部を設けることができるかが決定されます。

これらのインスタレーションが苦戦する場所

新規水素プロジェクトで繰り返し発生する問題は、電気的な問題と同様に、幾何学的な問題であることが多い。

• 機器の配置に基づいて設計された配線経路では、必要な数の並列導体を収容するスペースが確保されていない。
• 並列接続されたDCケーブルの長さが異なるため、想定どおりに電流が分割されない。
• 区画整理が行われる前に経路が確定したため、分類区域内に位置する継ぎ目または終端部。
• ケーブルのサイズは基本波電流のみに基づいて決定され、高調波によって発生する発熱は無視される。
• AC側とDC側でそれぞれ別の供給業者がおり、インターフェースを検査する単一の機関が存在しない。

最後の項目は、他の4つの項目がなぜ遅れて発見されたのかを説明するものであり、最初に修正すべき項目である。

高調波電流は導体の発熱を促し、フィーダーの中性線やシールドは相導体よりも影響を受けやすい。

ガス、換気設備、ケーブル配線ルート

水素は非常に広い濃度範囲で発火し、軽いため急速に拡散します。これらの2つの特性が、煙突やガス取扱設備周辺の安全対策を決定づける重要な要素となります。

ケーブル敷設に関して言えば、実際には、特定の区域では接続部、アクセス可能な終端部、または発火源となりうる部品の設置が認められないという影響がある。そのため、後から調整するのではなく、区域区分に合わせてルートを計画する必要がある。

したがって、換気設計とケーブル配線は密接に関係している。換気された空間を通る経路は、ガスが蓄積する可能性のある固体スラブの下に埋設された経路とは異なる挙動を示す。

分類上、関節を設けることが認められている場合でも、通常はゾーンの外側に配置されるため、余分な長さが必要となり、都合の良い位置ではなく、明確な位置が求められることになる。

選択とその結果

水素に関する調査のほぼすべてにおいて、3つの決定事項が挙げられます。

これらのどれも単独では珍しいことではなく、それらが合わさって、その区画に必要な銅の量を決定する。

ルートが固定される前

レイアウトがまだ変更可能なうちに、答えておくべき4つの質問。

ゾーンはどこにありますか？

ケーブルルートと同じ図面に、分類区域をマークして、両者を同時に決定する。

1ルートあたり何人の車掌がいますか？

トレイや溝のサイズを決める前に、データセンター側の個数を数えてください。個数がスペースを決定するからです。

ペアの人数を均等に保つにはどうすればよいでしょうか？

並行配線の長さをどのように測定し、同じ長さに保つかを定義し、設置時に記録する。

解雇された従業員はどこに配置されるのでしょうか？

正しく設置するためにはスペースが必要であり、また、それらが受ける温度も考慮する必要があります。この温度は、ケーブルではなく機器によって設定されることが多いです。

試運転に関する注意事項

試運転時にいくつかのチェックを行うことで、その後に起こるほとんどの議論を回避できる。

• 各並列配管の長さが設計どおりであることを確認してください。
• 直流接続部は定常電流が流れるため、緩んでいると発熱するので、終端トルクを記録してください。
• スクリーン間のボンディング配置とアース経路のルートを確認してください。
• 工事中に、継ぎ目や終端部が機密区域内に入り込んでいないことを確認してください。
• 直流導体の本数を記した、竣工図の配線図を保管してください。

これらのほとんどは一度記録され、植物の寿命の間ずっと参照される。

サプライヤーが必要とするもの

水素プラントの受注見積もりは、波形、電流、導体数、設置条件といった情報が揃っていれば、正確に行うことは難しくありません。

ケーブルメーカーは、設置構成に適用される構造、温度制限、導体オプション、およびディレーティング係数を確認できます。これらは設計におけるケーブル側の側面です。

製造業者ができないのは、区域分けを決定したり、保護対策を設定したり、経路が適合するようにレイアウトを調整したりすることです。これらはプラント設計者と安全評価担当者の役割です。

両者が早い段階で協議することで、プラントは電気設計と安全評価の両方に合致したケーブル設置を実現できる。これが、試運転段階ではなく、調査段階で疑問点を提起する理由である。

水素プラント向けRFQ入力項目

これらの詳細情報により、波形、経路、分類を総合的に考慮してケーブルを選択することが可能になります。

• 整流器フィーダーで想定される波形と高調波成分
• 直流電流と極性ごとの並列導体数
• 各並行ルートの長さと、それらをどのように均等に保つか
• 分類区域および接合部が許可されている位置
• 設置された周囲温度と各ルートのグループ化
• 終端タイプとその温度制限
• 制御回路に必要な遮蔽とボンディング
• オーナーが期待する試運転記録と図面

IEC 60502 、 IEC 60228 、 IEC 60332などの技術規格は、ケーブルの構造と試験用語を統一するのに役立ちます。ただし、最終的なシステム決定は、承認されたプロジェクト仕様書、適用される現地規則、および資格を有する設計機関によって決定されます。

金川電線は、電解槽プラントおよび直流配電設備向けにサポートを提供しています。

JINCHUAN Cableは、整流器フィーダーおよび直流配電用のケーブルを供給しており、水素プラントのルートに必要な導体、絶縁体、シールドのオプションを確認することができます。

ケーブルの仕様範囲と製造プロファイルを確認し、波形と経路を送信して、両方に適した構造になるようにします。

配線ルートを確定する前に直流導体の数を数えてください。水素配線図は電流がなくなる前にスペースが足りなくなるからです。

よくある質問

水素プラントの配線工事はなぜ他と異なるのか？

電力電子機器、ガス処理設備、および高密度な機器配置が狭い敷地に密集しているため、サイズ、配線経路、および接合部の設置場所に関して、特別な制約が生じる。

整流器フィーダーとは何ですか？

電解槽スタックに電力を供給する整流器に電力を供給する交流フィーダーは、きれいな正弦波ではない電流を流します。

高調波電流はケーブルに影響を与えますか？

その通りです。高調波成分は導体の発熱量を増加させ、相線よりも中性線やシールド線に大きな影響を与える可能性があるため、サイズ選定は実際の波形を反映させる必要があります。

ワシントンDCのバスはどのような配置になっていますか？

通常は極性ごとに複数の並列ケーブルで構成され、電流が意図どおりに分割されるように、ケーブルはすべて同じ長さで、一緒に配線する必要があります。

直流電流にはなぜ自然なゼロ点が存在しないのですか？

直流電流は1サイクル中に2回ゼロ点を横切らないため、遮断は自然なゼロ点ではなく装置に依存し、ケーブルよりも開閉装置に大きな影響を与える。

地域区分とは何ですか？

可燃性雰囲気が存在する可能性のある場所を特定し、そこに接続部やアクセス可能な終端部が存在する可能性があるかどうかを判断する。

煙突の近くに継ぎ手を取り付けることは可能ですか？

多くの場合、そうではありません。分類が適用される場合、ジョイントは通常、ゾーンの外側に配置されるため、長さと経路の両方が変わります。

周囲温度は何度に設定すべきですか？

工場全体の温度ではなく、ケーブルが実際に通過する空間の温度であり、導体の集まりや近隣の機器の影響も含まれる。

どの記録が最も重要ですか？

導体数、並列配線長、終端トルク、遮蔽およびボンディング構成、適用された分類境界を含む、実際の配線経路。

金川ケーブルは水素プロジェクトをどのように支援できるのか？

金川電機は、発電所の交流および直流ルート向けに供給されるケーブルの構造、温度制限、および定格低減係数を確認します。