Dízelgenerátor méretezése: Teljes, lépésről lépésre útmutató

A méretre dízel generátor , számítsa ki az egyidejűleg teljesítendő összes terhelés teljes üzemi teljesítményét, adja hozzá a legnagyobb egymotoros indítási túlfeszültséget (jellemzően az üzemi teljesítmény 3-szorosa), alkalmazzon 20–25%-os kapacitáspuffert, majd csökkentse a magasságot és a környezeti hőmérsékletet. Az eredmény a generátor minimális kVA-értéke, amire szüksége van. Például: egy 40 kW-os üzemi terheléssel, egy 15 kW-os motorral, mint a legnagyobb önindítóval (45 kW-os túlfeszültséget igényel) és az 1500 méteres magasságban végzett műveletekhez legalább egy névleges generátorra van szükség. 68-75 kVA minden beállítás után. Az alulméretezés túlterhelést és motorkárosodást okoz; A túlméretezés tüzelőanyagot pazarol, és nedves halmozódást okoz a dízelmotorokban. Ez az útmutató végigvezeti a méretezési folyamat minden lépését kidolgozott példákkal, terhelési táblázatokkal és korrekciós tényezőkkel.

1. lépés – Az összes elektromos terhelés azonosítása és listázása

A generátor méretezésének alapja a teljes terhelési leltár. Egyetlen nagy terhelés – kompresszor, liftmotor vagy központi légkondicionáló egység – hiánya érvénytelenítheti a teljes méretezési számítást. A terheléseket elektromos viselkedésük alapján három kategóriába sorolja:

• Ellenállásos terhelések — izzólámpás világítás, elektromos melegítők, kenyérpirítók, vízmelegítők; ezek állandó áramot vesznek fel, teljesítménytényezője 1,0, és nincs indítási túlfeszültség; futó watt = névtábla watt
• Induktív terhelések (motorok) — klímaberendezések, szivattyúk, kompresszorok, ventilátorok, elektromos szerszámok; ezek indításkor 0,5-3 másodpercig a futóáram 3-7-szeresét veszik fel; ez az indulási túlfeszültség a generátorméretezés elsődleges mozgatórugója a legtöbb alkalmazásban
• Elektronikus / nem lineáris terhelések — számítógépek, VFD-k (változófrekvenciás meghajtók), UPS-rendszerek, LED-meghajtók, akkumulátortöltők; ezek nem szinuszos áramot vesznek fel, amely harmonikus torzítást okoz; felharmonikus üzemre besorolt generátor generátort igényel (teljes terhelésnél jellemzően THD <5%)

Minden egyes terhelésnél jegyezze fel az adattáblát a watt (vagy kW), a feszültség és a fázis (egyfázisú vagy háromfázisú) értéke. Ha az adattábla adatai nem állnak rendelkezésre, használja a névleges áramerősséget, és számítsa ki: Watt = Volt × Amper × Teljesítménytényező (ha a teljesítménytényező nincs megadva, a legtöbb motornál használjon 0,85–0,90-et).

2. lépés – Számítsa ki a teljes futási terhelést és a motorindítási követelményeket

Teljes futási terhelés

Minden egyidejűleg működő terheléshez összegezze az összes futó wattot. Ne vegyen bele olyan terheléseket, amelyeket soha nem használnak egyszerre – az épületet közüzemi kimaradás után tápláló készenléti generátornak nem kell egyszerre kiszolgálnia a hűtöttvíz-telepet és a fűtési rendszert, ha azok különböző évszakokban működnek. Legyen azonban óvatos: vegyen fel olyan terheléseket, amelyek elméletileg átfedhetik egymást, még ha szokatlanok is.

Motor indítóáram: a kritikus túlfeszültség-igény

Amikor egy villanymotor elindul, zárolt rotoros áramot (LRC) vesz fel, ami általában 3-7-szerese a teljes terhelésű üzemi áramnak . A generátor méretezésénél ezt a túlfeszültséget indítási wattokban fejezzük ki – a pillanatnyi teljesítményigényt a motor indításakor. A motortípus szerint leggyakrabban használt szorzók a következők:

• Direct-on-line (DOL) indítómotorok — kezdő watt = 3× futó watt (konzervatív, általánosan használt érték; a tényleges LRC akár 7-szeres is lehet nagy motorok esetén)
• Kondenzátor-indító motorok — kezdő watt = 1,5–2× futó watt ; az indítókondenzátor jelentősen csökkenti a bekapcsolási áramot
• Motorok lágyindítóval vagy VFD-vel — induló watt ≈ üzemi watt; a lágyindítók és a változtatható frekvenciájú hajtások a feszültséget vagy a frekvenciát fokozatosan emelik, korlátozva a bekapcsolást a futóáram 110-150%-a ; ez drámaian csökkenti a generátor méretezési követelményeit a nehéz motoros létesítményeknél

A generátornak kezelnie kell azt a forgatókönyvet, amikor a legnagyobb motor elindul, miközben az összes többi futó terhelés már áramot vesz fel. A kritikus számítás a következő: Generátor méretezési terhelése = (Összes terhelés teljes üzemi wattja) (A legnagyobb egyedi motor indítási túlfeszültsége – a működési wattjai) . Ez a pillanatnyi csúcsigényt jelenti abban a pillanatban, amikor a legnagyobb motor elindul.

Működő példa: Irodaház készenléti generátor

Tekintsen egy irodaházat, amely készenléti áramot igényel:

• Világítás és aljzatok: 12 000 W (12 kW)
• Szerver szoba UPS: 8000 W (8 kW)
• Felvonómotor (DOL start): 15 000 W futás (15 kW), indítási túlfeszültség = 3 × 15 000 = 45 000 W
• HVAC ventilátormotorok: 10 000 W futás (10 kW), induló túlfeszültség = 3 × 10 000 = 30 000 W
• Tűzoltó szivattyú motor (DOL start): 7500 W járás (7,5 kW), indítási túlfeszültség = 3 × 7500 = 22 500 W

Teljes futóterhelés: 12 8 15 10 7,5 = 52,5 kW
Legnagyobb motorindítási túlfeszültség: Felvonómotor 45 kW-os indításnál − 15 kW futás = 30 kW további túlfeszültség-igény
Azonnali csúcsigény: 52,5 30 = 82,5 kW

3. lépés – Váltson át kVA-ra, és alkalmazza a teljesítménytényezőt

A generátor kapacitása in kVA (kilovolt-amper) — látszólagos teljesítmény — kW (kilowatt) helyett — valós teljesítmény. A kapcsolat a következő:

kVA = kW ÷ Teljesítménytényező

A legtöbb dízelgenerátor névleges teljesítménytényezője 0,8 lemaradás — ez a standard feltevés, hacsak nincs másképp meghatározva. A 100 kVA névleges teljesítményű generátor 0,8 teljesítménytényezővel szolgáltat 80 kW valós teljesítmény . Ez azt jelenti, hogy el kell osztania a kW-igényét 0,8-mal, hogy megtalálja a szükséges kVA-értéket.

Folytatva a kidolgozott példát:

• Azonnali csúcsigény: 82.5 kW
• Szükséges kVA: 82,5 ÷ 0,8 = 103 kVA

Ha a terhelés túlnyomórészt ellenállásos (fűtőtestek, világítás), nagyon kevés motorral, akkor a tényleges teljesítménytényező közelebb lehet a 0,9–1,0-hoz, és a 0,8-cal való osztás túl óvatos. Ha a terhelés túlnyomórészt induktív motorokból áll, a tényleges teljesítménytényező lehet 0,7 vagy alacsonyabb , és 0,8-as feltételezés esetén a generátor mérete alulméretezhető. A precíziós méretezéshez mérje meg vagy számítsa ki az összes terhelés súlyozott átlagos teljesítménytényezőjét.

4. lépés – Alkalmazza a kapacitáspuffert (fejtávolsági tényező)

A dízelgenerátor névleges teljesítményének 100%-án történő folyamatos működtetése túlzott hőfeszültséget okoz, felgyorsítja a kopást, és nem hagy teret a terhelés növelésére vagy a számítási hibákra. Az iparági gyakorlat szerint a dízelgenerátorokat a következő helyen üzemeltetik A névleges kapacitás 70-80%-a teljes üzemi terhelés mellett , 20-30% szabad mozgásteret hagyva.

Alkalmazza a légtértényezőt úgy, hogy a számított kVA-szükségletet elosztja a célterhelési törttel:

• 80%-os töltésnél: Szükséges generátor kVA = Számított kVA ÷ 0,80
• 75%-os terhelésnél: Szükséges generátor kVA = Számított kVA ÷ 0,75

A példát folytatva 80%-os terhelésnél: 103 kVA ÷ 0,80 = 129 kVA minimális névleges generátor . A legközelebbi szabványos generátorméret e fölött jellemzően a 150 kVA egység .

Megjegyzés a minimális terheléshez: a dízelmotorok is rendelkeznek a minimális terhelési követelmény a névleges kapacitás 30-40%-a . Ha egy dízelgenerátort e küszöbérték alatt hosszabb ideig üzemeltet, nedves halmozódást okoz – a tökéletlen égés során el nem égett üzemanyag és szén rakódik le a kipufogórendszerben és a hengerekben, ami növeli a karbantartási költségeket és csökkenti a motor élettartamát. Ha az Ön várható üzemi terhelése gyakran nem éri el a generátor névleges értékének 30%-át, akkor az egység túlméretezett, és kisebb generátort vagy munkagép-terhelést kell választania (a motor minimális terhelésének fenntartása érdekében mesterséges ellenállási terhelés csatlakoztatása).

5. lépés – A magasság és a környezeti hőmérséklet csökkentése

A dízelgenerátor névleges teljesítménye normál feltételek mellett van: tengerszint (0 m magasságban), 25°C (77°F) környezeti hőmérséklet és 30% relatív páratartalom ISO 8528-1 vagy SAE J1349 szerint. A tengerszint feletti vagy magas környezeti hőmérsékleten történő működés csökkenti a motort érő levegő sűrűségét, csökkentve az égési hatékonyságot és a teljesítményt. A generátort le kell csökkenteni – effektív teljesítménye kisebb, mint az adattáblán szereplő névleges érték, tehát az adattáblán szereplő névleges értéknek magasabbnak kell lennie a számítottnál.

Magasságcsökkentés

A szívó dízelmotorok általános leértékelési szabálya az hozzávetőlegesen 3-4%-os teljesítményveszteség 300 m-re (1000 láb) a tengerszint felett . A turbófeltöltős motorok általában kevésbé csökkennek 1-2% 300 méterenként — mert a turbófeltöltő a tervezett határértékig kompenzálja a csökkentett levegősűrűséget, ami után a leértékelés meredeken növekszik. Mindig használja a gyártó specifikus leértékelési görbéit; az alábbi értékek reprezentatívak:

Hőmérséklet csökkentése

A szabványos 25°C névleges hőmérséklet felett a generátorok kb 1% 5,5°C-on (10°F) 25°C felett a legtöbb turbófeltöltős motorhoz. Trópusi környezetben, ahol a környezeti csúcshőmérséklet 45°C (20°C-kal a szabvány felett), további 3-4%-os teljesítménycsökkenés . A tengerszint feletti magasság és a hőmérséklet együttes leértékelése multiplikatív – mindkét tényező egyszerre érvényesül.

A szükséges kVA adattábla megtalálása a leértékelés után: Szükséges adattábla kVA = szükséges effektív kVA ÷ (magassági tényező × hőmérsékleti tényező)

Példa: Egy 129 kVA effektív szükséglet 1500 m magasságban (0,94-es tényező) és 40 °C-os környezeti hőmérséklet (0,97-es tényező) a következőket igényli: 129 ÷ (0,94 × 0,97) = 129 ÷ 0,912 = 141 kVA adattábla minimum , ezért válassza ki a következő szabványos méretet: 150 kVA .

Gyakori terhelési típusok és méretük szorzói

Elsődleges teljesítmény és készenléti besorolás: a megfelelő besorolási osztály kiválasztása

A dízelgenerátorokat többféle besorolási besorolással árusítják, amelyek meghatározzák, hogy a motor milyen keménységgel és mennyi ideig képes fenntartani egy adott teljesítményt. A generátor tervezett besorolási osztályán túli használata a motor idő előtti meghibásodását okozza. A négy fő ISO 8528 minősítési osztály a következő:

• Készenléti állapot (ESP – vészhelyzeti készenléti tápellátás) — maximális teljesítmény vészhelyzeti használatra, csak közüzemi kimaradás esetén; túlterhelés nem megengedett ; tipikus használat évi 200 órára korlátozva; ez a legmagasabb kVA-érték az adattáblán, de nem megfelelő fő teljesítményű vagy gyakori használatú alkalmazásokhoz
• Elsődleges teljesítmény (PRP – elsődleges névleges teljesítmény) — folyamatos üzem korlátlan ideig, ha nincs közüzemi ellátás; 10%-os túlterhelés megengedett 1 órán át 12-ben ; azonos motor készenléti névleges értékének körülbelül 80–90%-a; helyes a hálózaton kívüli telephelyekhez, építési áramhoz, bányászati ​​műveletekhez
• Folyamatos teljesítmény (COP) — alapterhelésű üzem állandó teljesítményen korlátlan ideig túlterhelés nem megengedett ; a készenléti állapot körülbelül 70–80%-a; szigeti energiatermelésben és alapterhelési alkalmazásokban használják
• Korlátozott idejű működési teljesítmény (LTP) — meghatározott, korlátozott időtartamú működés nem vészhelyzeti alkalmazásokban; általában évi maximum 500 óra

A "100 kVA Standby / 90 kVA Prime" néven forgalmazott generátor rendelkezik két különböző teljesítményhatár a használattól függően . A csak áramszünet idején használt kórházi tartalék generátorra a 100 kVA készenléti besorolás vonatkozik. Az egyedüli áramforrásként folyamatosan működő bányatábor generátornál a 90 kVA fő teljesítmény az irányadó – és a méretezési számításnál nem 100 kVA, hanem 90 kVA-t kell alapul venni.

Háromfázisú és egyfázisú generátorok és terheléselosztás

A körülbelül 15-20 kVA feletti generátorok szinte mindig háromfázisúak (3Φ), mert a háromfázisú teljesítmény hatékonyabb teljesítményt biztosít, és háromfázisú motorokhoz szükséges. A háromfázisú generátor vegyes terhelésre (egyes háromfázisú motorok és egyfázisú terhelések) méretezésekor a fázisegyensúly kritikus szempont lesz.

A háromfázisú generátorok kiegyensúlyozott terhelésre vannak méretezve – minden fázisban egyenlő teljesítmény. Ha az egyfázisú terhelések egyenlőtlenül oszlanak el a három fázis között, a legnagyobb terhelésű fázis korlátozza a generátor teljes teljesítményét, és feszültségkiegyensúlyozatlanságot okozhat, ami károsítja a motorokat és az elektronikát. A legtöbb generátorgyártó ezt írja elő az egyfázisú terhelés kiegyensúlyozatlansága bármely két fázis között nem haladhatja meg a generátor fázisonkénti névleges áramának 25%-át .

A háromfázisú generátor terhelési listájának elkészítésekor minden egyfázisú terhelést egy adott fázishoz rendeljen, és ellenőrizze, hogy egyik fázis sem szállít-e többet, mint kb. A teljes terhelés 1/3-a a teljes kVA 12,5%-a . A gyakorlatban a lehető legegyenletesebben ossza el a terhelést, és a telepítés során ellenőrizze az egyensúlyt villanyszerelővel.

Méretezés nemlineáris terhelésekhez: UPS rendszerek és VFD-k

A nemlineáris terhelések – UPS rendszerek, frekvenciaváltók, kapcsolóüzemű tápegységek és akkumulátortöltők – nem szinuszos áramot vesznek fel, ami harmonikus torzítás a generátor feszültségkimenetébe. Ez a harmonikus tartalom további felmelegedést okoz a generátor tekercsében, és megzavarhatja a generátor automatikus feszültségszabályozóját (AVR), ami feszültség instabilitást okoz.

A túlnyomórészt nem lineáris terhelést tápláló generátorok méretezésének ipari irányelve:

• UPS rendszerek — a generátor mérete a következőre: 1,5-2-szerese az UPS kVA-nak ; egy 50 kVA-s UPS-hez minimum 75–100 kVA generátor szükséges; ez figyelembe veszi a harmonikus leértékelést, az UPS bemeneti teljesítménytényezőjét és az akkumulátor újratöltési igényét a generátor indítása utáni első percekben
• Változtatható frekvenciájú meghajtók (VFD) — A VFD-k csökkentik a motorindítási túlfeszültséget, de felharmonikusokat vezetnek be; a generátor mérete kb 1,25× az összes VFD terhelés által megkívánt kVA ; adjon meg egy generátort "12 impulzusos" vagy alacsony THD generátorral, ha a VFD terhelés meghaladja a generátor teljes terhelésének 50%-át
• Adatközpont / szerver betöltődik — a modern szervertápegységek teljesítménytényezője 0,95–0,99 közepes harmonikus tartalom mellett; méret at 1,25–1,5× teljes informatikai terhelés az energiaelosztó egység (PDU) veszteségeinek és a hűtőberendezéseknek a figyelembevételére

Teljes méretezési példa: Ipari műhely

Gyártóműhely egy hegyvidéki régióban itt 1200 m magasságban a környezeti hőmérséklet csúcsértéke 38°C elsődleges áramfejlesztőt igényel a következő terhelésekhez:

Méretezési számítás:

1. Teljes futóterhelés: 53.6 kW
2. Legnagyobb motortúlfeszültség-kiegészítés: Légkompresszor túlfeszültség (45 kW) - futás (15 kW) = 30 kW
3. Azonnali csúcsigény: 53.6 30 = 83.6 kW
4. Átalakítás kVA-ra 0,8 PF-nél: 83,6 ÷ 0,8 = 104,5 kVA
5. 80%-os terhelési belmagasság alkalmazása: 104,5 ÷ 0,8 = 130,6 kVA
6. Magasságcsökkentés 1200 m-en (turbófeltöltés, faktor ≈ 0,953): 130,6 ÷ 0,953 = 137 kVA
7. Hőmérséklet-csökkenés 38°C-on (tényező ≈ 0,975): 137 ÷ 0,975 = 140,5 kVA
8. Válassza ki a szabványos generátorméretet: 150 kVA alapfeszültség

Gyakori méretezési hibák és azok elkerülése

• A motor indítási túlfeszültség figyelmen kívül hagyása — az alulméretezés leggyakoribb oka; egy generátor, amely könnyen kezeli a futó terhelést, azonnal leoldhat, amikor egy nagy motor elindul; mindig számítsa ki a csúcsigényt, beleértve a legnagyobb motorindítást is
• Zavaros a kW és a kVA — a "100 kW-os generátort" 0,8-as teljesítménytényezővel rendelkező szállító 125 kVA-t kínál; ellenőrizze, hogy a megadott érték kW vagy kVA, hogy elkerülje a 25%-os alulméretezést
• Készenléti besorolás használata a fő teljesítményű alkalmazásokhoz — a hálózaton kívül folyamatosan üzemelő generátort a fő teljesítményre kell méretezni, nem a (magasabb) készenléti névleges teljesítményre; a készenléti érték használata a folyamatos üzemre a motor túlterheléséhez és idő előtti meghibásodásához vezet
• Túlméretezés a "biztonságosság érdekében" a minimális terhelés ellenőrzése nélkül — az 50 kW-os terhelésre telepített 500 kVA-s generátor 10%-os teljesítménnyel működik, ami súlyos nedves halmozódást okoz; a minimális üzemi terhelés a névleges teljesítmény 30-40%-a legyen
• A magasság és a hőmérséklet leértékelésének elhagyása — egy 100 kVA teljesítményű generátor 2000 m magasságban csak 91 kVA teljesítményt tud leadni; ennek figyelmen kívül hagyása krónikus túlterheléshez vezethet a magasan fekvő helyeken
• Nem számolva a terhelés jövőbeli növekedésével — egy pontosan a mai terhelésre méretezett generátornak nincs helye a bővítésre; adjunk hozzá egy reális növekedési előrejelzést (általában 10-20% többletkapacitás az 5 éven belüli bővítést váró létesítményekre)