چگونه یک دیزل ژنراتور را اندازه کنیم: راهنمای کامل گام به گام

به اندازه a دیزل ژنراتور ، مجموع وات در حال اجرا همه بارهایی را که باید به طور همزمان تامین کند محاسبه کنید، بزرگترین موج راه اندازی تک موتوری را اضافه کنید (معمولاً 3 برابر وات جاری آن)، یک بافر ظرفیت 20-25٪ اعمال کنید، سپس برای ارتفاع و دمای محیط کاهش دهید. نتیجه حداقل رتبه kVA ژنراتور است که شما نیاز دارید. به عنوان مثال: تاسیساتی با بارهای در حال اجرا 40 کیلووات، یک موتور 15 کیلوواتی به عنوان بزرگترین استارت تکی (نیاز به 45 کیلووات موج برق) و عملیات در ارتفاع 1500 متری به یک ژنراتور با حداقل امتیاز نیاز دارد. 68-75 کیلوولت آمپر بعد از تمام تنظیمات سایز کوچک باعث افزایش بار و آسیب موتور می شود. اندازه زیاد باعث هدر رفتن سوخت می شود و باعث انباشته شدن خیس در موتورهای دیزلی می شود. این راهنما در هر مرحله از فرآیند اندازه‌گیری با مثال‌های کار شده، جداول بارگذاری و فاکتورهای تصحیح می‌پردازد.

مرحله 1 - همه بارهای الکتریکی را شناسایی و فهرست کنید

اساس اندازه گیری ژنراتور یک موجودی بار کامل است. از دست دادن حتی یک بار بزرگ - یک کمپرسور، یک موتور آسانسور یا یک واحد تهویه مطبوع مرکزی - می تواند کل محاسبه اندازه را باطل کند. بارها را بر اساس رفتار الکتریکی آنها به سه دسته سازماندهی کنید:

• بارهای مقاومتی - روشنایی رشته ای، بخاری برقی، توستر، آبگرمکن؛ اینها جریان ثابتی را با ضریب توان 1.0 و بدون موج شروع می کشند. وات در حال اجرا = وات پلاک نام
• بارهای القایی (موتورها) - دستگاه های تهویه مطبوع، پمپ ها، کمپرسورها، فن ها، ابزار برقی؛ این جریان 3-7× در هنگام راه اندازی به مدت 0.5-3 ثانیه می کشد. این افزایش شروع، محرک اصلی تعیین اندازه ژنراتور در اکثر برنامه ها است
• بارهای الکترونیکی / غیر خطی - کامپیوتر، VFD (درایوهای فرکانس متغیر)، سیستم‌های UPS، درایورهای LED، شارژرهای باتری؛ اینها جریان غیر سینوسی را می کشند که اعوجاج هارمونیک را ایجاد می کند. نیاز به دینام ژنراتور دارای رتبه بندی برای سرویس هارمونیک (معمولا THD <5٪ در بار کامل)

برای هر بار، وات جاری (یا کیلووات)، ولتاژ و فاز (تک فاز یا سه فاز) پلاک نام را ثبت کنید. اگر اطلاعات پلاک نام در دسترس نیست، از درجه آمپر استفاده کنید و محاسبه کنید: وات = ولت × آمپر × ضریب توان (اگر ضریب توان ذکر نشده است، برای اکثر موتورها از 0.85-0.90 استفاده کنید).

مرحله 2 - کل بار در حال اجرا و نیازهای راه اندازی موتور را محاسبه کنید

کل بار در حال اجرا

مجموع تمام وات های جاری برای هر باری که به طور همزمان کار می کند. بارهایی که هرگز به طور همزمان استفاده نمی شوند را در نظر نگیرید - یک ژنراتور آماده به کار که انرژی ساختمان را پس از قطع برق تامین می کند، اگر در فصول مختلف کار می کنند، نیازی به سرویس دهی همزمان نیروگاه آب سرد و سیستم گرمایشی ندارد. با این حال، محافظه کار باشید: بارهایی را که ممکن است از نظر تئوری حتی در صورت غیرمعمول با هم همپوشانی داشته باشند را شامل شود.

جریان راه اندازی موتور: تقاضای موج بحرانی

هنگامی که یک موتور الکتریکی راه اندازی می شود، یک جریان روتور قفل شده (LRC) را می کشد که معمولاً جریان دارد 3 تا 7 برابر جریان با بار کامل آن . برای اندازه‌گیری ژنراتور، این افزایش به صورت وات راه‌اندازی بیان می‌شود - تقاضای برق لحظه‌ای در شروع موتور. متداول ترین ضریب های مورد استفاده بر اساس نوع موتور عبارتند از:

• موتورهای استارت مستقیم (DOL). - وات شروع = 3× وات جاری (مقدار متداول محافظه کارانه؛ LRC واقعی ممکن است تا 7× برای موتورهای بزرگ باشد)
• موتورهای استارت خازن - وات شروع = 1.5-2× وات جاری ; خازن شروع جریان هجومی را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد
• موتورهایی با سافت استارت یا VFD - وات شروع ≈ وات جاری؛ استارترهای نرم و فرکانس متغیر ولتاژ یا فرکانس را به تدریج افزایش می دهند و هجوم را محدود می کنند 110-150٪ جریان در حال اجرا ; این امر به طور چشمگیری الزامات اندازه ژنراتور را برای تاسیسات موتور سنگین کاهش می دهد

ژنراتور باید سناریویی را کنترل کند که در آن بزرگترین موتور شروع به کار کند در حالی که همه بارهای در حال اجرا دیگر در حال کشیدن نیرو هستند. محاسبه بحرانی این است: بار اندازه ژنراتور = (مجموع وات جاری همه بارها) (جهش راه اندازی بزرگترین تک موتور - وات در حال کار آن) . این نشان دهنده اوج تقاضای لحظه ای در لحظه راه اندازی بزرگترین موتور است.

مثال کار شده: مولد آماده به کار ساختمان اداری

یک ساختمان اداری را در نظر بگیرید که برای موارد زیر به برق آماده به کار نیاز دارد:

• روشنایی و پریزها: 12000 وات (12 کیلو وات)
• UPS اتاق سرور: 8000 وات (8 کیلو وات)
• موتور آسانسور (استارت DOL): 15000 وات در حال کار (15 کیلووات)، نوسان راه اندازی = 3 × 15000 = 45000 وات
• موتورهای فن تهویه مطبوع: 10000 وات در حال کار (10 کیلو وات)، نوسان راه اندازی = 3 × 10،000 = 30،000 وات
• موتور پمپ آتش نشانی (DOL start): 7500 وات در حال کار (7.5 کیلو وات)، ولتاژ راه اندازی = 3 × 7500 = 22500 وات

کل بار در حال اجرا: 12 8 15 10 7.5 = 52.5 کیلو وات
بزرگترین موج راه اندازی موتور: موتور آسانسور در 45 کیلو وات راه اندازی - 15 کیلو وات در حال کار = 30 کیلو وات افزایش تقاضای اضافی
اوج تقاضای آنی: 52.5 30 = 82.5 کیلو وات

مرحله 3 - تبدیل به kVA و اعمال ضریب توان

ظرفیت ژنراتور بر حسب درجه بندی می شود کیلوولت آمپر (کیلوولت آمپر) - قدرت ظاهری - به جای کیلووات (کیلووات) - قدرت واقعی. رابطه این است:

kVA = kW ÷ ضریب توان

اکثر دیزل ژنراتورها با ضریب توان درجه بندی می شوند عقب ماندگی 0.8 - این فرض استاندارد است، مگر اینکه طور دیگری مشخص شده باشد. یک ژنراتور با توان 100 کیلوولت آمپر با ضریب توان 0.8 ارائه می دهد 80 کیلو وات قدرت واقعی . این به این معنی است که برای یافتن رتبه مورد نیاز kVA باید نیاز کیلووات خود را بر 0.8 تقسیم کنید.

ادامه مثال کار شده:

• اوج تقاضای آنی: 82.5 kW
• kVA مورد نیاز: 82.5 ÷ 0.8 = 103 کیلو ولت آمپر

اگر بار شما عمدتاً مقاومتی است (هیترها، روشنایی) با موتورهای بسیار کمی، ضریب توان واقعی ممکن است به 0.9-1.0 نزدیکتر باشد و تقسیم بر 0.8 بسیار محافظه کارانه است. اگر بار شما عمدتاً موتورهای القایی است، ضریب توان واقعی ممکن است باشد 0.7 یا کمتر ، و یک فرض 0.8 ممکن است اندازه مولد را کمتر کند. برای اندازه‌گیری دقیق، میانگین وزنی ضریب توان را در تمام بارها اندازه‌گیری یا محاسبه کنید.

مرحله 4 - اعمال بافر ظرفیت (عامل فضای سر)

راه اندازی دیزل ژنراتور با 100 درصد ظرفیت نامی به طور مداوم باعث استرس حرارتی بیش از حد می شود، سایش را تسریع می کند و هیچ حاشیه ای برای اضافه بار یا خطاهای محاسباتی باقی نمی گذارد. رویه صنعت این است که دیزل ژنراتورها را در 70 تا 80 درصد ظرفیت نامی در بار کامل 20 تا 30 درصد فضای سر باقی می ماند.

با تقسیم نیاز محاسبه‌شده kVA بر کسر بارگذاری هدف، ضریب فضای سر را اعمال کنید:

• در بارگذاری 80 درصد: ژنراتور مورد نیاز kVA = kVA محاسبه شده ÷ 0.80
• در بارگذاری 75 درصد: ژنراتور مورد نیاز kVA = kVA محاسبه شده ÷ 0.75

ادامه مثال در بارگذاری 80%: 103 kVA ÷ 0.80 = ژنراتور حداقل نامی 129 کیلو ولت آمپر . نزدیکترین اندازه استاندارد ژنراتور بالاتر از این معمولاً a است واحد 150 کیلو ولت آمپر .

نکته ای در مورد حداقل بارگذاری: موتورهای دیزلی نیز دارای یک حداقل بار مورد نیاز 30 تا 40 درصد ظرفیت نامی . کارکردن دیزل ژنراتور زیر این آستانه برای مدت طولانی باعث انباشته شدن خیس می‌شود - سوخت و کربن نسوخته توسط احتراق ناقص در سیستم اگزوز و سیلندرها رسوب می‌کند و هزینه‌های نگهداری را افزایش می‌دهد و عمر موتور را کاهش می‌دهد. اگر بار در حال اجرا مورد انتظار شما اغلب کمتر از 30 درصد امتیاز ژنراتور است، واحد بزرگتر است و باید یک ژنراتور کوچکتر انتخاب کنید یا بانک بار (اتصال بار مقاومتی مصنوعی برای حفظ حداقل بار موتور) را اجرا کنید.

مرحله 5 - کاهش ارتفاع و دمای محیط

توان خروجی دیزل ژنراتور در شرایط استاندارد رتبه بندی می شود: سطح دریا (ارتفاع 0 متر)، دمای محیط 25 درجه سانتی گراد (77 درجه فارنهایت) و رطوبت نسبی 30 درصد بر اساس ISO 8528-1 یا SAE J1349. کار کردن در بالای سطح دریا یا در دمای بالای محیط، چگالی هوای ورودی به موتور را کاهش می‌دهد و راندمان احتراق و توان خروجی را کاهش می‌دهد. ژنراتور باید کاهش یابد - خروجی موثر آن کمتر از رتبه پلاک نام است، بنابراین رتبه پلاک نام باید بیشتر از محاسبه شده باشد.

کاهش ارتفاع

قانون کاهش استاندارد برای موتورهای دیزل تنفس طبیعی است تقریباً 3-4٪ تلفات برق در هر 300 متر (1000 فوت) از سطح دریا . موتورهای توربو شارژ کمتر کاهش می یابند - معمولا 1-2٪ در هر 300 متر - زیرا توربوشارژر کاهش چگالی هوا را تا سقف طراحی خود جبران می کند و پس از آن کاهش شدید به شدت افزایش می یابد. همیشه از منحنی های درجه بندی خاص سازنده استفاده کنید. مقادیر زیر نماینده هستند:

کاهش دما

بالاتر از دمای استاندارد 25 درجه سانتیگراد، ژنراتورها تقریباً کاهش می یابند 1٪ در 5.5 درجه سانتیگراد (10 درجه فارنهایت) بالای 25 درجه سانتیگراد برای اکثر موتورهای توربوشارژ. در یک محیط گرمسیری با حداکثر دمای محیط 45 درجه سانتیگراد (20 درجه سانتیگراد بالاتر از استاندارد)، انتظار افزایش دمای محیط را داشته باشید. 3-4٪ کاهش قدرت . ارتفاع و درجه حرارت ترکیبی چند برابر است - هر دو عامل به طور همزمان اعمال می شوند.

برای پیدا کردن پلاک نام مورد نیاز kVA پس از کاهش: پلاک نام مورد نیاز kVA = kVA موثر مورد نیاز ÷ (ضریب ارتفاع × ضریب دما)

مثال: یک نیاز موثر 129 کیلوولت آمپر در ارتفاع 1500 متری (ضریب 0.94) و 40 درجه سانتیگراد محیط (ضریب 0.97) نیاز دارد: 129 ÷ (0.94 × 0.97) = 129 ÷ 0.912 = حداقل پلاک 141 کیلو ولت آمپر ، بنابراین اندازه استاندارد بعدی را انتخاب کنید: 150 کیلو ولت آمپر .

انواع بار متداول و ضرایب اندازه آنها

رتبه‌بندی Prime Power در مقابل Standby: انتخاب کلاس رتبه‌بندی مناسب

دیزل ژنراتورها با طبقه بندی های متعددی فروخته می شوند که تعیین می کنند موتور چقدر می تواند یک خروجی مشخص را حفظ کند. استفاده از ژنراتور فراتر از کلاس رتبه بندی مورد نظر خود باعث خرابی زودرس موتور می شود. چهار کلاس اصلی رتبه بندی ISO 8528 عبارتند از:

• آماده به کار (ESP - برق آماده به کار اضطراری) - حداکثر خروجی برای استفاده اضطراری فقط در زمان قطع برق؛ اضافه بار مجاز نیست ; استفاده معمولی محدود به 200 ساعت در سال. این بالاترین امتیاز kVA در پلاک نام است، اما برای کاربردهای برق اولیه یا استفاده مکرر مناسب نیست
• پرایم پاور (PRP - قدرت رتبه اول) - عملیات مداوم برای ساعات نامحدود در جایی که هیچ منبع آب و برق وجود ندارد. 10% اضافه بار برای 1 ساعت در 12 مجاز است ; دارای رتبه تقریباً 80 تا 90 درصد از رتبه استندبای همان موتور. برای سایت های خارج از شبکه، قدرت ساخت و ساز، عملیات معدن درست است
• برق پیوسته (COP) - کارکرد بار پایه با توان ثابت برای ساعات نامحدود با اضافه بار مجاز نیست ; تقریباً 70 تا 80 درصد امتیاز آماده به کار؛ در تولید برق جزیره و کاربردهای بار پایه استفاده می شود
• توان مصرفی با زمان محدود (LTP) - عملیات برای مدت زمان محدود تعریف شده در برنامه های غیر اضطراری؛ معمولا حداکثر 500 ساعت در سال

یک ژنراتور که به عنوان "100 کیلو ولت آمپر آماده به کار / 90 کیلو ولت آمپر پرایم" به بازار عرضه می شود دو محدودیت توان متفاوت بسته به نحوه استفاده از آن . برای یک ژنراتور پشتیبان بیمارستانی که فقط در زمان قطع برق استفاده می شود، رتبه بندی آماده به کار 100 کیلوولت آمپر اعمال می شود. برای یک ژنراتور کمپ ماینینگ که به‌عنوان تنها منبع انرژی به‌طور پیوسته کار می‌کند، رده‌بندی اولیه 90 کیلو ولت آمپر حاکم است - و محاسبه اندازه باید از 90 کیلوولت آمپر به عنوان مرجع استفاده کند، نه 100 کیلوولت آمپر.

ژنراتورهای سه فاز در مقابل تک فاز و تعادل بار

ژنراتورهای بالاتر از تقریباً 15 تا 20 کیلو ولت آمپر تقریباً همیشه سه فاز (3Φ) هستند زیرا برق سه فاز تحویل توان کارآمدتری را ارائه می دهد و برای موتورهای سه فاز مورد نیاز است. هنگام تعیین اندازه یک ژنراتور سه فاز برای بار مختلط (برخی از موتورهای سه فاز به اضافه بارهای تک فاز)، تعادل فاز به یک ملاحظه حیاتی تبدیل می شود.

ژنراتورهای سه فاز برای بارهای متعادل درجه بندی می شوند - قدرت برابر در هر فاز. اگر بارهای تک فاز به طور نابرابر در بین سه فاز توزیع شوند، فازی که بیشترین بارگذاری را دارد، کل خروجی ژنراتور را محدود می کند و می تواند باعث عدم تعادل ولتاژ شود که به موتورها و الکترونیک آسیب می رساند. اکثر تولید کنندگان ژنراتور این را مشخص می کنند عدم تعادل بار تک فاز بین هر دو فاز نباید از 25 درصد جریان نامی ژنراتور در هر فاز تجاوز کند. .

هنگام تهیه لیست بار برای یک ژنراتور سه فاز، هر بار تک فاز را به یک فاز خاص اختصاص دهید و بررسی کنید که هیچ فازی بیش از تقریباً حمل نمی کند. 1/3 بار کل 12.5% کیلو ولت آمپر کل . در عمل، بارها را تا حد امکان به طور یکنواخت توزیع کنید و تعادل را در حین نصب با یک برقکار بررسی کنید.

اندازه‌گیری برای بارهای غیر خطی: سیستم‌های UPS و VFD

بارهای غیر خطی - سیستم‌های UPS، درایوهای فرکانس متغیر، منابع تغذیه با حالت سوئیچ و شارژرهای باتری - جریان غیر سینوسی می‌کشند که اعوجاج هارمونیک به خروجی ولتاژ ژنراتور این محتوای هارمونیک باعث گرمای اضافی در سیم پیچ دینام می شود و می تواند با تنظیم کننده ولتاژ اتوماتیک ژنراتور (AVR) تداخل ایجاد کند و باعث ناپایداری ولتاژ شود.

دستورالعمل صنعت برای اندازه‌گیری ژنراتورهایی که بارهای غالباً غیرخطی را تغذیه می‌کنند:

• سیستم های یو پی اس - اندازه ژنراتور در 1.5 تا 2× امتیاز یو پی اس kVA ; یک یو پی اس 50 کیلوولت آمپر به حداقل ژنراتور 75 تا 100 کیلو ولت آمپر نیاز دارد. این به دلیل کاهش هارمونیک، ضریب توان ورودی UPS و تقاضای شارژ مجدد باتری در اولین دقایق پس از شروع به کار ژنراتور است.
• درایوهای فرکانس متغیر (VFD) - VFD ها جهش راه اندازی موتور را کاهش می دهند اما هارمونیک ها را معرفی می کنند. اندازه ژنراتور در 1.25× kVA مورد نیاز برای همه بارهای VFD ; در صورتی که بارهای VFD از 50 درصد بار کل ژنراتور بیشتر باشد، ژنراتوری با دینام «12 پالس» یا با THD پایین مشخص کنید.
• مرکز داده / سرور بارگیری می شود - منابع تغذیه سرور مدرن دارای ضریب توان 0.95-0.99 با محتوای هارمونیک متوسط هستند. اندازه در 1.25-1.5× بار کل IT برای محاسبه تلفات واحد توزیع برق (PDU) و تجهیزات خنک کننده

Complete Sizing Example: Industrial Workshop

یک کارگاه تولیدی در منطقه کوهستانی در ارتفاع 1200 متری با حداکثر دمای محیط 38 درجه سانتی گراد برای بارهای زیر به یک مولد برق اولیه نیاز دارد:

محاسبه اندازه:

1. کل بار در حال اجرا: 53.6 kW
2. بزرگ‌ترین نوسان موتور اضافه شده: نوسان کمپرسور هوا (45 کیلو وات) - کارکرد (15 کیلو وات) = 30 کیلو وات
3. اوج تقاضای آنی: 53.6 30 = 83.6 kW
4. تبدیل به kVA در PF 0.8: 83.6 ÷ 0.8 = 104.5 kVA
5. اعمال 80% فضای سر بار: 104.5 ÷ 0.8 = 130.6 kVA
6. کاهش ارتفاع در 1200 متر (توربوشارژ، ضریب ≈ 0.953): 130.6 ÷ 0.953 = 137 kVA
7. کاهش دما در 38 درجه سانتی گراد (ضریب ≈ 0.975): 137 ÷ 0.975 = 140.5 kVA
8. اندازه ژنراتور استاندارد را انتخاب کنید: 150 کیلو ولت آمپر دارای امتیاز اولیه

اشتباهات رایج در اندازه گیری و نحوه اجتناب از آنها

• نادیده گرفتن نوسان راه اندازی موتور - شایع ترین علت کوچک شدن اندازه؛ ژنراتوری که بارهای در حال اجرا را به راحتی تحمل می کند، ممکن است بلافاصله با شروع یک موتور بزرگ از کار بیفتد. همیشه پیک تقاضا از جمله بزرگترین راه اندازی موتور را محاسبه کنید
• گیج کننده kW و kVA - تامین کننده ای که "ژنراتور 100 کیلووات" را با ضریب توان 0.8 نقل می کند، 125 کیلو ولت آمپر را ارائه می دهد. بررسی کنید که آیا رقم ذکر شده کیلووات یا کیلوولت آمپر است تا 25% از اندازه کمتر جلوگیری شود.
• استفاده از رتبه بندی آماده به کار برای برنامه های کاربردی برق اصلی - یک ژنراتور که به طور پیوسته خارج از شبکه کار می کند باید به اندازه توان اولیه خود باشد، نه به درجه آماده به کار (بالاتر). استفاده از رقم آماده به کار برای کار مداوم منجر به اضافه بار موتور و خرابی زودرس می شود
• بزرگ کردن برای "ایمن" بدون بررسی حداقل بار - یک ژنراتور 500 کیلوولت آمپر نصب شده برای بار 50 کیلو وات با ظرفیت 10 درصد کار می کند و باعث انباشتگی شدید مرطوب می شود. حداقل بار عملیاتی باید 30 تا 40 درصد ظرفیت نامی باشد
• حذف کاهش ارتفاع و دما - یک ژنراتور 100 کیلوولت آمپر در ارتفاع 2000 متری ممکن است تنها 91 کیلو ولت آمپر تولید کند. عدم توجه به این امر می تواند منجر به اضافه بار مزمن در مکان های مرتفع شود
• عدم در نظر گرفتن رشد بار آتی - یک ژنراتور که دقیقاً برای بارهای امروزی اندازه دارد، جایی برای گسترش ندارد. یک پیش بینی رشد واقع بینانه اضافه کنید (معمولا 10-20٪ ظرفیت اضافی برای امکاناتی که انتظار توسعه در طی 5 سال است)