Азбука елеватора

Як визначити потужність дизель-генератора для резервного живлення елеватора?

25.11.2022

Недосвідчений фахівець при виборі ДЕС зазвичай керується лише розрахунковою потужністю навантаження і забуває, що це максимальне усереднене навантаження на часовому інтервалі 30 хв (інтервал вказанно як характерний для мережі напругою до 1000 В). І таким чином не враховується режим роботи, у якому навантаження споживача кілька секунд істотно перевищує розрахункову потужність.

Про номінальну та максимальну (пікову) потужності генераторів

Абсолютно всі генератори мають два важливих параметри: номінальну і максимальну (або пікову) потужність.

• Номінальна потужність – це реальна (працююча) потужність генератора. В її межах електрогенератор може працювати досить довго, а точніше – поки паливо в баку не закінчиться.
• А ось робота при максимальній/піковій потужності має тимчасові обмеження у різних моделях по-різному: від кількох секунд до двадцяти–тридцяти хвилин. Після цього спрацьовує тепловий захист, і генератор вимикається.

Максимальне короткочасне навантаження тривалістю кілька секунд називається піковим навантаженням. Пікове навантаження зумовлене запуском електроприймачів із великими пусковими струмами, наприклад, асинхронних двигунів (на елеваторі це стосується вентиляторів силосів та зерносушарок).

Пусковий струм виникає на початку обертання двигуна і продовжується до досягнення номінального ковзання двигуна. Розмір пускового струму перевищує номінальний струм двигуна в 4–8 разів (див. характеристики двигунів).

Якщо потужності ДЕС не вистачає, щоб покрити пікове навантаження споживача, виникає вихід частоти і величини напруги, що генерується, за допустимі для споживачів межі. В результаті споживач автоматично відключається від джерела живлення дією захисту, а ДЕС зупиняється.

Щоб ДЕС забезпечувала пікове навантаження, має виконуватися умова:

P_{пік.наван ≤} Р_{пер.ДЕС,}

• де P_{пік.наван.}– пікова потужність навантаження;
• Р_{пер.ДЕС} – перевантажувальна здатність ДЕС.

ВАЖЛИВО:

1. Навантаження. При проєктуванні система електроживлення повинна розраховуватись на симетричність навантаження. Тому не перевантажуйте одну фазу більш ніж інші, бо це може призвести до перегріву обмоток генератора. Неузгодженість фаз може призвести до поломки чутливого 3-фазного обладнання системи живлення. Струм у фазі не повинен перевищувати номінальний струм генератора. Якщо необхідно підключити генератор до існуючої силової гілки, то треба переглянути розподіл електроенергії для симетрування навантаження.

• Коефіцієнт потужності cos(φ). Необхідно розраховувати коефіцієнт потужності.  Сos(φ) менший ніж 0,8 (індуктивність) призводитиме до перевантаження генератора. Для нормальної роботи необхідно, щоб cos(φ) лежав у діапазоні 0,8~1.

Майте на увазі, що необхідно запобігати появі випереджаючого зсуву фаз під час встановлення ручного або автоматичного обладнання з коригування cos(φ) (наприклад, конденсаторні установки), тому що випереджальний зсув фаз призводить до нестабільності напруги та появи небезпечної високої напруги. Іншими словами, все обладнання корекції коефіцієнта потужності необхідно відключати при подачі напруги від генератора.

Послідовність дій, щоб визначити необхідну потужність дизель-генератора для елеватора

1. Складаєте перелік обладнання, що буде підключено до дизельної електростанції.
2. Визначаєте потужність кожного підключеного споживача та її характер – номінальну та пікову.
3. Розписуєте, як придбана станція приймає навантаження: поетапне включення устаткування чи одночасне. Перший метод дозволяє грамотно запустити всі необхідні пристрої, не зашкодивши при цьому електростанції.

ВАЖЛИВО! При розрахунку цього параметру, пам’ятайте, що можливо навантаження на станцію буде зростати через розширення виробництва, сезонний пік тощо. Зважайте на те, що оптимальне навантаження встановлене в межах 35-60% від номінальних значень потужності.

Щодо ККД дизельної електростанції, то це значення можна збільшити. Тепло, що виходить від працюючого двигуна, можна направити в такі русла:

• Попереднє нагрівання палива (оскільки для ефективного займання та горіння дизельне паливо необхідно підігрівати).
• Опалювати приміщення, в якому встановлений дизель-генератор. Альтернативне джерело живлення дозволить скоротити втрати тепла, збільшити ККД та зменшити витрати на обігрів виробничого приміщення на 30–40%.

Що краще для елеватора: високооборотна чи низькооборотна ДЕС?

На ринку представлені моделі з двигунами:

• 3000 оборотів у хвилину,
• 1500 оборотів у хвилину.

Вибрати необхідний варіант не складно: спирайтеся на інтенсивність експлуатації станції.

• При використанні агрегату до 500 мотогодин на рік – це високооборотні конфігурації.
• Якщо ж режим роботи передбачає експлуатацію більше ніж 1000 мотогодин на рік – вибирайте низькооборотні промислові дизельні електростанції. Такі моделі видають менший рівень шуму – це важливий показник, якщо станція використовується недалеко від житлової зони.

Так само як і в автомобільних двигунах, робота агрегату на холостому ході протягом тривалого періоду викликає конструктивні неполадки. Щоб їх уникнути, запускайте стаціонарну дизельну електростанцію на пару годин в режимі 100% навантаження не рідше одного разу на рік.

Автоматика для запуску дизельних генераторів чи ручний режим?

Дизельні електростанції на елеваторі можна запускати як у ручному, так і автоматичному режимі.

• Ручний режим: запуск із пульта керування або ключем;
• Автозапуск: через панель АВР (автоматичне ввімкнення резерву).

Останній метод працює у такій послідовності:

1. Зникає постійна електромережа.
2. Автоматика реагує на зникнення та на холостому ходу виконує прогрівання двигуна, вводить його у необхідний режим роботи.
3. Все навантаження перемикається з основної мережі на дизель-генератор.
4. У разі відновлення подачі електроенергії через основну мережу АВР автоматично перемикає живлення назад.

ВАЖЛИВО: Якщо на об’єкті відсутній постійний персонал, а дизельна електростанція працює як резервне джерело енергії – придбайте моделі з автоматичним режимом роботи.

Висновки

При виборі слід звертати особливу увагу щодо перевантаження дизельної електростанції піковими (пусковими) струмами навантаження.

Перевантажувальна здатність генераторів у різних фірм-виробників може суттєво відрізнятися, тому її слід вимагати у відповідної фірми-виробника або авторизованих дилерів цієї фірми.

У розрахунках слід враховувати знижувальні коефіцієнти номінальної потужності електричної станції залежно від різних умов – навколишньої температури повітря, висоти над рівнем моря, коефіцієнта активної потужності (cos(φ) споживачів.

Автор – Сергій Шишкін, інженер-проектувальник АСУ відділу автоматизації елеваторів KMZ Industries.