نحوه اندازه گیری سایز دستگاه دیزل ژنراتور

اندازه گیری دقیق سایز ژنراتورها نیازمند تحلیل پارامترها و بارها است.

درحالیکه بیشتر اندازه گیری توسط نرم افزارهای اندازه گیری یا به کمک نماینده کارخانه تولید کننده به بهترین شکل ممکن انجام می شود ، اما همچنان درک عواملی که بر عملکرد ژنراتور تاثیر می گذارد مهم است و درنتیجه شما از مناسب بودن تجهیزات برای کار مورد نظر خود اطمینان خواهید داشت.

بسیاری از عوامل بر سایز یک دستگاه دیزل ژنراتور تاثیر می گذارند و در نتیجه محاسبه دستی برای تعیین ظرفیت ژنراتور زمان بر خواهد بود. پارامترهایی که اندازه ژنراتور را تعیین می کنند شامل حداقل بار ، حداکثر افت ولتاژ و فرکانس مجاز ، ارتفاع و دما ، چرخه کاری ، سوخت ، فاز ، فرکانس و ولتاژ می باشد.

نرم افزارهای تعیین سایز مانند نرم افزار Cummins Power Generation’s GenSize ، بسیار این فرایند را ساده کرده و به تحلیل راه های گوناگون برای تعیین اندازه ژنراتور کمک می کند. دانستن روش های محاسبات دستی به مهندسان کمک می کند تا از تاثیر عوامل گوناگون بر سایز ژنراتور اطلاع داشته باشند.

در ادامه پارامتر هایی که برای سایز کردن یک دستگاه دیزل ژنراتور حائز اهمیت است مورد بررسی قرار می گیرد.

حداقل ظرفیت بار ژنراتور :

کارکردن ژنراتور در بار سبک منجر به صدمه دیدن موتور و کاهش پایداری می شود. شرکت Cummins Power کارکرد ژنراتور زیر 30% بار مجاز را توصیه نمی کند. هنگامی که بار معمول ژنراتور به زیر سطح توصیه شده رسید باید به آن بار تزریق شود.

حداکثر ولتاژ مجاز(استارت و شروع به کار) :

هنگامی که شما حداکثر گام ولتاژ پایین را در طول اولین شروع به کار ، هنگام چرخه بار تحت کنترل خودکار یا هنگام پیک مصرف بار کاهش می دهید ، نیاز است تا اندازه ژنراتور را افزایش دهید. درصورت انتخاب ولتاژ پایین باید ژنراتور بزرگتری داشته باشید.

حداکثر فرکانس مجاز :

همچنان که شما حداکثر فرکانس مجاز را کاهش می دهید ، اندازه ژنراتور را باید بزرگتر کنید.

ارتفاع و دما :

بر اساس موقعیت مکان قرارگیری ژنراتور ، با افزایش ارتفاع و دمای محیط باید اندازه ژنراتور نیز بزرگتر انتخاب شود.

چرخه کاری :

اندازه ژنراتور همچنین تحت تاثیر این عامل قرار دارد که آیا در شرایط انتظار ، توان پایه یا استفاده به صورت موازی خواهد بود. سیستم های اضطراری عموما توانایی اضافه بار را ندارند. سیستم های توان پایه عموما دارای حداقل 10 درصد ظرفیت اضافه بار هستند. ژنراتورهایی که در ساعات طولانی و در شرایط باری ثابت کار می کنند نباید بیش از میزان مداوم کار کنند.

سوخت :

استفاده از سوخت بنزینی ، دیزل یا LP بر انتخاب نوع ژنراتور تاثیر می گذارد. اغلب ژنراتوری که با بنزین یا LP کار می کند باید سایز بزرگتری داشته باشد. سیستم های اضطراری معمولا باید با نوع سوخت محلی ( سوخت در دسترس ) هماهنگ باشند.

فاز :

تک فاز یا حتی سه فاز را انتخاب کنید. انتخاب ژنراتور سه فاز بر تک فاز ارجحیت دارد اما بار تک فاز تعادل بهتری نسبت به بار سه فاز خواهد داشت.

فرکانس :

50 یا 60 هرتز را انتخاب نمائید.

ولتاژ :

انتخاب ولتاژ معمولا بستگی به انتخاب میزان فرکانس دارد.

بار ژنراتور :

قدم مهم بعدی در اندازه گیری ژنراتور تعیین نوع و مقدار بار ژنراتور است. به طور کلی هنگامی که بارهای غیرخطی وجود دارند لازم است تا اندازه مولد را افزایش داد.

در ادامه به مبحث عمومی چگونگی تاثیر عوامل الکتریکی و بار ها بر اندازه ژنراتور می پردازیم.

ضریب توان (PF) : ضریب القا و ظرفیت الکتریکی در مدارهای AC منجر به موجهای سینوسی شده که از نقطه صفر تا نقطه تاخیر عبور کرده و یا تا جایی که ولتاژ از صفر عبور می کند ادامه دارد. بار های خازنی، موتورهای به طور هم زمان بیش از حد تحریک شده و غیره منجر به هدایت ضریب توان در جایی که ولتاژ وجود دارد می شود. (تصویر ذیل).

تاخیر ضریب توان هنگام تاخیر ولتاژ نتیجه القا مدار است. ضریب توان از نسبت KW به KVA بدست آمده و بصورت یک عدد اعشاری (0.8) یا بر حسب درصد (80%) بیان می شود. ژنراتور سه فاز برای 0.8 بار ضریب توان و ژنراتور تک فاز برای 1.0 بار ضریب توان رتبه بندی می شود. ضرایب توان کمتر نیازمند تناوبگر بزرگتر یا ژنراتور بزرگتر بوده تا بار را به خوبی توزیع کند. هنگام بکارگیری ژنراتورها برای هدایت بار ضریب توان باید اقدامات احتیاطی را مدنظر داشت.

– منحنی معمولی تناوبگر توان واکنش گرا (Kvar). یک راهنمای معقول این است که ژنراتور می تواند تا 10% توانایی KVAR خود را در بار ضریب توان پیشرو بدون صدمه دیدن یا از دست دادن کنترل ولتاژ خروجی تحمل کند. معمول ترین منابع ضریب توان پیشرو، سیستم های UPS کم بار با فیلترهای ورودی و دستگاه های تصحیح ضریب توان موتورها است. بار گیری ژنراتور توسط بار ضریب توان تاخیری مقدم بر بارهای ضریب توان پیشرو می تواند پایداری را بهبود بخشد.

بار های تک فازی و بار نامتوازن :

بار های تک فاز باید تا حد امکان بصورت مساوی بین هر سه فاز یک ژنراتور سه فاز توزیع شود تا از تمام توان ژنراتور و محدودیت ولتاژ نامتوازن استفاده شود.

بار های پیک (اوج بار) :

بار های پیک (اوج بار) به علت چرخه بار های خاموش و روشن مانند تجهیزات جوشکاری ، تجهیزات تصویر برداری پزشکی و یا موتورها شکل می گیرند. احتساب بار های چرخه ای می تواند شدیداً منجر به افزایش اندازه ژنراتور پیشنهادی به رغم تلاشهای فراوان برای قراردادن بار ها در گام شروع شود.

بارهای موتور :

محاسبه بارهای موتور بهتر است توسط نرم افزار انجام شود که انواع موتورها را به نیازهای زمان شروع بار و زمان درحال اجرا تبدیل می کند. به هرحال کافی است تا خصوصیات بارها مانند اینرسی بالا یا اینرسی پایین برای تعیین قدرت مورد نیاز موتور جهت شروع و شتاب بخشی به بار موتورها را مشخص کرد.

بار های کم اینرسی :

شامل فن ها و دمنده های گریز از مرکز ، کمپرسورهای روتاری ، پمپ های روتاری و گریز از مرکز.

بار های پر اینرسی :

شامل بالابرها ، پمپ های تک و چند سیلندری ، کمپرسورهای تک و چند سیلندری ، سنگ شکن ها و نوار نقاله ها.

موتورهای بالای 50 اسب بخار :

شروع به کار یک موتور بزرگ در یک خط همراه با ژنراتور نشان دهنده یک بار امپدانس کم در هنگام روتور قفل شده یا در شرایط توقف اولیه است. نتیجه آن بار زیاد بوده که عموما 6 برابر بار معمول موتور است. بار زیاد موجب افت ولتاژ ژنراتور شده که بر سیستم های دیگر تاثیر می گذارد. مقدار زمانی که ولتاژ ژنراتور از حالت افت ولتاژ خارج شده و به حالت معمول بازگردد به سایز ژنراتور ، موتور ، قدرت موتور ( ظرفیت کیلو وات ) و توانایی انعطاف پذیری ژنراتور بستگی دارد. بسته به شدت بار ، سایز ژنراتور باید برای رسیدن به ولتاژ نرمال در طی چند ثانیه اندازه گیری شود. انواع مختلف استارتر های موتور ولتاژ کاهش یافته برای کاهش استارت KVA یک موتور درحال کار که در آن گشتاور موتور کاهش یافته است در دسترس می باشد. کاهش استارتر KVA موتور می تواند افت ولتاژ و اندازه ژنراتور را کاهش دهد و یک استارت مکانیکی نرم و روانی را موجب شود. بهرحال این روش های استارت زنی باید فقط در بار های کم اینرسی انجام شود مگر اینکه موتور بتواند گشتاور کافی هنگام استارت زدن را تامین کند.

موتورهای محرک فرکانس متغیر (VFD) :

محرک های فرکانس متغیر ( یا سرعت متغیر) بار های غیرخطی هستند که برای کنترل سرعت موتورهای القایی استفاده شده و منجر به انحراف بار ولتاژ خروجی ژنراتور می شوند. تناوبگرهای بزرگتری برای جلوگیری از گرمایش بیش از حد بار های منظمی که توسط VFD بوجود آمده نیاز بوده و با کاهش راکتانس تناوبگر موجب کاهش انحراف ولتاژ سیستم می شوند. برای مثال بار های VFD ژنراتور باید تقریبا 50 درصد توان ژنراتور را به خود اختصاص داده تا اعوجاج هارمونیک را تا 15 درصد کاهش دهد.

بار های دیگر :

– بار مداوم (پیوسته) تامین برق (UPS) : یک سیستم UPS از یکسو کننده سیلیکونی کنترل شده یا دیگر دستگاه های ایستا برای تبدیل ولتاژ AC به DC مورد نیاز باطریهای ذخیره سازی استفاده می کند و نوع دیگری از بار غیرخطی می باشد. تناوبگرهای بزرگتر برای جلوگیری از گرمایش بیش از حد ناشی از بار های هارمونیک یکسو کننده ها و همچنین محدود ساختن انحراف ولتاژ سیستم توسط کاهش راکتانس تناوبگر لازم است. ناسازگاری بین ژنراتور ها و دستگاه های UPS ایستا منجر به سو تعبیر درمورد اندازه ژنراتورها برای این نوع از بار می شود. اغلب تولید کنندگان UPS این مشکل را حل کرده اند اما تامین UPS سازگار با ژنراتور نسبت به افزایش سایز ژنراتور هزینه بر می باشد. از پلاک سازنده استفاده کنید تا رتبه UPS را برای تعیین بار شارژ باطری ها و سازگاری کامل ظرفیت UPS با ژنراتور مشخص کنید.

– بار شارژر باطری : شارژر باطری یک بار غیرخطی بوده که نیازمند تناوبگر بزرگتر بر اساس تعداد یکسو کننده ها(پالس ها) تا 2.5 برابر بار برای 3 پالس؛ تا 1.5 برابر بار برای 12 پالس. این بار ها معمولا در سیستم های مخابراتی دیده می شود.

– بار تصویر برداری پزشکی : شامل اسکن CAT، MRI و تجهیزات پرتو ایکس است. ژنراتور باید برای محدود کردن افت ولتاژ تا 10 درصد در هنگام کار تجهیزات تصویربرداری پزشکی همراه با تمام بار های درحال اجرا اندازه گیری شود تا از کیفیت تصویر گرفته شده مخدوش نشود.

– بار روشنایی ها : علاوه بر انرژی لامپ ها، شروع و کار دستگاه های برقی باید درنظر گرفته شوند.

– بار های بازسازی : برای بار هایی مانند برق آسانسورها، جرثقیل و بالابرها، منبع تامین برق غالبا برای جذب قدرت هنگام ترمزگیری است. که معمولا دستگاه در زمان تامین برق مشکلی ایجاد نمی کند زیرا به عنوان منبع برق نامحدود همراه با بار های بسیاری درنظر گرفته می شود. یک ژنراتور می تواند برق بسیار کمتری مصرف کند مخصوصا زمانی که باری به آن متصل نیست. به طور کلی، مسئله بازسازی را می توان با اطمینان از اینکه بارهای متصل دیگری وجود دارد که می تواند قدرت احیا کننده را جذب کند، حل کرد. بارهای شدید(زیاد) احیا کننده میتواند منجر به افزایش سریع سرعت ژنراتور شده و باعث خاموشی آن شود.

ترتیب مرحله بارها :

در بسیاری از اوقات ژنراتور را طوری اندازه گیری می کنند که بتواند تمام بار ها را در یک مرحله تحمل کند. در برخی مواقع خوب است که ابتدا ژنراتور با بار های سنگین شروع به کار کند و سپس مابقی بار ها مرحله به مرحله وارد ژنراتور شود که به آن قانون “بزرگترین موتور در ابتدا” می گویند. ممکن است قوانینی لازم باشد که ترتیب بارها را طوری تعیین کند که در ابتدا بار های ضروری و ایمن در حدود 10 ثانیه به طول بکشد و دیگر بار ها زمان بیشتری به خود اختصاص دهند. درکل شروع ترتیبی اجازه می دهد تا ژنراتورهای کوچک ثبات بار بهتری داشته باشند. هنگامی که چرخه موتور وجود دارد لازم خواهد بود که اندازه ژنراتور طوری تنظیم شود که بزرگترین موتور آخرین استارت باشد و هم زمان نیز تمام بار ها به ژنراتور متصل باشند.

آینده نگری و نیازهای آتی :

آخرین قدم در اندازه گیری ، پیش بینی نیازهای آینده است. مصرف برق امر ثابتی نیست . در طول زمان مصرف افزایش پیدا می کند. بنابراین در هر تلاشی برای سایزگیری ژنراتور باید توسعه سیستم را مدنظر داشت. حتی با پیشرفته ترین نرم افزارها نیز تصمیم نهایی باید بادقت لحاظ شود و هراندازه که شما از پارامترها اطلاع داشته باشید تصمیم و قضاوت شما بهتر خواهد بود.