Dobór agregatu prądotwórczego – dobór mocy urządzeń

Dobór agregatu prądotwórczego – praca dorywcza czy ciągła?

Dobór agregatu prądotwórczego należy rozpocząć od określenia funkcji jaką ma pełnić. Oczywiście podstawowym zadaniem agregatów jest zabezpieczenie użytkownika przed skutkami awarii sieci elektroenergetycznej lub zapewnienie zasilania w miejscach, w których tej sieci nie ma. Jednak każdy użytkownik powinien dokładnie określić swoje potrzeby w tym zakresie, aby urządzenie mogło spełnić stawiane mu wymagania użytkowe.

Realizując dobór agregatu prądotwórczego trzeba zatem w pierwszej kolejności określić cykl pracy urządzenia – dorywczy lub ciągły. Pierwszy z nich związany jest głównie z zabezpieczeniem potrzeb energetycznych w przypadku awarii sieci, a ciągły z zapewnieniem zasilania podstawowego dla obiektu budowlanego czy procesu technologicznego.

Rodzaje mocy agregatu prądotwórczego

Dobór agregatu prądotwórczego w zależności od wspomnianych cykli pracy przekłada się na dobór mocy urządzenia, a w zasadzie – odpowiednich wartości rożnych rodzajów mocy jakimi charakteryzuje się agregat. W normie ISO 8528 określone zostały definicje mocy agregatów ściśle związanych właśnie z cyklami pracy, są to:

• ESP (ang. Emergency Standby Power),
• PRP (ang. Prime Power),
• LTP (ang. Limited Time Power),
• COP (ang. Continous Operation Power).

Moc ESP

Moc zwana awaryjną lub dorywczą, przeznaczona do zapewnienia zasilania w czasie awarii podstawowego źródła dostaw energii. Czas pracy agregatu nie powinien przekraczać 200 h/rok, a obciążenie średnie powinno wynosić maksymalnie 70% mocy ESP.

Moc PRP

Moc zwana ciągłą lub nominalną, przy której agregat prądotwórczy może pracować nielimitowaną liczbę godzin przy zmiennym obciążeniu, ale w czasie kolejnych 250 motogodzin średnie obciążenie nie może przekraczać 70% mocy PRP. Z pełną mocą PRP urządzenie może działać maks. 500 h/rok, a w przeciążeniu (110% mocy PRP) – 25 h/rok, ale 10-procentowe przeciążenie może występować jedynie przez godzinę w okresie 12 kolejnych godzin pracy.

Moc LTP

Agregat może pracować przy z tą mocą przez maks. 500 h/rok przy stałym obciążeniu, które nie może przekraczać mocy PRP.

Moc COP

Moc przy której agregat prądotwórczy może pracować w sposób ciągły, przeznaczona do zasilania odbiorów o stałej mocy przez nieograniczoną liczbę godzin w roku. Nie ma tu możliwości przeciążenia urządzenia.

Moc DCP/DCC

Poza mocami zdefiniowanymi przez ISO 8528 istnieje jeszcze moc określana jako DCP (ang. Data Center Power) lub DCC (ang. Data Center Continuous), rozpatrywana głównie w obiektach typu Data Center. Jest to deklarowana przez producenta moc agregatu prądotwórczego, z jaką może on pracować przez nielimitowany czas, przy zmiennym obciążeniu.

Dobór agregatu prądotwórczego – dobór mocy agregatu

Realizując dobór agregatu prądotwórczego do potrzeb odbiorników, ich mocy, prądów rozruchowych, sekwencyjności startu oraz przebiegu obciążenia w czasie, należy zwrócić uwagę również na minimalne obciążenie. Jego zalecana wartość dla silników diesla wynosi 20–30%. Praca poniżej tego poziomu przez dłuższy czas niekorzystnie wpływa na różne elementy silnika, co obniża ich żywotność i jednocześnie zwiększa ryzyko wystąpienia awarii. Ponadto, wzrasta emisja zanieczyszczeń w wyniku niedopalania się cząstek stałych.

W przypadku, gdy automatyka obiektowa nie jest zaprojektowana na sekwencyjne załączenia poszczególnych odbiorów lub grup odbiorów w czasie zasilania z agregatu, trzeba wziąć pod uwagę tzw. obciążalność agregatu w jednym kroku. Określana jest ona w procentach mocy znamionowej i wskazuje, jak duże obciążenie może przejąć na raz urządzenie bez ryzyka wyłączenia się. Odpowiedni dobór agregatu prądotwórczego w tym aspekcie zapewni stabilność zasilania w przypadku, gdy wszystkie odbiory będą próbowały się jednocześnie włączyć.

Wpływ rodzaju odbiorów na dobór agregatu prądotwórczego

Realizując dobór agregatu prądotwórczego ważnym kryterium jest założenie granicznych, dopuszczalnych spadków napięcia i częstotliwości podczas załączania odbiorników. Musi to korelować z dopuszczalnymi wartościami odbiorów już załączonych.

Ogólnie można stwierdzić, że obciążeniem agregatu są odbiorniki nieliniowe. Tu pojawia się kwestia współczynnika mocy, który powinien wynosić od 0,8 do 1 (czysta rezystancja). W takim zakresie agregaty prądotwórcze pracują prawidłowo, a system kontroli i sterowania parametrami elektrycznymi zapewnia ich działanie zgodne z założeniami producenta. Niższe wartości współczynnika mocy (lub charakterze pojemnościowym) mogą skutkować koniecznością przewymiarowania agregatów, aby nie dopuścić do niestabilności lub utraty kontroli ich napięcia.

Odbiory silnikowe

Rozpatrując odbiory elektryczne, znaczącą grupę stanowią odbiory silnikowe. Należy tu wziąć pod uwagę sposób ich rozruchu, a tym samym – parametry prądu rozruchowego oraz nominalnego (w stanie ustalonym), co warto zestawić z wcześniej wspomnianym obciążeniem minimalnym.

W przypadku odbiorów silnikowych na dobór agregatu prądotwórczego ma również wpływ aspekt inercji. Wentylatory, dmuchawy odśrodkowe czy pompy rotacyjne są odbiornikami niskoinercyjnymi, z kolei windy, sprężarki cylindrowe, pompy cylindrowe czy przenośniki – wysokoinercyjnymi. Rozpędzony silnik o dużej inercji, po pozbawieniu go zasilania (np. w chwili awarii sieci energetycznej) staje się na pewien czas alternatorem, w związku z tym zbyt szybkie włączenie agregatu prądotwórczego może doprowadzić do zadziałania zabezpieczeń przeciwzwarciowych. Oczywiście można w takim przypadku zastosować automatykę SZR, umożliwiającą prawidłowe załączenie generatora lub uwzględniającą czas wyhamowania odbiornika.

Realizując dobór agregatu prądotwórczego, ze względu na wielkość odbiorów silnikowych oraz ich liczbę, w rozbudowanych liniach zasilających czasem nie sposób jest pominąć urządzeń startowych, bazujących na zmiennej częstotliwości (tzw. softstarty) i obniżających wartości prądów rozruchowych. Należy jednak pamiętać, że rozwiązania te z jednej strony ograniczają skutki prądowe przy starcie silników, ale jednocześnie powodują znaczne zniekształcenia napięcia generatora. Zniekształcenia harmoniczne skutkują przede wszystkim przegrzewaniem się uzwojeń alternatora, a tym samym koniecznością ich przewymiarowania. Przykładowo, aby uzyskać zawartość harmonicznych poniżej 15%, odbiory zmienno-częstotliwościowe nie mogą stanowić więcej niż 50% mocy agregatu.

Odbiory oświetleniowe

Dość istotnymi odbiorami z punktu widzenia zniekształceń, są również odbiory oświetleniowe wraz z układami statecznikowymi oraz układy zasilające źródła LED.

Zasilacze UPS

Zasilacze UPS stanowią odrębną grupę obciążeń, które należy rozpatrzeć realizując dobór agregatu prądotwórczego. Należy tu brać pod uwagę zarówno układy „prostujące” UPS-ów, które dla generatora są odbiornikami nieliniowymi, wprowadzającymi zniekształcenia harmoniczne, ale również fakt, że istotne są tu parametry wejściowe zasilacza, a nie wyjściowe.

Dobór agregatu prądotwórczego – co jeszcze ma na niego wpływ?

Na dobór agregatu prądotwórczego, oprócz wcześniej wspomnianych aspektów, mają jeszcze wpływa takie kwestie, jak:

• wysokość lokalizacji n.p.m. i temperatura otoczenia, w jakich będzie pracował agregat prądotwórczy – parametry te mogą wpływać na konieczność przewymiarowania mocy urządzenia,
• często pomijany fakt, że nie wszystkie odbiory są trójfazowe, a te jednofazowe powinny być zawsze rozłożone w taki sposób, aby nierównomierność obciążenia faz był jak najmniejsza,
• autorskie programy oferowane przez wielu producentów, które zapewniają szybki i specjalistyczny dobór agregatu prądotwórczego w zakresie energetycznym, a także stanowią gwarancję producenta, że urządzenia spełnią stawiane im wymagania – oczywiście pod warunkiem prawidłowego wprowadzenia danych.

www.cummins.pl