نحوه اندازه گیری سایز دستگاه دیزل ژنراتور
اندازه گیری سایز ژنراتور ها نیازمند تحلیل پارامترها و بارها است.
بیشتر اندازه گیری سایز ژنراتور توسط نرم افزارهای اندازه گیری یا به کمک نماینده کارخانه تولید کننده به بهترین شکل ممکن انجام می‌شود. 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 دستگاه دیزل ژنراتور تاثیر می‌گذارند و در نتیجه محاسبه دستی برای تعیین ظرفیت ژنراتور زمان‌بر خواهد بود. پارامترهایی که سایز ژنراتور را تعیین می‌کنند شامل حداقل بار، حداکثر افت ولتاژ و فرکانس مجاز، ارتفاع و دما ، چرخه کاری، سوخت، فاز، فرکانس و ولتاژ می‌باشد.
نرم افزارهای تعیین سایز مانند نرم‌افزار Cummins Power Generation’s GenSize ، بسیار این فرایند را ساده کرده و به تحلیل راه‌های گوناگون برای تعیین اندازه ژنراتور کمک می‌کند. دانستن روش‌های محاسبات دستی به مهندسان کمک می‌کند تا از تاثیر عوامل گوناگون بر سایز ژنراتور اطلاع داشته باشند.
در ادامه پارامترهایی که برای اندازه گیری سایز دستگاه دیزل ژنراتور حائز اهمیت است مورد بررسی قرار می‌گیرد.
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) :
هنگامی‌که شما حداکثر گام ولتاژ پایین را در طول اولین شروع به کار، هنگام چرخه بار تحت کنترل خودکار یا هنگام پیک مصرف بار کاهش می‌دهید، 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 می‌دهید، 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 سایز ژنراتور همچنین تحت تاثیر این عامل قرار دارد که آیا در شرایط انتظار ، توان پایه یا استفاده به صورت موازی خواهد بود. سیستم‌های اضطراری عموما توانایی اضافه بار را ندارند. سیستم‌های توان پایه عموما دارای حداقل 10 درصد ظرفیت اضافه بار هستند. ژنراتورهایی که در ساعات طولانی و در شرایط باری ثابت کار می‌کنند نباید بیش از میزان مداوم کار کنند.
سوخت :
استفاده از سوخت بنزینی ، دیزل یا LP بر انتخاب نوع ژنراتور تاثیر می‌گذارد. اغلب ژنراتوری که با بنزین یا LP کار می کند باید سایز بزرگتری داشته باشد. سیستم‌های 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 سایز ژنراتور تعیین نوع و مقدار بار ژنراتور است. به طور کلی هنگامی‌که بارهای غیرخطی وجود دارند لازم است تا اندازه مولد را افزایش داد.
در ادامه به مبحث عمومی چگونگی تاثیر عوامل الکتریکی و بارها بر اندازه ژنراتور می‌پردازیم.
ضریب توان (PF) : ضریب القا و ظرفیت الکتریکی در مدارهای AC منجر به موج‌های سینوسی شده که از نقطه صفر تا نقطه تاخیر عبور می‌کند. و تا جایی که ولتاژ از صفر عبور می‌کند ادامه دارد. بارهای خازنی، موتورهای به طور هم‌زمان بیش از حد تحریک شده و غیره منجر به هدایت ضریب توان در جایی که ولتاژ وجود دارد می‌شود. (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 می‌شود. 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 می‌تواند تا 10% توانایی KVAR خود را در بار ضریب توان پیشرو بدون صدمه دیدن یا از دست دادن کنترل ولتاژ خروجی تحمل کند. معمول‌ترین منابع ضریب توان پیشرو، سیستم‌های UPS کم بار با فیلترهای ورودی و دستگاه‌های تصحیح ضریب توان موتورها است. بارگیری ژنراتور توسط بار ضریب توان تاخیری مقدم بر بارهای ضریب توان پیشرو می‌تواند پایداری را بهبود بخشد.
بار های تک فازی و بار نامتوازن :
بارهای 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) :
بارهای پیک (اوج بار) به علت چرخه بار های خاموش و روشن مانند تجهیزات جوشکاری، تجهیزات تصوی برداری پزشکی و یا موتورها شکل می گیرند. احتساب بارهای چرخه‌ای می تواند شدیداً منجر به افزایش اندازه ژنراتور پیشنهادی به رغم تلاش‌های فراوان برای قراردادن بارها 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 می‌کند. 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 فن‌ها و دمنده‌های گریز از مرکز، کمپرسورهای روتاری، پمپ‌های روتاری و گریز از مرکز.
بار های پر اینرسی :
شامل بالابرها، پمپ‌های تک و چند سیلندری، کمپرسورهای تک و چند سیلندری، سنگ‌شکن ها و نوار نقاله‌ها.
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 انعطاف‌پذیری ژنراتور بستگی دارد.
بسته به شدت بار، سایز ژنراتور باید برای رسیدن به ولتاژ نرمال در طی چند ثانیه اندازه‌گیری شود. انواع مختلف استارترهای موتور ولتاژ کاهش یافته برای کاهش استارت KVA یک موتور درحال کار که در آن گشتاور موتور کاهش یافته است در دسترس می‌باشد.
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) :
محرک‌های فرکانس متغیر ( یا سرعت متغیر) بار های غیرخطی هستند که برای کنترل سرعت موتورهای القایی استفاده می‌شوند. و منجر به انحراف بار ولتاژ خروجی ژنراتور می‌شوند. تناوبگرهای بزرگتری برای جلوگیری از گرمایش بیش از حد بارهای منظمی که توسط VFD بوجود آمده نیاز بوده و با کاهش راکتانس تناوبگر موجب کاهش انحراف ولتاژ سیستم می‌شوند. برای مثال بارهای 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 دستگاه‌های ایستا برای تبدیل ولتاژ AC به DC مورد نیاز باطری‌های ذخیره‌سازی استفاده می‌کند و نوع دیگری از بار غیرخطی می‌باشد. تناوبگرهای بزرگتر برای جلوگیری از گرمایش بیش از حد ناشی از بارهای هارمونیک یکسوکننده‌ها و همچنین محدود ساختن انحراف ولتاژ سیستم توسط کاهش راکتانس تناوبگر لازم است.
ناسازگاری بین ژنراتورها و دستگاه‌های UPS ایستا منجر به سو تعبیر درمورد اندازه ژنراتورها برای این نوع از بار می‌شود. اغلب تولیدکنندگان UPS این مشکل را حل کرده‌اند اما تامین UPS سازگار با ژنراتور نسبت به افزایش سایز ژنراتور هزینه‌بر می‌باشد. از پلاک سازنده استفاده کنید تا رتبه UPS را برای تعیین بار شارژ باطری‌ها 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 کننده‌ها(پالس‌ها) تا 2.5 برابر بار برای 3 پالس؛ تا 1.5 برابر بار برای 12 پالس. این بارها معمولا در سیستم های مخابراتی دیده می‌شود.
– 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 اندازه‌گیری شود تا از کیفیت تصویر گرفته‌شده مخدوش نشود.
– بار روشنایی‌ها : علاوه بر انرژی لامپ‌ها، شروع و کار دستگاه‌های 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 نمی‌کند زیرا به عنوان منبع برق نامحدود همراه با بار های بسیاری درنظر گرفته می‌شود.
یک ژنراتور می‌تواند برق بسیار کمتری مصرف کند مخصوصا زمانی که باری به آن متصل نیست.
به طور کلی، مسئله بازسازی را می‌توان با اطمینان از اینکه بارهای متصل دیگری وجود دارد که می‌تواند قدرت احیا کننده را جذب کند، حل کرد. بارهای شدید(زیاد) احیاکننده می‌تواند منجر به افزایش سریع سرعت ژنراتور شده و باعث خاموشی آن شود.
ترتیب مرحله بارها :
در بسیاری از اوقات ژنراتور را طوری اندازه‌گیری می‌کنند 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 بارهای ضروری و ایمن در حدود 10 ثانیه به طول بکشد و دیگر بارها زمان بیشتری به خود اختصاص دهند. درکل شروع ترتیبی اجازه می‌دهد 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 هم‌زمان نیز تمام بار ها به ژنراتور متصل باشند.
آینده نگری و نیازهای آتی :
آخرین قدم در اندازه‌گیری سایز ژنراتور ، پیش‌بینی نیازهای آینده است. مصرف برق امر ثابتی نیست . در طول زمان مصرف افزایش پیدا می‌کند. بنابراین در هر تلاشی برای سایزگیری ژنراتور باید توسعه سیستم را مدنظر داشت. حتی با پیشرفته‌ترین نرم‌افزارها نیز تصمیم نهایی باید بادقت لحاظ شود و هراندازه که شما از پارامترها اطلاع داشته باشید تصمیم و قضاوت شما بهتر خواهد بود.
درباره نویسنده :
جیم آیورسون مهندس ارشد Cummins Power Generation با مدرک کارشناسی ارشد در علوم مهندسی و مدرک کارشناسی در مهندسی برق می‌باشد. وی از سال 1976 مدیر طراحی سوییچ های انتقالی، مهندسی سیستم ، کلیدهای اتصال و کنترل و بازاریابی فنی و فروش می‌باشد.
جیم مدیریت فنی بازاریابی تجاری و فروش را برعهده دارد و به توسعه کدهای صنعتی و استانداردهای داخلی کمک می کند. او آموزش‌های خدمات و فروش، پیشنهادهای فنی برای نرم افزارها و چاپ کتب آموزشی را ارائه می‌دهد. در موضوعات صنعتی مقاله‌های متعددی چاپ کرده و پشتیبانی مهندسی کاربردی را به مشتریان ارائه می‌دهد.
