طراحی اولیه دیزل ژنراتور

طراحی اولیه دیزل ژنراتور

طراحی اولیه دیزل ژنراتور

1-2- پیشگفتار طراحی اولیه دیزل ژنراتور

طراحی اولیه دیزل ژنراتور ، در طراحی تأسیسات برای یک دستگاه مولد برق باید تجهیزات و تأسیسات را مد نظر قرار داد. این تجهیزات بنابر دلایل نیاز به دستگاه ژنراتور تولید برق و استفاده ی مورد نظر آن دستگاه متغیرند.

بازبینی و فهم این دلایل نقطه ی شروع مناسبی برای طراحی سیستم و انتخاب تجهیزات می باشد.

2-2- پیش نیازهای نیرو در طراحی اولیه دیزل ژنراتور

1-2-2- نیازهای اولیه در طراحی اولیه دیزل ژنراتور

نیاز به تولید برق اضطراری و استندبای معمولاً توسط نصب اجباری دستگاه

تولید نیروی برق برآورده می شود تا یا ملزومات (پیش نیازهای) قانونی ساختمان اجرا شود و یا ریسک های اقتصادی منوط به قطع برق از بین برود.

نصب اجباری برق اضطراری و استندبای از قوانین ساختمانی فدرال یا قوانین حکومتی تبعیت می کند. توجیه نصب دستگاه های مولد بر طبق این قوانین، جلوگیری از خطرهای جانی برای ساکنین می باشد. ضرورت نصب داوطلبانه ی دستگاه های استندبای برای مقاصد اقتصادی و یا به دلیل از ترس از دست دادن سرویس ها، داده ها و یا سایر دارایی های با ارزش توجیه می شود.

نصب داوطلبانه و اجباری معمولاً به دلیل کاهش هزینه های استفاده از شبکه ی برق رسانی می باشد.

2-2-2- نیازهای خاص در طراحی اولیه دیزل ژنراتور

بسیاری از مصارف خاص نیاز به نصب مولد جریان برق دارند، بعضی از این مصارف عبارتند از: روشنایی: روشنایی چراغ های خروجی در موارد تخلیه ی اضطراری ساختمان، علایم خروجی نورانی، چراغ های امنیتی، روسنایی اتاق عمل، چراغ های گرم کن، روشنایی ماشین بالابر، روشنایی اتاق ژنراتور و غیره.

کنترل نیرو: کنترل نیرو برای دیگ های بخار، کمپرسورهای هوا، و تجهیزات دیگری که عملکردهای حساس دارند.

حمل و نقل: بالابرهای مورد استفاده آتش نشانی.

سیستم های مکانیکی: فن های کنترل دود و فشار و سیستم تخلیه ی فاضلاب و غیره…

گرمایش: گرمایش در پروسه های حساس

سرمادهی: بانک های خون، نگهداری مواد غذایی و غیره…

تولید: تأمین نیرو در پروسه های حساس در آزمایشگاه ها و پروسه های تولید دارو و …

تهویه ی فضا: خنک سازی در اتاق تجهیزات کامپیوتر، سرمادهی و گرمایش برای افراد آسیب پذیر، تهویه ی فضاهای پر خطر، تخلیه ی آلاینده ها یا آلودگی های بیولوژیکی و …

محافظت در برابر حریق: پمپ های آتش نشانی ، آلارم های هشدار و آگاهی دهنده.

پردازش داده ها: سیستم های UPS و خنک کننده برای جلوگیری از دست دادن داده ها، از دست دادن حافظه و نقص در برنامه.

سیستم های مراقبتی حیاتی: بیمارستان ها، اتاق های پرستاری، و تجهیزات مراقبتی دیگر

سیستم های ارتباطی: سرویس های تلفن اورژانس، پلیس، آتش نشانی و غیره.

3-2-3- انواع و دسته بندی های سیستم ها در طراحی اولیه دیزل ژنراتور

سیستم های تولید نیروی در سایت توسط نوع و دسته بندی تجهیزات تولید کننده طبقه بندی می شوند. تجهیزات تولید کننده به استندبای، ثابت و مداوم (کانینیوس) دسته بندی می شوند. تعریف این دسته بندی ها برای درک اینکه چه هنگام از این تجهیزات استفاده می شود مهم است. لطفاً به راهنمای دسته بندی ها در ادامه مراجعه کنید. نوع سیستم تولید کننده ی جریان در سایت و دسته ی مناسب برای استفاده بر طبق کاربرد مشخص می شود. جدول 2 در صفحه ی 18 و توضیحات زیر را ببینید.

4-2-2- سیستم های اضطراری در طراحی اولیه دیزل ژنراتور

سیستم های اضطراری معمولاً برای امنیت جامعه مورد نیاز است و نصب آن توسط قانون اجباری است. این سیستم ها عموماً برای تأمین نیرو و روشنایی برای مدت کوتاه بوده و سه هدف را دنبال می کنند: تخلیه ی ایمن ساختمان ها، سیستم های مراقبتی حیاتی بیمارستان ها و تجهیزات حساس برای افراد آسیب پذیر، تجهیزات و سیستم های حساس ارتباطی.

معمولاً الزامات قانونی حداقل بار مورد نیاز تجهیزات را مشخص می کند.

1-4-2-2-سیستم های استندبای قانوناً مورد نیاز (اجباری) در طراحی اولیه دیزل ژنراتور

نصب اینگونه سیستم ها جهت حفظ امنیت مردم اجباراً توسط قانون انجام می شود.

مقصود اینگونه سیستم ها عموماً تأمین نیرو و روشنایی برای مدتی کوتاه در مکان هایی است که نیاز به جلوگیری از خطر یا تسهیل عملیات مقابله با آتش می باشد.

معمولاً الزامات قانونی حداقل بار مورد نیاز تجهیزات را مشخص می کند.

2-4-2-2- سیستم های استندبای اختیاری در طراحی اولیه دیزل ژنراتور

اینگونه سیستم ها معمولاً در مکان هایی نصب می شود که امنیت مردم در مخاطره نیست اما قطع شدن برق سبب آسیب های اقتصادی یا بازده، وقفه در یک پروسه ی حساس، دردسر یا زحمت می شود. اینگونه سیستم ها معمولاً در مراکز داده، مزارع، ساختمان های صنعتی یا تجاری، یا ساختمان های مسکونی نصب می شوند. مالک سیستم اجازه ی انتخاب بار سیستم را دارد.

در اینگونه مصارف علاوه بر مولدهای جریان برق استندبای جهت تأمین برق در مواقع قطعی گهگاه از سیستم های تولید برق ثابت نیز استفاده می شود.

3-4-2-2- پرایم پاور در طراحی اولیه دیزل ژنراتور

تأسیسات پرایم پاور از مولدهای در سایت (ثابت) در نبود خطوط انتقال الکتریسیته استفاده می کند عموماً در محل هایی که خطوط انتقال قابل دسترس نیستند. یک سیستم پرایم پاور ساده حداقل از دو دستگاه مولد نیروی برق و یک سوئیچ انتقال برای جابه جایی زیر بار رفتن دستگاه ها استفاده می کند. یکی از دستگاه ها دائماً زیر بار است و دیگری به عنوان دستگاه جایگزین در صورت نقص یا تعمیر و نگهداری استفاده می شود.

یک زمان سنج تغییر دهنده درون سوئیچ انتقال، ژنراتور زیر بار را در فاصله های زمانی از پیش تعیین شده تغییر می دهد.

4-4-2-2- کاهش اوج مصرف (peak shaving) در طراحی اولیه دیزل ژنراتور

تأسیسات کاهش اوج مصرف از مولدهای در سایت (ثابت) برای کاهش استفاده از جریان الکتریسیته با هدف کاهش هزینه های انرژی الکتریکی بهره می برد. سیستم های کاهش اوج مصرف برای استارت و کار کردن در زمان های مقتضی نیاز به یک کنترل کننده دارد، هدف این سیستم ها برطرف کردن نیاز مصرف کننده در زمان اوج مصرف است. مولدهایی که برای اهداف استندبای نصب می شوند نیز همچنین ممکن است برای کاهش اوج مصرف به کار روند.

5-4-2-2- کاهش بهای انرژی (rate curtailment) در طراحی اولیه دیزل ژنراتور

تأسیساتی که در جهت کاهش بهای انرژی کار می کنند از مولدهای در سایت (ثابت) مطابق با توافقات انجام شده در مورد نرخ بهای انرژی الکتریکی با شبکه ی برق رسانی کابلی استفاده می کنند. در جهت مبادله ی انرژی، مصرف کننده توافق می کند که ژانراتورهای خود را با میزان بار (KW) مشخص در زمان مشخص استارت کرده و به شبکه برق بدهد. این میزان نباید از زمان مشخصی در سال تجاوز کند. تأسیسات استندبای نیز گهگاه برای این مقاصد استفاده می شوند.

6-4-2-2- تأسیسات تولید نیروی دائمی (Continuous base load) در طراحی اولیه دیزل ژنراتور

تأسیسات تولید نیروی دائمی از مولدهای در سایت (ثابت) برای تولید میزان ثابتی از نیرو (kw) عمدتاً از طریق ارتباط متقابل با شبکه ی برق رسانی کابلی استفاده می کنند. اینگونه تأسیسات معمولاً تحت مالکیت یا کنترل شبکه ی برق رسانی کابلی عمل می کنند.

7-4-2-2- تولید نیروی مشارکتی (co – Generation) در طراحی اولیه دیزل ژنراتور

در تولید نیروی مشارکتی اغلب از تأسیسات تولید نیروی دائمی استفاده می شود. به بیان ساده تولید نیروی مشارکتی استفاده کردن از هر دو تولید نیروی مستقیم و گرمای تلف شده برای جایگزینی انرژی تأمین شده توسط شبکه ی برق رسانی کابلی است. گرمای تلف شده گرفته می شود و یا مستقیماً استفاده می شود و یا تبدیل به الکتریسیته می شود.

جدول شماره 1- دسته بندی و انواع سیستم

شکل 1- نمودار یک خطی یک سیستم توزیع الکتریکی متداول

3-2- نمودار یک خطی در طراحی اولیه دیزل ژنراتور

یک نمودار سیستم الکتریکی یک خطی عنصر مهمی برای درک کردن سیستم و ترتیب اتصالات است. این نمودار به ویژه می تواند برای انتقال دادن اطلاعات مربوطه در زمان برنامه ریزی، نصب، استارت (شروع به کار دستگاه) و سرویس کردن دستگاه ضروری و حیاتی باشد.

اینگونه نمودارها اجزای اصلی همانند ژنراتورها، تجهیزات انتقال نیرو ، رله های محافظ، حفاظت در برابر جریان بیش از حد و شمای کلی اتصالات را به تصویر می کشند.

نمودار یک خطی باید در اولین فرصت ممکن در طول پروسه ی برنامه ریزی برای پروژه آماده شود تا به طراحی سیستم کمک کند. شکل 1 در صفحه ی ……….. نمونه ی متداولی از نمودار یک خطی از یک سیستم تولید نیروی ابتدایی است.

4-2- راهنمایی هایی برای دسته بندی (میزان) نیرو در دستگاه مولد برق در طراحی اولیه دیزل ژنراتور

دسته بندی های نیرو برای مولدهای جریان برق توسط سازنده ی مطابق با استاندارد ISO 8528انتشار می یابند. این دسته بندی ها حداکثر شرایط بار مجاز در یک دستگاه مولد نیرو را مشخص می کنند. در صورتی که ژنراتور بر طبق این دسته بندی ها مورد استفاده قرار گیرد عملکرد و عمر (زمان بین تعمیرات (اورهال ها)) قابل قبولی خواهد داشت. برای به دست آوردن دمای نرمال و احتراق مناسب سوخت مهم است که دستگاه مولد برق با حداقل بار قابل قبول برای سیستم کار کند. شرکت کامینز توصیه می کند که دستگاه مولد برق با حداقل 30% از توان نامی اش کار کند.

جداول ذیل انواع دسته بندی های نیروی مورد استفاده توسط مولدهای برق کامینز را توضیح می دهد شکل های 2 تا 5 سطوح بار (P1,P2,P3, etc) و زمانی را در سطوح بار (T1,T2,T3, etc) قابل قبول تحت دسته بندی های مختلف نشان می دهد.

1-4-2- درجه بندی توان (میزان نیرو) در ژنراتورهای استندبای در در طراحی اولیه دیزل ژنراتور

دسته بندی نیرو در ژنراتورهای استندبای برای تجهیزات تولید نیروی اضطراری در مواردی که نیرو برای زمانی مشخص از قطع برق تأمین می شود استفاده می شود. این گونه ژنراتورها توانایی کارکرد اورلود مداوم را ندارند.

این دسته بندی برای تجهیزاتی که توسط یک منبع قابل اعتماد نیرودهی می شوند کاربرد دارد.

این دسته بندی کاربرد دارد برای بارهای متغیر با ضریب بار متوسط 70 درصد در 24 ساعت و درجه بندی استندبای برای حداکثر 200 ساعت کارکرد در هر سال.در تجهیزاتی که عملکرد دستگاه از 200 ساعت در سال تجاوز کند از درجه بندی های پرایم پاور باید استفاده گردد.

درجه بندی استندبای تنها برای موارد اضطراری و در دستگاه های استندبای که ژنراتور به عنوان پشتیبان نیروی برق کابلی استفاده می شود کاربرد دارد.

هیچگونه عملکرد موازی مداوم در این درجه بندی ها مجاز نیست. برای تجهیزاتی که نیاز به عملکرد موازی و مداوم دارند استفاده از درجه بندی های پرایم پاور یا بار پایه (Base Load) توصیه می گردد.

2-4-2- درجه بندی توان دستگاه های پرایم در در طراحی اولیه دیزل ژنراتور

درجه بندی پرایم پاور برای تأمین نیروی الکتریکی در نبود نیروی الکتریکی کابلی کاربرد دارد.

میزان ساعت مجاز کار کرد در سال برای تجهیزات بار متغیر نامحدود است اما برای تجهیزات بار ثابت همانگونه که در پایین توضیح داده شده محدود می باشد (مطابق استاندارد ISO 8528)

1-2-4-2- توان دستگاه های پرایم با زمان کارکرد نامحدود در در طراحی اولیه دیزل ژنراتور

دستاه های پرایم پاور برای زیر بار بودن در سال برای ساعت های نامحدود با بار متغیر قابل استفاده است. تجهیزاتی که نیاز به هر گونه عملکرد موازی با بار ثابت دارند تابع محدودیت زمان کارکرد می باشند. در تجهیزات با بار متغیر میانگین ضریب بار نباید از 70 درصد درجه بندی (میزان) پرایم پاور تجاوز کند.

2-2-4-2- توان دستگاه های پرایم با زمان کار کرد محدود در در طراحی اولیه دیزل ژنراتور

پرایم پاور برای ساعت کارکرد محدودی در سال در تجهیزات بار ثابت همانند موارد وقفه، قطع بار، کاهش مصرف و کارکردهای (تجهیزات) دیگری که شامل عملکرد موازی می باشند قابل استفاده است.

زمان کارکرد کلی در پرایم پاورهای با زمان کارکرد محدود نباید از 500 ساعت در سال تجاوز کند. هر گونه تجهیزی که نیاز به عملکرد ژنراتور بیش از 500 ساعت در سال را دارد باید از ژنراتور Base Load(بار پایه) استفاده کند.

3-4-2- درجه بندی توان در دستگاه های بیس لود (بار پایه) (درجه بندی توان مداوم)

درجه بندی توان دستگاه های بیس لود برای تأمین توان مداوم و کارکرد دستگاه با توان 100% در طول مدت نامحدود قابل استفاده است.

دستگاه ها در این درجه بندی توانایی کارکرد با بار بیش از حد (اورلود) به مدت طولانی را ندارند. ژنراتورهای بیس لود به صورت موازی با منابع نیروی کاملی با میزان بار ثابت برای زمان طولانی عمل می کنند.

5-2- سایز بندی در  طراحی اولیه دیزل ژنراتور

ضروری است که جدولی از میزان بار مورد نیاز در اسرع وقت جهت برآورد میزان بودجه ی پروژه تهیه شود. اگر میزان بار تمامی دستگاه ها در ابتدا در پروژه مشخص نباشد می توان بارها را تا زمانی که اطلاعات دقیق تر به دست آید تخمین زد. بار موتورهای بزرگ، UPS (منابع تولید نیروی مداوم) ها، VDF (درایو فرکانس متغیر)ها، پمپ های آتش نشانی و تجهیزات تصویربرداری تشخیص پزشکی تأثیر قابل توجهی در سایزبندی ژنراتور دارند و باید به دقت بررسی شوند. مشخصات دقیق عملکرد گذرا، شیب ولتاژ و فرکانس و زمان های ریکاوری، در طی استارت موتور و پذیرش قطع بار نیز تأثیر قابل توجهی در سایزبندی دارند. فصل 3 در صفحه ی 23 در این منوال که مربوط به محاسبات سایزبندی و انواع اطلاعات مورد نیاز برای گونه های مختلف تجهیزات می باشد را ببینید.

برای تخمین های اولیه یک حساب سرانگشتی محتاطانه کفایت می کند:

موتورها – 2/1 اسب بخار در کیلووات.

(منبع تغذیه برای وقفه) UPS – 40% بزرگتر برای Ø1 و 6 پالس، یا 15% بزرگتر برای 6 پالس با فیلتر ورودی و 12 پالس UPS.

(درایو فرکانس متغیر) VFD – 100% بزرگتر، در صورتی که پهنای باند مدوله سازی شده باشد 40%  بزرگتر.

هنگام زیر بار بردن ژنراتور، تقسیم بارها به مراحل مجزا یا بلوک های بار می تواند تأثیر مطلوبی در سایر ژنراتور مورد نیاز داشته باشد. استفاده از سوئیچ های انتقال متعدد یا ابزارهای دیگر (رله های تأخیری، PLC و غیره…) ضروری است تا اجازه دهد ولتاژ و فرکانس ژنراتور بین مراحل ثابت شود.

بر طبق بار کل (معمولاً بالاتر از kw 500)، موازی کردن ژنراتورها سودمند خواهد بود.

اگر چه عملاً ممکن می باشد اما معمولاً از لحاظ اقتصادی معقول نیست که هنگامی که بار کل kw300 یا کمتر است ژنراتورها را موازی کنیم.

 طراحی اولیه دیزل ژنراتور