تأثیرات بار الکتریکی بر سایزبندی ژنراتور

تأثیرات بار الکتریکی بر سایزبندی ژنراتور

  1. تأثیرات بار الکتریکی بر سایزبندی ژنراتور

3-1- پیشگفتار

این بخش بر روی تأثیرات بار الکتریکی بر سایز بندی دستگاه مولد نیروی الکتریکی تمرکز دارد. اهمیت دارد که جدول دقیقی از میزان بار در فاز اولیه ی طراحی پروژه های تولید نیرو تهیه شود زیرا میزان بار مهم ترین فاکتور در سایزبندی ژنراتور می باشد. در صورتی که اطلاعات بار تمام تجهیزات در ابتدای پروژه مشخص نیست می توان سایزبندی را براساس تخمین بار انجام داد. این عمل سپس باید با محاسبه مجدد هنگامی که اطلاعات دقیق تر قابل دسترس شوند همراه شود. انواع بارهای مختلف از قبیل موتورها، UPS ها، VFD ها، ابزارهای تصویر برداری پزشکی و پمپ های آتش نشانی تأثیرات قابل توجه و متفاوتی در سایزبندی ژنراتوردارند.

2-3- کاربردها و درجه بندی وظایف

1-2-3- درجه بندی وظیفه دستگاه های مولد نیرو

تعیین میزان باری که باید توسط دستگاه مولد نیروی الکتریکی تأمین شود تابعی از نوع کاربرد و وظیفه ی تعیین شده می باشد. به طور عمده سه نوع وظیفه برای استفاده ی از دستگاه های مولد برق وجود دارد: استندبای، پرایم، کانتینیوس. این طبقه بندی ها در فصل 2 صفحه ی 5 تعریف شده اند. درجه بندی های دستگاه مولد برق بر طبق این سه نوع طبقه بندی متغیر است. دستگاه مولد نیرویی که در مصارف استندبای استفاده می شود عمدتاً به عنوان سیستم پشتیبان برق رسانی اصلی مورد استفاده قرار می گیرد و انتظار می رود که مداوماً مورد استفاده قرار گیرد، بنابراین درجه بندی استندبای بالاترین در بین مولدها است. از دستگاه های پرایم انتظار می رود تا برای زمانی نامحدود کار کنند و این نوع مولدها منبع اصلی نیرو برای بارهای مختلف می باشند، بنابراین درجه بندی پرایم معمولاً 90% درجه بندی استندبای می باشد. در کاربرد ژنراتورهای با وظیفه ی کانتینیوس، از دستگاه انتظار می رود تا خروجی برای ساعات نامحدود با میزان بار ثابت داشته باشد (کاربردهایی که در آن عمدتاً دستگاه به صورت موازی با یک سیستم برق رسانی دیگر و به صورت بیس لود (بار پایه) عمل می کند)، بنابراین درجه بندی کانتینیوس معمولاً در حدود 70% درجه بندی استندبای می باشد. ظرفیت حمل بار دستگاه ژنراتور تابعی از عمر مورد انتظار یا فواصل بین اورهال می باشد.

2-2-3- کاربردهای اجباری و اختیاری

اساساً کاربردهای دستگاه های مولد نیرو در دو گروه پایه طبقه بندی می شود، آن هایی که توسط کدها و ضوابط قانونی اجباری هستند و آن هایی که توجیهات اقتصادی دارند (معمولاً مرتبط با قابلیت دسترسی یا اعتماد). این طبقه بندی باعث ایجاد انتخاب هایی کاملاً متفاوت در هنگام تصمیم گیری در مورد میزان بار می شود.

1-2-2-3 ملزم شده از طریق قانون

این کاربردها معمولاً آن هایی هستند که معمولاً توسط افراد مسئول، استندبای اورژانسی یا قانوناً اجباری تشخیص داده می شوند و معمولاً در مواردی که امنیت یا حمایت جانی از اهمیت بالایی برخوردارند مورد استفاده هستند. این گونه از کاربردها ممکن است ذکر شوند در قوانین ساخت و ساز و یا قوانین مرتبط با امنیت جانی افراد و عموماً شامل تجهیزاتی همانند تجهیزات مراقبت سلامت (بیمارستان ها، کلینیک ها) سازه های مرتفع و مکان های تجمع (تئاترها، سالن های اجتماعات، مکان های ورزشی، هتل ها). معمولاً دستگاه ژنراتور نیروی پشتیبان برای بارهایی همانند چراغ های خروج اضطراری، تهویه، تشخیص حریق وسیستم های هشدار، آسانسورها، پمپ های آتش نشانی، سیستم های ارتباطی امنیت عمومی، و حتی پروسه های صنعتی که قطعی نیرو بر آن سپس به خطر افتادن جان افراد می شود تأمین می کند.

هنگامی که تشخیص داده می شود از دست دادن جریان برق معمول سبب به مخاطره انداختن یا دشوار ساختن عملیات نجات یا مقابله با آتش شود سیستم های قانونی مورد نیاز دیگری اجباری می شوند. برای تشخیص حداقل بار مورد نیاز که توسط ژنراتور تأمین می شود از مقام های مسئول محلی و استانداردهای مربوطه کمک بگیرید.

2-2-2-3- استندبای اختیاری

این نوع از تأسیسات به دلیل حیاتی تر شدن موضوع دسترسی به نیرو رایج تر شده است. اینگونه تأسیسات در ساختمان های تجاری و صنعتی معمولند و نیرو را در جهت مواردی از قبیل گرمایش، سرمایش، پروسه های رد و بدل داده و پروسه های حساس صنعتی تأمین می کنند. استفاده از ژنراتورها اغلب هنگامی که قطعی برق سبب اختلال در پروسه های حساس می شود قابل توجیه است.

3-2-2-3- پرایم و کانتینیوس

کاربرد دستگاه های ژنراتوری که وظایف پرایم و یا کانتینیوس دارند در کشورهای رو به رشد برای مصارف توزیع نیروی متنوع در حال شایع تر شدن است.

فرصت های بسیار زیادی برای مصرف کنندگان و نیز تنوع در دستگاه ها به وجود آمده. قوانین زیست محیطی سخت تر و تغییر و تفاوت در قوانین باعث شده تا منابع تولید نیرو در سدد تولید بارهای متنوع و توزیع متنوع نیرو برای پاسخ به نیازهای مختلفی از قبیل کاهش اوج مصرف و غیره برآیند. مصرف کنندگان منابع نیرو در حال استفاده از تولید نیروی در سایت برای اوج مصرف هستند و فرصت های بدست آمده در تولید نیروی اشتراکی را با هر دو هدف نیرو و گرما دنبال می کنند.

در هر صورت باید این مورد را مد نظر قرار داد که مولدهای نیروی الکتریکی در مقایسه با برق کابلی جزء کوچکی از سیستم تولید نیرو را تشکیل می دهند و خصوصیات تولید بار این ژنراتورها چنانچه سایز ژنراتور به درستی انتخاب نشده باشد تأثیر عمیقی در کیفیت توان تولیدی دارد. با توجه به این که دستگاه های تولید نیرو جزء کوچکی از سیستم تولید نیرو را تشکیل می دهند باید انتظار اختلال در ولتاژ و فرکانس را داشت.

به علاوه هنگامی که بارهای غیرخطی ای که تولید جریان های هارمونیک می کنند متصل شوند سبب اختلال ولتاژ خروجی می شوند.

این اختلالات هنگامی که از مولدهای برق استفاده می شود نسبت به زمانی که از جریان شبکه ی کابلی استفاده می شود بیشتر است و در صورتی که مورد بررسی قرار نگیرد سبب ایجاد گرمای اضافی در ژنراتور و تجهیزات بار می شود.

در نتیجه هنگام تأمین نیرو برای بارهای غیر خطی شبیه کامپیوترها UPS هاو VFD ها ژنرارتورهایی بزرگتر از ژنراتور مورد نیاز برای تأمین بار باید تهیه کرد تا از اختلالات ولتاژ و فرکانس جلوگیری شود و اختلالات هارمونیک کاهش داده شود. امروزه نرم افزارهای سایزبندی ژنراتور امکان انتخاب دقیق ژنراتور برای خرید سیستمی که به اندازه ی کافی برای نیازهای مشتریان بزرگ باشد و از نیازشان بزرگتر نباشد را می دهد.

اگر چه وجود این نرم افزارها (مثلاً Gensize شرکت کامینز) و کمک گرفتن از نماینده ی شرکت فروشنده به خوبی نیازهای مشتریان را مرتفع می کند اما آگاهی از پروسه ی انتخاب ژنراتور مطمعناً سودمند خواهد بود (ضمیمه ی A را ببینید)

علاوه بر میزان بار، فاکتورهای بسیار دیگری نیز در انتخاب سایر مناسب ژنراتور تأثیرگذار هستند: الزامات استارت بارها همانند موتورها و بارهای مکانیکی آن، عدم توازن بارهای تک فاز، بارهای غیر خطی همانند تجهیزاتUPS، محدودیت های افت ولتاژ، بارهای سیکلیک و غیره…

3-3- مفاهیم بارها

1-3-3- مقدمات استارت و زیر بار رفتن

نیروی مورد نیاز بسیاری از انواع بارها (تجهیزات) به صورت قابل توجهی در هنگام استارت بار (تجهیز) نسبت به حالت کار مداوم یکنواخت بیشتر است. (در اکثر بارهای (تجهیزات) موتوری که از نوعی از تجهیزات استارت نرمsoft starter استفاده نمی کنند). با این حال بارهای دیگر (بارهای غیر خطی همانند UPS ها کامپیوترها، VFDها و بارهای الکترونیک دیگر) باعث اختلافات بیش از حد ژنراتور می شود مگر اینکه ژنراتور با سایز بزرگتری برای تأمین نیروی مورد نظر استفاده شود.

تحت شرایط استارت یا عملکرد در حالت ماکزیمم بار، ناپایایی های ناگهانی بار می تواند سبب اختلاف فرکانس و ولتاژ مضر برای دستگاه های زیر بار شود این اختلاف ولتاژ و فرکانس در بعضی موارد می تواند آنچنان شدید باشد که از استارت موفق دستگاه جلوگیری کند. در حالی که بعضی از تجهیزات توانایی تحمل ناپایایی های کوتاه مدت ولتاژ و فرکانس را دارند، تجهیزات دیگری هستند که نسبت به این اختلالات حساسند.

در بعضی موارد تجهیز ممکن است دستگاه های کنترل محافظتی داشته باشد که باعث خاموش شدن تجهیز در این گونه شرایط شود. تأثیراتی شبیه کم سویی لامپ ها و یا از کار افتادن موقتی بالابرها اگر بحرانی نیست ولی حداقل سبب اختلال موقتی در عملکرد سیستم می شود. یک تجهیز تولید نیروی الکتریکی علی رغم نوع سیستم القا با توجه به نیروی موتور KWو ولت آمپر ژنراتور KVA ،منبع محدودی از انرژی محسوب می شود. به این دلیل تغییرات بار سبب ایجاد ناپایایی در ولتاژ و فرکانس می شود. شدت و طول این ناپایایی تأثیرپذیر از ویژگی های تجهیز و سایز ژنراتور می باشد. یک دستگاه مولد نیرو نسبت به منابع برق کابلی، منبعی با امپدانس (مقاومت ظاهری) نسبتاً بالا محسوب می شود. برای کسب اطلاعات بیشتر به فصل 4 ص 37 مراجعه کنید.

2-3-3- متصل کردن تجهیزات به صورت پله ای

در بسیاری از کاربردها توصیه می شود که تعداد تجهیزاتی که به ژنراتور متصل می شود و یا باید توسط نیروی تولید شده توسط ژنراتور استارت شود را محدود کرد. این تجهیزات عموماً به صورت پله ای به ژنراتور متصل می شوند تا نیازهای استارت و در نتیجه سایز ژنراتور مورد نیاز کاهش یابد. این عمل نیاز به تجهیزات کنترل بار و سوئیچ هایی برای انتقال بار ژنراتور دارد. معمولاً برای این هدف از سوئیچ های انتقال چندگانه استفاده می شود. برای متصل کردن تجهیزات در زمان های مختلف با استفاده از تنظیمات استاندارد زمان تأخیر انتقال می توان از سوئیچ های انتقال تکی تنظیم شده استفاده کرد.

وجود چند ثانیه تأخیر توصیه می شود تا به ژنراتور اجازه دهیم ولتاژ و فرکانس را ثابت کند.

این بدان معناست که تجهیزات اورژانسی باید قبل از بقیه تجهیزات به ژنراتور متصل شوند. تجهیزاتی که نیاز به نیروی استارت بیشتری دارند پس از آن متصل می شوند. تجهیزات UPS جزو آخرین تجهیزاتی هستند که به ژنراتور متصل می شوند. چون اینگونه تجهیزات از باطری استفاده می کنند.

با توجه به این پیش زمینه ابتدایی خصوصیات عملکرد تجهیزات در زیر توضیح داده می شود.