Дизелови генератори

съвременни решения

Прекъсвания в електрозахранването са проблем в много населени места, включително и големите градове. Ако в един момент токът спре, това ще обърка почти всичко в ежедневието ни, в работата на институциите, бизнеса, производството, развлекателните и търговските центрове. Още по-сериозен е въпросът с поддържане работата на медицинско оборудване и производства с непрекъснати процеси в случай на авария на електропровод, например. За да се справите с такова предизвикателство, е достатъчно само закупуването на генератор. Днес се предлагат различни генератори, но най-голямо е търсенето на дизеловите. Те се използват както за резервно електрозахранване в случаи на несигурни доставки от мрежата, така и за автономно захранване на консуматори. Типични обекти за приложението им са обществени и административни сгради, хотели, болници, банки, заводи, магазини и други.

Дизел генераторите са разработени отдавна, но в миналото обхватът на използването им е ограничен във военната сфера, спешната помощ и комуналните услуги. Постепенно дизеловите генератори придобиха голяма популярност и се превърнаха в част от оборудването за обществени сгради, болници, супермаркети и развлекателни центрове. Днес почти всички подобни обекти имат дизелови генератори, особено ако често се случват прекъсвания на електрозахранването, които иначе биха довели до нежелани последствия – риск за здравето, загуба на информация и средства, нарушаване на процесите на работа. Благодарение на дизеловите генератори всичко това може да се избегне.

Производителите на дизел генератори непрекъснато работят върху нови модели, така че на пазара има широка гама от решения с различни възможности, които се актуализират постоянно. Основен фактор при избора на дизелова генераторна система е дали ще се използва като резервен или като основен източник на електроенергия. Резервният (аварийният) генератор се включва само при проблем с основното електрозахранване, а основният е единствен (постоянен) източник на електроенергия и може да работи неограничен брой часове в годината, съгласно ISO 8528-1, за да осигури обекти далече от градската инфраструктура и електроразпределителната система.

Принцип на работа и основни компоненти
Съвременните дизелови генератори (дизелови електроагрегати/електростанции) представляват стационарни или мобилни единици, които произвеждат електричество. Те превръщат механичната енергия от въртене на вала на дизелов двигател в електрическа енергия, която може да се използва в обществени, жилищни и производствени сгради. Принципът на работа на дизелов генератор може да се опише кратко по следния начин:

Енергията на разширяване на газовете, образуващи се при възпламеняване на сгъстено гориво в цилиндрите на дизеловия двигател, се превръща в механична енергия на въртене на коляновия вал. Роторът на генератора, задвижван от вала на двигателя, въртейки се, създава електромагнитно поле - ЕДН (електродвижещо напрежение). ЕДН формира изходно напрежение на статора, което се стабилизира и се подава за потребление на електроенергия.

Към основните компоненти на дизеловите генератори се отнасят: дизелов двигател със система за обезпечаване на работата му (охлаждане, подаване на гориво и въздух); синхронен или асинхронен генератор на променлив ток – алтернатор; четиристранна рамка за закрепване на генератора; кожух или контейнер (при затворените модели), изпълняващ функцията на защита от външни въздействия и система за автоматично управление. Генераторите, предназначени за резервен източник на електроенергия допълнително се оборудват с АВР табло (осигуряващо автоматично включване на резервното захранване). АВР таблото има прекъсвачи и електронен компонент, който по предварително зададени данни следи мрежата, и при възникване на необходимост, прехвърля захранването от резервния източник. Всички генераторни системи имат токов прекъсвач (байпас), който защитава генератора от късо съединение и дисбаланс в системата.

Двигатели, използвани в дизеловите генератори
Основните различия при дизеловите двигатели са свързани с тяхната мощност, размери, охладителни системи и системи за подаване на въздух. В зависимост от метода на охлаждане биват с въздушно и с течно охлаждане. Въздушно охлаждане се използва обикновено в дизелови генератори с малка мощност. Подаването на въздуха може да е без или с турбокомпресор, който сгъстява въздуха в горивната камера на двигателя. При охлаждането с течност се използват вода и антифриз. Обикновено въздушно охлажданите двигатели изискват по-голям обем въздух и са по-шумни, докато охлаждането с течност обезпечава по-безшумна работа, при по-голям диапазон на околната температура.

Двигателите с въздушно охлаждане се използват главно в генератори, които играят ролята на авариен източник на захранване. За разлика от тях двигателите с водно охлаждане имат по-голям ресурс за работа и могат да работят без прекъсване дълго време, така че се използват в генератори както за резервно, така и за основно електрозахранване. В сравнение с бензиновите, дизеловите двигатели се отличават с по-ниска цена и разход на гориво, по-голяма пожаробезопасност и по-дълъг живот. Тези фактори са особено важни в случаи на дългосрочна употреба на генератора, когато се използва като основен източник на електроенергия или при продължителното му използване като резервно електрозахранване.

Основни производители на дизелови двигатели са Cummins (САЩ)), Deutz (Германия), Kubota (Япония), Volvo (Швеция), Yanmar (Япония), Perkins (Англия), Iveco (Италия), Mitsubishi (Япония), Lombardini (Италия) и Doosan (Корея). При избора имайте предвид, че в качеството на основни източници на електроенергия следва да се използват само нискооборотни двигатели (1500об/мин), а за резервни генератори се използват както високооборотни (3000об/мин), така и нискооборотни дизелови двигатели.

Видове дизелови генератори
Генераторите за променлив ток (алтернатори) се използват за преобразуване на механичната ротационна енергия в електрическа. Има два вида генератори – синхронни и асинхронни. Най-широко използвани в практиката са синхронните генератори. Те са по-сложни, но имат по-високо качество на електроенергията и издържат моментни претоварвания, докато асинхронните са конструктивно по-прости, но за тях трябва да се предвиди запас от мощност при пикови претоварвания, например в момент на стартиране на двигателя, когато консумираната моментна мощност е няколко пъти по-голяма от работната.

Генераторите могат да бъдат еднофазни (220V) или трифазни (380V). Изборът зависи от областта на приложение и какви електрически прибори ще се включват като консуматори. Към еднофазни генератори могат да се включват монофазни консуматори. Те могат да се включат и към трифазни генератори, ако имат съответните контакти на приборния панел. Трифазни консуматори се включват към трифазни генератори.

В повечето случаи мощността на еднофазните дизелови генератори се намира в диапазона от 5 до 16кВт. По-мощните дизелови електростанции обикновено произвеждат трифазно напрежение. Отличителна черта при трифазните дизелови генератори е необходимостта от равномерно натоварване на трите фази. Ако товарът върху едната фаза е по-голям или по-малък от този на останалите, възниква изкривяване на фазите. Затова разликите в натоварване на фазите не трябва да надвишават 10-15%.

Дизеловите генератори се различават и според степента на защита от околната среда, която се изразява с индекса IP (International Protection Rating), съдържащ 2 или 3 цифри. Първата цифра показва защита от твърди предмети, втората – защита от течности, а третата – от механични въздействия. Ако на мястото на една от цифрите има Х, това означава че генераторът няма защита за дадения клас. При първата цифра 1 е защита от твърди предмети до 50mm и докосване; 2 – защита от твърди предмети до 12mm и докосване; 3 – защита от твърди предмети над 2.5mm; 4 – защита от твърди предмети над 1mm; 5 – ограничена защита от прах и 6 – пълна защита от прах. Значенията на втората цифра са както следва: 1 – защита от вертикално падащи капки; 2 – защита от пръскане на капки до 15о; 3 – защита от пръскане на капки под ъгъл до 60о; 4 – защита от впръскване на вода, с възможно ограничено проникване; 5 - защита от струи вода с ниско налягане във всички посоки, с ограничено проникване; 6 – защита от временно наводняване. Третата цифра обикновено се пропуска, защото не се изисква от IEC 60529 (степен на защита от обвивката). При нея 1 означава защита от въздействие на 0.225 джаула (например 150гр, падащи от 15cm височина); 2 – 0.375 джаула и до 6 защитата се увеличава до 20 джаула.

Сред популярните марки дизелови генератори на световния и нашия пазар са: FG Wilson, RID, Cummins, Genpower, Caterpillar, KJ Power, Ayerbe, Visa, Fogo, Aksa, Kipor, Firman, Vitolux, Gucbur и други.

Избор на мощност
Правилният избор на мощност на дизеловия генератор е много важен момент. В крайна сметка от него зависи цената на оборудването. За да знаете с каква мощност трябва да е генераторната ви система, трябва да се изчисли общата мощност на всички товари, които могат да се включат едновременно. За всеки един от тях тази информация се намира в техническия паспорт. За да се осигури равномерно натоварване на двигателя, мощността му трябва да е с 20-30% по-голяма от общата мощност на консуматорите. Това се дължи на факта, че оборудването не трябва да работи продължително на максималния предел на мощността си, защото това ще намали срока на експлоатация на двигателя.

За оптимален режим на работа се счита натоварване от 35-75% от мощността. Негативно се отразява не само по-ниска, но и по-голяма от необходимата мощност. Специалистите препоръчват системата да не работи продължително при натоварване по-малко от 25% от капацитета, защото и това се отразява неблагоприятно на работата на системата. Допълнителен фактор, който може да повлияе на мощността на дизеловите генератори са климатичните условия. Всяка система е разчетена за определени условия, при които изходната мощност е 100%. С повишаване на температурата, влажността и надморската височина мощността на генератора намалява. Малките преносими дизелови генератори обикновено са с мощност 3-10kW и се използват като временни източници на електроенергия, за не повече от 8 часа. По-мощните системи, разчетени за по-дълга непрекъсната експлоатация, са с мощности от 10 до 3000kW.

Място за монтаж и особености в конструкцията
При стационарните дизелови генератори има два варианта за монтаж – на открито и на закрито. В зависимост от това агрегатите са отворени и затворени в корпус (кожух). Отворените генератори се монтират в помещения с подходящата вентилация. Тя трябва да осигурява като студен въздух отвън за охлаждане на генератора, така и да отвежда топлия въздух навън. Затворените модели са защитени от метеорологичните условия и имат шумоизолация. Те са подходящи за монтаж навън. Моделите, които са за външен монтаж и се експлоатират и при ниски температури, имат нагревател на охлаждащата течност за осигуряване на „топъл старт” при зимни условия.

Плюсове и минуси на дизеловите генератори
Дизел генераторите имат много предимства. Тяхната ефективност е с 36% по-висока от тази на бензиновите. Дизеловото гориво се изпарява бавно и намалява риска от пожар. Освен това то е и по-евтино от бензина, което се отразява благоприятно върху експлоатационните разходи. Когато се използва дизелов генератор, се отделят по-малко токсични газове. Отработените газове на дизелов генератор съдържат по-малко въглероден оксид от тези от бензинов генератор, и следователно употребата му е по-малко вредна за околната среда и човешкото здраве. Дизеловите генератори се отличават и с висока горивна икономичност и висок въртящ момент при ниска честота на въртене. Тази функция не само подобрява ефективността, но също така прави генератора по-надежден и мощен.

Като минус за дизеловите двигатели можа да се посочи, че са по-тежки и шумни от бензиновите при еднаква мощност. Ако дизеловото гориво не е достатъчно качествено, т.е. има примеси частици или вода, то това веднага се отразява на работата на дизеловите генератори. Техните двигатели са чувствителни към състава на горивата, и следователно трябва да работят с гориво с добро качество. В противен случай спестените средства за гориво, ще отидат за ремонт или замяна на оборудването.



Алтернативно захранване с UPS

При необходимост от непрекъснато токоподаване, освен използването на дизел-генератори, захранването може да се осигури от UPS (Uninterruptible power supply).

UPS могат да използват постоянен или променлив ток, като ние ще разгледаме основно вторите, защото масовото електрозахранване е с променлив ток.

Първите електрически UPS за променлив ток са използвали релета за накъсване и индуктивности за трансформиране на енергията от акумулаторни батерии (АКБ) или сухи батерии в променлив ток. След това се използват електронни лампи, тиристори, триаци и транзистори. Въвеждането на микропроцесорите (МП) и микроконтролерите (МК) даде възможност да се изградят модулни UPS с транзистори. При тях има резервни модули, които винаги са включени и, ако някои работещ модул се повреди, те поемат неговия товар. Освен това е възможна и подмяна на модули и на блокове от батерии докато UPS работи. Мощните UPS с тиристори или триаци все още се използват, но разработването на много мощни транзистори и то по няколко в един корпус доведе до все по-голямата интеграция и при мощните UPS.

Видове UPS:
Резервните непрекъсваеми захранвания (РНЗ) са може би най-простите НЗ. При тях комутацията от основно към акумулаторно захранване може да се извършва както ръчно, така и автоматично чрез електронен или електромеханичен ключ. Те предлагат само основни функции, осигуряват защита на товара от по-високи и по-ниски входни напрежения, дозареждат батерията и превключват товара към батерията или към мрежовото захранване в зависимост от предварително определени условия.

Ферорезонансните РНЗ имат вграден ферорезонансен трансформатор или авто-трансформатор, който съхранява известно количество енергия и придава необходимата форма на изходното напрежение по време на превключването. Тези РНЗ също се прилагат рядко на ниво стандартни UPS системи.

Електромеханичните UPS, наричани още ротационни UPS или UPS с маховик, използват мотор-генератор и маховик, за да съхранят енергия за определено времe. Изпълнението може да е много различно при различните производители. Тези НЗ се прилагат главно при големи мощности, например от 125kW или по-високи.

Интерактивните UPS, наричани още линейно-интерактивни UPS или непрекъсваеми захранвания с автотрансформаторна стабилизация на входното напрежение, имат допълнителни функции в сравнение със стандартните резервни захранвания, като по-ефективна филтрация на входното и изходното напрежение и най-важното - следят (измерват) входното напрежение и посредством автотрансформатор, регулират на стъпки изходното напрежение, така че промените на входа да се отразяват с намалена сила на изхода.

Стандартните UPS, използващи горивни клетки (Fuel cells), са много видове, защото и горивните клетки са много видове. Горивната клетка е електрохимично устройство, което преобразува химическата енергия на окисляването на дадено гориво в електрическа енергия. Тя е проектирана за непрекъснато подаване на два реактанта. Химическата реакция между тях води до произвеждане на електричество. Клетката произвежда електричество, докато в нея постъпват реактанти. Реактантите могат да бъдат водород, подаван на анода на клетката и кислород подаван на катода на клетката, но има и други двойки реактанти. Горивните клетки не могат да складират енергия, но могат да я произвеждат непрекъснато, докато в тях се подават реактанти.