Generaatori valimine
 

DiiselGeneraatorid

 

Kuidas valida diiselgeneraatorit

Diiselgeneraatori valikul on reitingud ja kasutusala äärmiselt tähtsad, sest mõjutavad töö tõhusust. Liialt julgelt koormatud seade kulub kiiresti ja põhjustab planeerimatuid seisakuid. Samas liiga konservatiivne reitingute kasutamine ei anna loodetud tulu või lihtsalt raiskate liigselt raha seadme soetamisele.

Planeerides diiselgeneraatorit uuele või olemasolevale elektripaigaldisele, peate leidma vastused järgmistele küsimustele enne kui generaatorit valima hakkate:

•Milline on keskmine koormus kui kõik seadmed töötavad?

•Milline on maksimum ja hetkeline koormus (elektrimootorite start, UPS seadmete kõrgemad harmoonilised jne.)?

•Milline on tüüpiline koormuse muutuste vahemik?

•Mitu tundi reaalselt diiselgeneraator aastas töötab?

•Kas diiselgeneraator töötab isoleerituna võrgust või paralleelselt võrguga või ajutises paralleeltöös võrguga?

•Millised on minu hooldus ja/või tegutsemisplaanid pikemaajalise elektrikatkestuse korral (kütuse varud ja varuosade komplektid)?


Meil kasutatavad reitingud on põhiliselt PRP (pidevtöö võimsus) ja ESP (avariitöö võimsus). Kuna üks ja seesama diiselgeneraator võib olla erinevate reitingutega toon siinkohal ühe lihtsa näite. Diiselgeneraator reitinguga PRP 100kVA/80kW on täpselt seesama seade ESP reitingu alusel 110kVA/88kW. Diiselgeneraatorite mudeli markeeringutes kasutatakse levinult ESP reitingu näivvõimsuse numbrit (eelneva näite puhul J110, TH110 jne.), sest muidugi suurem number on ilusam. Vastavalt ISO8528-1 määrusele on selles tähistuses välja loetavaks võimsusteguriks 0,8. Kuna aktiivvõimsus võetakse ennekõige mootori väntvõllilt, siis võimsusteguri viimise 1 juurde ei tõsta diiselgeneraatori aktiivvõimsuse näitu vaid langetab näivvõimsuse - 100kVA/80kW masina näivvõimsuseks cos phi 0.8 korral saab 80kVA/80kW!


Nüüd oleme diiselgeneraatori valikul jõudnud sinamaani, kus loeme kokku oma elektripaigaldises olevad koormused, otsustame kas ühendame kogu majatäie diiselgeneraatori järele või loome nn. garanteeritud toite sektsiooni. Kõigepealt saame korraliku tabelitäie seadmeid mis oma olemuselt on erinevad – elektrimootorid, UPS seadmed, valgustused (hõõglamp, päevavalgus, säästu, LED jne.), liftid, konditsioneerid ja külmamasinad. Loetelu võib tulla pikk aga koormuste iseloom on tark üles tähendada! Erinevad koormused mõjutavad diiselgeneraatorit erinevalt ja hoidku jumal selle eest kui diiselgeneraatori liiga väikese valime. Teisalt liiga suurt valides tuleb tagasilöök aasta paari pärast rahastajalt, kes tahab vastust küsimusele – soetasime 500kW generaatori aga miks koormus pole kunagi üle 200kW olnud? Ja nüüd näited generaatori õigeks valikuks ning viimasele küsimusele targalt vastamiseks.


Esimene tõde on selles, et mitte ükski diiselgeneraator ei suuda nimiparameetrite piires püsida või veel halvem koormuse tõuget taluda, mida väljendab väljasuremise näol, kui tühijooksult lülitada peale suurem koormus kui 60-65% diiselgeneraatori nimivõimsusest. Eriti kehtib see staatiliste koormuste kohta nagu kütteseadmed, kus võimsustegur on 1 ja koormus jääb peale lülitust samaks, elektrimootorite käivitamisest veidi hiljem. Pinge ja sageduse lang on liialt suur, et automaatikaseadmed normaalselt funktsioneeriksid. Siin on abi, kui lülitame osa koormust peale katkestust generaatorile viivitusega 30 sekundit. Miks ka mitte peale võrgutoite taastumist sama viivitusega.


UPS seadmed töötavad generaatoriga suurepäraselt, kui arvestatakse nende poolt tagasi peegelduvate paaritute harmoonilistega, eriti 5 ja 7. Harmoonilised segavad generaatori pingeregulaatori tööd ning generaatori väljundpinge siinuse kuju läheb pisut “karvaseks”. Generaator võib ise rõõmsalt edasi töötada aga UPS ei ole võimeline sünkroniseerima oma väljundit sisendiga üle bypass ahela, põhjus on üsna lihtne. Harmoonilised tekitavad enne ja pärast siinuse tippe sisse sakid, mis ossillogrammilt näevad välja nagu väikesed sarved. UPS ei saa enam aru kuskohas on siinuse tipp ja ei lähe laadimisreziimile. Lahendusi on siin paar ja nende koos rakendamisel saame kvaliteetse väljundpinge diiselgeneraatorist:

•Kasutame sõltumatut ergutust tavalise klassikalise SHUNT ergutuse asemel. Vanem lahendus on PMG ergutus ehk. püsimagnet ergutus, kus ergutusvool toodetakse generaatori võlli otsa ühendatud pisikesest püsimagnetitega generaatorist. PMG ergutust saab enamasti lisada hiljem. AREP ergutus lahendatakse generaatori staatorisse keritud lisamähistega. Mõlemad on võrdselt head, PMG pisut kallim ja rohkem detaile, AREP odavam aga generaator peab olema kohe selline valmistatud. Sõltumatu ergutus süsteem ei ole kõrgematest harmoonilistest niipalju mõjutatud ja kasutab generaatori väljundpinget ainult hinnangulise näidu saamiseks erinevalt SHUNT ergutusest.

•Harmoonilised sumbuvad paremini generaatori mähistesse kui valida suurem generaator. Siinjuures on rusikareegliks, et generaator peab olema 1,4 korda suurem UPS seadmest. Jah me võime kogu seadet 40% üle dimensioneerida aga probleem pole mitte kuidagi mootoris, vaid generaatori mähiste massis. Seega võime hea tulemuse saavutada pelgalt elektrigeneraatori suurendamisega?! 40% üledimensioneering samas ei õnnestu nii lihtsalt, sest nagu suurest mootorist tuleb suurem võimsus ja väiksest väiksem, sama elektrigeneraatoriga, ei sobi väiksema mootori hooratta koda lõputult suure generaatori ühenduskojaga kokku. Kui füüsiliselt selle lahendaksime, siis jääb oht, et liialt suure väändemomendi rakendumisel võib puruneda mootori väntvõll. Reaalselt on võimalik suurendada generaatorit mootori otsas kuni 20% ja kui suurendame diiselmootorit samuti 20% on soovitud tulemus olemas.

Erinevatel võimsustel võib selline üledimensioneering koos ergutuse vahetusega anda seadme valikul hinnavõitu 5-10% selle asemel, et lihtsalt kogu seadet suurendada 40%!


Teine probleemne koormus on loomulikult elektrimootor, kus lühisrootoriga asünkroonmootori käivitusvool on 6-7xIn. Kas peaksime siin samuti diiselgeneraatori 6-7 korda üle dimensioneerima? EI ja JA!

Kui kasutame tavalist SHUNT ergutust siis tõepoolest pole viimane võimeline suuremaks ülekoormuseks ja generaatori sageduse ning pingelang on liialt suured. Enda praktikast olen näinud, kus pumpla mootori käivitusel pingelangu tõttu kukkus lahti solenoidkontaktor ja mootori kasutamine polnud generaatoriga võimalik, siin piisas ainult PMG ergutuse lisamisest. Sõltumatu ergutus pole hea ainult harmooniliste mõju vähendamiseks vaid ka ergutusvoolu hetkeliseks kiireks tõstmiseks. Kui kastuame PMG või AREP ergutust võime hetkeliselt ülekoormata generaatorit 2-3 korda! Elektrimootorite käivitusel on sõltuvad nii diiselmootor kui elektrigeneraator ja kui ergutuse parendamisel saame 2-3 korda hetkelise ülekoormuse siis jääb käivitusvool ikka 6-7 kordseks. Aga me ei pea enam diiselgeneraatorit suurendama 6-7 korda, vaid selleks järgmiseks kordajaks on 2,5! Kuidas teha valikut, kui meil on mitme elektrimootori käivitus ja milline on raskeim võimalik olukord.

Siinkohal toon näite kui on kasutusel mitu elektrimootorit ja näiteks on need peale selle veel tulekaitse seadmed (sprinkler, rõhutõste pumbad, suitsuärastus jne.) 10kW+30kW+20kW. Raskeim käivitus on juhul kui 10 ja 20kW mootorid juba käivad ning lisandub 30kW. Juba käiv elektrimootor(id) pole probleemiks ja kordajat rakendame ainult viimase puhul:

10+20+2,5x30= 105kW, nagu mäletame oli võimsustegur diiselgeneraatorite puhul 0,8 ja seega vajame seadet mille näivvõimsus on 131,25kVA.

NB! Viidatud koefitsendid kehtivad ainult PRP reitingu seadmele, ESP reitingu  seadme mudel peaks meie arvutuse kohaselt olema 10% suurem – 144,375kVA


Seadme võimsus on meil käes ja on jäänud veel paar küsimust. Järgmiseks, kui kaua peaks meie diiselgeneraator ilma tankimata töötama, ehk kütusekogus? Selle, palju üks või teine diiselgeneraator tunnis kütust tarbib, saab igalt diiselgeneraatori müüalt ilma suurema pinnimiseta teada. Nagu eelpool kirjutasin, enamasti jääb koormus 70% ümber seadme nimivõimsusest ja kütusekogus on tark plaanida seadme tööks 75% koormusel. Tulekaitse seadmetel piisab kui kütust jagub 3-5h, peale seda on kas kõik hästi või liiga hilja. Meil tohib diiselgeneraatoriga ühte ruumi paigutada kuni 3000L diiselkütust, suurema koguse ladustamisel vajame eraldi tuletõkke tsooni või juba maa-alust kütusemahutit.


Eanmjagu infot on koos ja nüüd on põhiline küsimus kas diiselgeneraator hoonesse või mürasummutava/ilmastikukindla konteineriga õue või sootuks eraldi maja? Diiselgeneraatori konteinerid on juba tootjate poolt tehtud nii, et nende töö oleks igati tagatud seal konteineris. Kui paigutame diiselgeneraatori hoonesse sisse või ehitame selleks eraldi hoone peame aru saama ja arhitektile selgeks tegema, et diiselgeneraator pole ainult seade kus paned ühest otsast kütuse sisse ja teisest tuleb elekter. Kaasnähtused on veel:

•Müra – enamus generaatoreid tekitab enda kõrval 1m kauguselt mõõdetuna müra 100-110dB(A)!

•Heitgaas – heitgaasi temperatuur võib küündida kuni 650°C ja see haiseb!

•Kiirgatav soojus – mis tahab diiselgeneraatori ruumist väljaviimist ja see eeldab suurt õhukogust, suuri ventilatsiooniavasid!

•Vibratsioon – kiirgub ehituskonstruktsioonidesse!



Sise ja välise paigalduse plussid ja miinused:


Sisepaigaldus:

+ Diiselgeneraator ei ole eraldi rajatis, puudub oht vandaalide poolt, lihtsam seisusoojendus, lühemad kaabliteed (enamasti), kütus ladustatakse soojas ruumis ja ei pea tingimata kasutama talvist diiselkütust

- Mootori müra ja vibratsioon on hoones sees (võime vajada eraldi kulutusi müraisolatsiooniks ja vibratsiooni isoleerimiseks), heitgaaside normidekohaseks ärajuhtimiseks peame ehitama pikad torustikud, jahutus õhu sisse ja välja juhtimiseks peame tegema suured avad konstruktsioonidesse


Välispaigaldus konteineriga:

+ Müra ja vibratsioon on hoonest välja viidud, seadme konteiner on juba müraisolatsiooniga, heitgaasi torustikud minimaalsed

- Vandalismioht, eraldi rajatis krundil, kogu seadme töökindluse tagamiseks vajame lisa kütteid, diiselkütuse ladustamine o
n piiratud konteineris sees, talvel kindlasti kasutada talvist diiselkütust


Erilahendusena on väga hea kasutada samuti konteineriga hoonesse sisse paigaldust, mis annab tihtipeale suurepäraseid müraisolatsiooni tulemusi!


Kui seadme paigalduskoht on selgunud, jääb üle vaid otsustada, kuidas lahendatakse koormuste ümberlülimine elektrikatkestuse korral ja hiljem võrgupinge taastumisel tagasi lülitus.

Klassikaline lahendus on elektrilise ja mehhaanilise blokeeringuga RLA lülituse kasutamine, kus välistatakse võrgu ja generaatori pingete kokkusattumine. Diiselgeneraator käivitub pärast võrgutoite katkestust seatud viite järel (tavaliselt 5sek.), stabiliseerib oma pinge ja sageduse ning koormus lülitatakse generaatorile. Keskeltläbi jääb selle nö. elektrita oleku pikkuseks alla 15 sekundi. Võrgupinge taastumisel viide veendumaks kas võrk on püsivalt tagasi (tavaliselt 1 minut), lülitatakse koormus generaatorilt väikese katkestusega üle võrgutoitele ja diiselgeneraator seiskub pärast järeljahutuse perioodi – 3 minutit.

Enam ja enam leiab kasutust ajutine paralleeltöö võrguga, kus võrgupinge taastumisel sünkroniseeritakse generaatori ja võrgu pinged omavahel, minnakse 10 sekundiks paralleeltööle võrguga ning kantakse koormus 10 sekundi jooksul üle sujuvalt võrku. Sellisel lahendusel teist katkestust ei teki ja samuti pole voolutõuget võrgule. Lahendus on mõistlik paigaldada diiselgeneraatoritele 200kW või suuremad, väikeste masinate puhul läheb selline lisavarustus ebaproportsionaalselt kalliks. Milleks sellist paralleeltöö funktsionaalsust lisada, kas ainult selle ühe katkestuse vältimiseks? Vastus peitub hoopis seadme korralise hoolduses ja igakuistes proovikäivitustes mida tuleb teha korraliselt iga kuu ja kindlasti koormusega. Selline ettekirjutus on kõikide mootoritootjate poolt ja vastupidist väita on äärmiselt lühinägelik aga sellest hiljem hoolduse ning käidukorralduse teemas. Ajutiseks paralleeltööks mõeldud diiselgeneraatori testimine ei tekita tarbija elektrivarustusse katkestusi ja kuna koormus võetakse generaatorile peale ning antakse ära sujuvalt siis ei tekita me sellega samuti tõuget elektrivõrku.


Ajutise paralleeltöö korral peame teadma järgmisi fakte:

•Diiselgeneraator mis on suurem kui 1000kW ja kasvõi 10 sekundilises ajutises paralleeltöös elektrivõrguga, klassifitseerub võrgueeskirja järgi elektri tootmise seadmeks ja sellele kehtivad kõik tootmisseadmetele kehtestatud nõuded – liitumine nagu elektritootja, kõik tehnilised kooskõlastused ja andmeedastuste väljaehitus. Seadmel mis on väiksemad kui 1000kW, elektritootja liitumist ei vaja aga peavad täitma vähemalt järgmised nõuded...

•Diiselgeneraatoril peavad olema järgmised kaitsed paralleeltöö ajal võrgukatkestuse puhuks katkestuse detekteerimise ja väljalülitamisega 200 msek. jooksul: ANSI 21 - Minimum of impedance;
ANSI 78 – ROCOF (Rate of change of frequency) ja Vector Shift

•Ajutise paralleeltöö seade ei tohi paralleeltöö ajal anda toodetavat võimsust võrku.


Enne kui generaatori paigaldamisega pihta hakkame, teeme selgeks millist infot soovime seadmelt saada, hindamaks tema võimekust meid teenida katkestuse korral. Kindlasti saab kaasaegsematest seadmetest sadu staatusi ja veateateid välja saata üle MODBUS või sarnase ühenduse aga kas soovime hooneautomaatika arvutis pisimagi elektrikatkestuse korral vaadata seda kõike jooksmas nagu Braveheart filmi lõputiitreid või veel hullem sms kujul käidukorraldaja mobiiltelefonis!?

Mõistlik on edastada põhilised staatused ja teated mida siinkohal kirjeldan:

•Generaatori üldviga/üldhäire – veateated summeeruvad kõik sinna alla ja pole vahet mis viga seal on, minema peab nagunii!

•Generaator töötab – mõistlik info teadmaks kunas see protsess algas ja lõppes!

•Generaator ei ole “auto” positsioonis – diiselgeneraator võib olla parimas konditsioonis, tangitud ja hooldatud aga ilma selle positsioonita ise käima ei lähe!

Samu signaale on vajatakse nagunii ka ATS paneelis! Soovituslik on lisada mootoriploki madala temperatuuri alarm ja akulaadija rikke alarm, kui need ei sisaldu üldalarmis!



Käivituse hõlbustamine ja tagamine

Et diiselgeneraator kergelt käivituks ja rõõmsalt koormusega töötaks peab ta olema laetud akuga, täis paagiga ja sooja mootoriga. Selleks vajame me avarii diiselgeneraatoril vähemalt:

•Elektrilist akulaadijat mis staatiliselt laeb akut kuni mootor ise ei käi

•Mootori jahutussärgi soojendust, et käivitada mootor ja kohe samuti koormata. Soovituslikult suuremate masinate puhul koos tsirkulatsioonipumbaga

•Kütusemahuti täitmine on seadme väline tegevus aga kütusenivoo madala taseme näit oleks vähim mis hooneautomaatika ja käidukorraldaja peaksid saama

Vastavalt paigaldustingimustele, eriti konteineriga väljas, kui on oht järskudele temperatuuri muutustele:

•Generaatori mähiste küte, vältimaks kondensaadi teket rootorisse ja staatorisse

•Juhtpaneeli ja elektrikilbi küte, vältimaks kondensaadi teket

•Kütuse soojendus, vältimaks kütuse hangumist eriti madalatel temperatuuridel