Generatory

Fot. Generac Power Systems

W odniesieniu do obiektu, w którym przepisy nie wymagają zastosowania zapasowego źródła zasilania w postaci agregatu prądotwórczego, konieczne jest przeprowadzenie analizy kosztów własnych, zwrotu z inwestycji oraz cyklu życia (life cycle analysis – LCCA) w celu określenia, jaki typ systemu zasilania awaryjnego będzie najbardziej wydajny i odpowiedni. Jeśli analiza pokaże, że akumulatorowe zasilanie awaryjne jest kłopotliwe lub kosztowne w utrzymaniu, najlepszą opcją będzie instalacja generatora.

Urządzenie to także wymaga konserwacji i okresowego uruchamiania, jednak – w odróżnieniu od pojedynczych akumulatorów lub systemów baterii akumulatorów  – nie musi być wymieniane co kilka lat.

W niektórych obiektach, np. centrach przetwarzania danych, źródło nieprzerwanego zasilania (uninterruptable power supply – UPS), które wykorzystuje koło zamachowe lub baterię akumulatorów, może także okazać się niezbędne do eliminacji krótkotrwałej przerwy w zasilaniu – od chwili zaniku zasilania podstawowego do chwili, gdy agregat jest już w stanie przyjąć obciążenie. Ponieważ agregaty potrzebują ok. 10 sekund od uruchomienia do osiągnięcia pełnej mocy, gwarantującej nominalny poziom napięcia i częstotliwości, w wielu obiektach w celu uniknięcia braku zasilania stosuje się zarówno generatory, jak i zasilacze UPS. Jeśli nie jest wymagane zasilanie z UPS wszystkich odbiorników elektrycznych przyłączonych do instalacji, można ograniczyć ich liczbę tak, że tylko obciążenia kluczowe będą zasilane z UPS, zaś pozostałe, po zaniku zasilania podstawowego, będą miały 10-sekundową przerwę w zasilaniu – w ten sposób można zredukować koszt instalacji systemu zasilania awaryjnego. Ponadto moduły UPS wpływają na niezawodność i jakość zasilania, ponieważ przekształcają i regulują parametry zasilania sieciowego.

Planowanie obciążeń i obsługi

Podczas projektowania układu zasilania podstawowego dla zakładu inżynier projektant określa jego parametry na podstawie analizy planowanych i istniejących obciążeń. Aby wykonać taką analizę, projektant musi rozważyć zarówno typ obciążenia, jak i typ budynku. Obciążenia związane z poborem energii elektrycznej mogą mieć charakter rezystancyjny, pojemnościowy, indukcyjny lub być dowolną ich kombinacją. Z kolei typy budynków są dzielone na kategorie: nowe, istniejące odnowione lub kombinacja obydwu. W tego typu opracowaniach planowana moc elektryczna, w kVA, jest tzw. mocą pozorną, która jest często podawana jako całkowita. Jeśli współczynnik mocy jest znany, w projektach systemów zasilania można użyć mocy czynnej podanej w kW. Po wyznaczeniu całkowitej mocy obciążeń elektrycznych w zakładzie, do określenia przewidywanego obciążenia zakładu stosuje się współczynniki jednoczesności.

Po zestawieniu wszystkich tablic rozdzielczych i wyznaczeniu mocy zapotrzebowanej dla zakładu projektant kontaktuje się z zakładem energetycznym, aby uzgodnić moc przyłączeniową i wielkość współczynnika jednoczesności. Ta analiza obciążeń, wraz z określeniem tego, co będzie obsługiwane przez agregat, pomoże w wyznaczeniu potrzebnej mocy urządzenia.

Jeżeli obciążenie jest tak duże, że pojedynczy generator proponowany do systemu zasilania awaryjnego nie ma wystarczającej mocy, można połączyć równolegle kilka urządzeń. Wymaga to zastosowania rozdzielnicy z przekaźnikami i odpowiednim zabezpieczeniem, aby uniknąć zasilania zwrotnego sieci zewnętrznej przez instalowany generator/układ generatorów.

Wymagane w budynkach urządzenia awaryjne, które zwykle są oddzielone od innych odbiorników energii elektrycznej, to oświetlenie awaryjne wyjść i alarmy pożarowe. Opcjonalne urządzenia z zasilaniem awaryjnym są określane przez właściciela zakładu i zwykle obejmują sprzęt telekomunikacyjny, systemy antywłamaniowe lub sprzęt technologiczny.

Agregat zintegrowany jest z instalacją elektryczną jako źródło energii oddzielone galwanicznie od instalacji za pomocą przełącznika zasilania. Typ tego przełącznika jest zależny od aplikacji – może być automatyczny lub ręczny. Liczba przełączników zasilania zależy od aplikacji i zasilanych odbiorników. Większość agregatów może być dostarczana z jednym lub dwoma wyłącznikami nadprądowymi. W wielu sytuacjach pozwala to na zasilanie zaprojektowanej instalacji przez dwa przełączniki w celu segregacji odbiorników.

Rodzaj paliwa

Popularnymi paliwami dla generatorów w systemach zasilania awaryjnego są olej napędowy, gaz ziemny lub ciekły propan. Każdy typ paliwa wymaga różnych procedur konserwacji agregatu, aby zapewnić jego długotrwałą eksploatację. Miejsce pracy generatora – wewnątrz lub na zewnątrz budynku – narzuca dodatkowe wymagania dla instalacji.

Posiadając dwa rodzaje paliwa, należy się upewnić, że nabywany agregat ma automatyczną opcję wyboru rodzaju paliwa, która może nie być opcją standardową – wtedy należy ją zamówić u producenta.

Selektywność zabezpieczeń

Jest ona sprawą zasadniczą dla zminimalizowania prądów zwarciowych i możliwości powstania łuku elektrycznego przy przełączaniu elementów systemu zasilania awaryjnego. Celem selektywności jest zadziałanie zabezpieczenia najbliższego miejsca zwarcia w instalacji, aby zminimalizować czas reakcji i ilość wydzielonej energii.

Jednym ze złożonych aspektów selektywności zabezpieczeń są parametry wyłączników nadprądowych agregatu i przełącznika zasilania. Prądy zadziałania wyłączników powinny być skoordynowane z prądami zadziałania innych wyłączników tak, aby w przypadku zwarcia zadziałał wyłącznik agregatu i zminimalizował prąd zwarciowy. Podobnie takie parametry, jak próg akceptowalnego napięcia zasilania podstawowego (pickup voltage) i napięcia przełączania na zasilanie awaryjne (dropout voltage) przełącznika zasilania wpływają na bezpieczeństwo instalacji elektrycznej.

Zależnie od aplikacji i konfiguracji instalacji elektrycznej, w systemach zasilania awaryjnego można zastosować wyłączniki różnicowo-prądowe. We wszystkich aplikacjach ważne jest, aby uzgodnić cechy i parametry sprzętu z jego producentem. Wśród tych cech znajdują się: prawidłowa wysokość komina wentylacyjnego dla wszystkich typów agregatów i miski zabezpieczające przed wyciekiem paliwa oraz zbiorniki paliwa z podwójnymi ściankami, w przypadku generatorów z silnikiem Diesla.

Uzgodnienia z architektami są sprawą kluczową przy wyznaczaniu lokalizacji generatora zasilania awaryjnego wewnątrz budynku i w jego otoczeniu. Zachęca się także projektantów do dokonywania uzgodnień z inżynierami budownictwa – konstrukcja podstawy musi wytrzymać ciężar agregatu i pełnego zbiornika paliwa. Projektant powinien także skonsultować się z inżynierem mechanikiem zakładu, aby upewnić sie, że po pierwsze, wylot spalin nie znajduje się zbyt blisko wlotów powietrza układu wentylacji budynku, a po drugie, że w przypadku paliwa gazowego rury doprowadzające gaz mają odpowiednią średnicę.

Bezpieczeństwo

Odpowiednia instalacja generatora jest jednym z najważniejszych wymogów z punktu widzenia bezpieczeństwa operatora i każdej osoby, która znajdzie się w bezpośrednim pobliżu urządzenia. Należy zadbać o odpowiednie znaki i tabliczki ostrzegające ludzi, że agregat może automatycznie się uruchomić, pracować i zatrzymać. Gdy agregat jest zainstalowany przy ciągach komunikacyjnych, którymi poruszają się pojazdy, powinny zostać zainstalowane słupki zabezpieczające urządzenie. Jeśli obudowa generatora nie jest zamknięta na klucz, istotną kwestią może być zainstalowanie ogrodzenia, zabezpieczającego urządzenie przed dostępem nieprzeszkolonych osób.

Prawidłowe uziemienie obudowy generatora i jego instalacji jest sprawą kluczową w zakresie ochrony urządzeń i osób w przypadku wystąpienia zwarcia lub wypadku. Większość paneli sterowniczych dla systemów zasilania awaryjnego jest fabrycznie wyposażona w przycisk zatrzymania awaryjnego, jednak powinien on być zlokalizowany w miejscu dostępnym, tak aby personel UR mógł go łatwo dosięgnąć w przypadku zagrożenia. Jeśli to możliwe, całe wyposażenie elektryczne powinno zostać odłączone od napięcia przed rozpoczęciem prac (odłączanie dopływu energii i oznakowanie blokad serwisowanych urządzeń, Lockout/Tagout – LOTO). Konieczna jest też prawidłowa wentylacja otoczenia agregatu, by zarówno dostarczyć powietrza potrzebnego do spalania paliwa, jak i odprowadzić wszelkie emitowane szkodliwe gazy. Jest to ważne, gdy generator zainstalowany jest wewnątrz lub obok obiektu.

Wykorzystanie agregatu prądotwórczego do awaryjnego zasilania instalacji elektrycznej może być doskonałym rozwiązaniem, gdy jest on prawidłowo dobrany pod względem parametrów mechanicznych oraz elektrycznych i zainstalowany w oparciu o specyficzne potrzeby zakładu i wymagania określone przepisami. Ważne jest, aby zrozumieć problemy, które wpływają na dobór odpowiedniego przełącznika zasilania, wybór rodzaju paliwa oraz parametry zabezpieczeń agregatu.

Kogeneracja

Jest to połączenie wytwarzania ciepła i energii elektrycznej (combined heat and power – CHP). Idea polega na wykorzystaniu ciepła wydzielanego przez pracujący silnik spalinowy generatora. Zaprojektowane są specjalne obudowy otaczające silnik, w których krąży płyn odbierający ciepło, służące do odzysku energii cieplnej. Płyn ten jest następnie przekazywany do wykorzystania przez inny proces technologiczny lub instalację w zakładzie.

Opcja ta jest zwykle rozważana w systemach zasilania awaryjnego pracujących znacznie częściej niż te, które przeważnie stoją w rezerwie. Zastosowanie CHP jest zwykle brane pod uwagę, gdy agregaty są już zaplanowane, a koszty ciągłego ich działania będą znaczne. Opcja odzysku energii generuje zyski w okresie eksploatacji i jest dalszą inwestycją, mającą na celu redukcję kosztów w innym obszarze działania fabryki lub procesie produkcyjnym.

Corey Zachel pracuje w Dziale Automatyki Przemysłowej Grupy SSOE jako główny inżynier elektryk, zajmujący się opracowaniem i sprawdzaniem dokumentacji elektrycznych. Tłumaczył Tomasz Haber.

Tekst pochodzi z nr 3/2016 magazynu “Inżynieria i Utrzymanie Ruchu”. Jeśli Cię zainteresował, ZAREJESTRUJ SIĘ w naszym serwisie, a uzyskasz dostęp do darmowej prenumeraty w formie drukowanej i/lub elektronicznej.