محاسبه بار الکتریکی و انتخاب ظرفیت دیزل ژنراتور
گروه مهندسی برق ، صنعت ، دیزل . بیش از ۲۵ سال سابقه خدمت در زمینه دیزل ژنراتور، ژنراتورهای گازسوز، ژنراتورهای نیروگاهی، ژنراتورهای کارگاهی و خدمات پس از فروش و خدمات تأمین نگهداری و نصب و راهاندازی انواع ژنراتور در خدمت جامعه صنعتی کشور عزیزمان ایران بوده و هست.
یکی از موارد بسیار مهم ، انتخاب صحیح ظرفیت دیزل ژنراتور، که از مهمترین مراحل در تأمین برق اضطراری و پایدار برای ساختمانها، واحدهای صنعتی، کارگاهها، کارخانهها و مجموعههای تجاری است.
انتخاب ژنراتور تنها بر اساس مجموع توان نوشتهشده روی تجهیزات انجام نمیشود. برای تعیین ظرفیت مناسب، ابتدا باید میزان مصرف برق، نوع مصرفکنندهها، توان اکتیو، توان راکتیو، ضریب توان، جریان مصرفی و شرایط راهاندازی تجهیزات بررسی شود.
در مجموعه BSDGEN، یا همان گروه مهندسی برق ، صنعت ، دیزل، با محاسبات بار الکتریکی میتواند مبنایی برای انتخاب صحیح ظرفیت ژنراتور و جلوگیری از انتخاب ظرفیت کمتر یا بیشتر از نیاز واقعی مجموعه باشد.
چرا محاسبه بار قبل از انتخاب ژنراتور اهمیت دارد؟
اگر ظرفیت ژنراتور کمتر از بار واقعی مجموعه انتخاب شود، ممکن است در زمان بهرهبرداری با مشکلاتی مانند افت ولتاژ، اضافهبار، افزایش دمای سیمپیچها، عملکرد نامناسب تجهیزات و خاموش شدن ژنراتور مواجه شویم.
از طرف دیگر، انتخاب ژنراتوری بسیار بزرگتر از نیاز واقعی نیز همیشه انتخاب مناسبی نیست. کارکرد طولانیمدت موتور دیزل با بار بسیار کم میتواند باعث کاهش راندمان و افزایش هزینههای بهرهبرداری و نگهداری شود.
بنابراین هدف، انتخاب ظرفیت مناسب و متناسب با بار واقعی مجموعه شما است.
مراحل محاسبه برق برای انتخاب دیزل ژنراتور
برای محاسبه ظرفیت مناسب ژنراتور، معمولاً مراحل زیر بررسی میشود:
1. شناسایی مصرفکنندههای برق
2. تعیین توان هر مصرفکننده
3. مشخص کردن نوع مصرفکننده
4. تعیین ضریب توان تجهیزات
5. محاسبه توان اکتیو
6. محاسبه توان راکتیو
7. محاسبه توان ظاهری
8. بررسی جریان مصرفی
9. بررسی بارهای موتوری و جریان راهاندازی
10. تعیین ضریب همزمانی و میزان بار مورد انتظار
11. بررسی شرایط محل نصب و شرایط کاری
12. انتخاب ظرفیت مناسب دیزل ژنراتور
13 . شناسایی مصرفکنندههای برق
اولین مرحله، تهیه فهرستی از تمام تجهیزات و مصرفکنندههایی است که قرار است توسط ژنراتور تغذیه شوند.
برای مثال در یک واحد صنعتی ممکن است مصرفکنندههای زیر وجود داشته باشند:
- الکتروموتورها
- پمپها
- کمپرسورها
- فنها و هواکشها
- سیستمهای تهویه مطبوع
- آسانسور
- جرثقیل
- دستگاههای صنعتی
- تابلوهای برق
- روشنایی
- تجهیزات اداری
- سیستمهای کنترل و اتوماسیون
- تجهیزات مخابراتی و شبکه
- تجهیزات حساس الکترونیکی
در این مرحله بهتر است مشخص شود هر مصرفکننده در چه زمانی و برای چه مدتی کار میکند.
۲. تعیین توان مصرفکنندهها
توان تجهیزات معمولاً روی پلاک مشخصات آنها درج میشود.
توان ممکن است با واحدهای مختلفی مانند:
وات (W)
کیلووات (kW)
کیلوولتآمپر (kVA)
اسب بخار (HP)
بیان شده باشد.
برای محاسبات مهندسی باید واحدها به شکل مناسب تبدیل شوند.
به عنوان مثال:
1 kW = 1000 W
و برای تبدیل تقریبی توان موتور:
1 HP ≈ 0.746 kW
( این مطلب مفصل در قسمت مقالات, اسب بخار شرح داده شده است)
البته در مورد موتورهای الکتریکی، توان مکانیکی موتور با توان واقعی برق مصرفی یکسان نیست و باید راندمان و ضریب توان موتور نیز در نظر گرفته شود.
۳. نوع مصرفکننده اهمیت زیادی دارد
تمام مصرفکنندهها رفتار یکسانی ندارند.
برای مثال یک سیستم روشنایی با یک الکتروموتور از نظر جریان راهاندازی و رفتار الکتریکی کاملاً متفاوت است.
مصرفکنندهها را میتوان بهصورت کلی در گروههای زیر بررسی کرد:
بارهای مقاومتی
مانند:
- بخاری برقی
- هیتر
- برخی تجهیزات گرمایشی
- بعضی از انواع روشنایی
در این بارها توان اکتیو بخش اصلی توان مصرفی است.
بارهای موتوری
مانند:
- پمپ
- فن
- کمپرسور
- الکتروموتور
- دستگاههای صنعتی
بارهای موتوری علاوه بر توان اکتیو، توان راکتیو ( بار ضربه ای) نیز مصرف میکنند و مهمتر از آن، هنگام راهاندازی ممکن است جریان بسیار بیشتری نسبت به جریان نامی خود بکشند.
به همین دلیل جریان راهاندازی موتورها یکی از عوامل مهم در انتخاب دیزل ژنراتور است.
بارهای الکترونیکی
مانند:
- UPS
- کامپیوتر
- تجهیزات مخابراتی
- درایوها
- منابع تغذیه سوئیچینگ
- تجهیزات اتوماسیون
این تجهیزات ممکن است دارای هارمونیک باشند و در بعضی پروژهها لازم است کیفیت توان و شکل موج نیز در انتخاب ژنراتور مورد توجه قرار گیرد.
۴. توان اکتیو چیست؟
توان اکتیو همان بخشی از توان الکتریکی است که عملاً برای انجام کار، ایجاد گرم
ا، حرکت موتور یا سایر فعالیتهای مفید مصرف میشود.
واحد توان اکتیو:
کیلووات (kW)
است.
در یک مجموعه، مجموع توان اکتیو مصرفکنندهها یکی از پارامترهای اصلی برای تعیین میزان مصرف برق است.
۵. توان راکتیو چیست؟
در بسیاری از تجهیزات الکتریکی، بهخصوص موتورهای القایی، علاوه بر توان اکتیو، توان راکتیو نیز وجود دارد.
توان راکتیو برای ایجاد میدانهای مغناطیسی در تجهیزاتی مانند موتور و ترانسفورماتور مورد نیاز است.
واحد توان راکتیو:
کیلووار (kVAr)
است.
توان راکتیو مستقیماً مانند توان اکتیو کار مفید انجام نمیدهد، اما وجود آن در شبکه باعث عبور جریان بیشتر از تجهیزات و کابلها میشود.
( در ژنراتور یکباره قدرت بالا میرود و دوباره به حالت اول بر میگردد، از دود یک دیزل ژنراتور و صدا دیزل ژنراتور میتوان متوجه این امر شد)
۶. توان ظاهری و رابطه kW و kVA
برای انتخاب ظرفیت دیزل ژنراتور، مفهوم توان ظاهری اهمیت زیادی دارد.
توان ظاهری با واحد:
کیلوولتآمپر (kVA)
بیان میشود.
رابطه بین توان اکتیو، توان راکتیو و توان ظاهری بهصورت زیر است:
S² = P² + Q²
که در آن:
- S = توان ظاهری بر حسب kVA
- P = توان اکتیو بر حسب kW
- Q = توان راکتیو بر حسب kVAr
همچنین:
kW = kVA × ضریب توان
بنابراین:
kVA = kW ÷ ضریب توان
به همین دلیل، برای تبدیل توان مصرفی به ظرفیت مورد نیاز ژنراتور، دانستن ضریب توان اهمیت زیادی دارد.
۷. ضریب توان چیست؟
ضریب توان یا Power Factor (PF) نسبت توان اکتیو به توان ظاهری است. ( اصطلاحا کسینوس فی گفته میشود)
بهصورت ساده:
PF = kW / kVA
هرچه ضریب توان پایینتر باشد، برای انتقال همان مقدار توان اکتیو، جریان بیشتری مورد نیاز است.
برای مثال اگر یک بار:
100 kW
توان اکتیو مصرف کند و ضریب توان آن:
0.8
باشد:
kVA = 100 ÷ 0.8 = 125 kVA
بنابراین ظرفیت ظاهری مورد نیاز این بار حدود 125 kVA خواهد بود.
(کسینوس فی بر روی پلاک ژنراتور قید شده است)
۸. محاسبه جریان مصرفی
جریان نیز یکی از پارامترهای مهم در طراحی سیستم برق و انتخاب ژنراتور است.
برای سیستم سهفاز، رابطه تقریبی جریان به شکل زیر است:
I = P / (√3 × V × PF)
که در آن:
- I = جریان بر حسب آمپر
- P = توان بر حسب وات
- V = ولتاژ خط به خط
- PF = ضریب توان
اگر توان بهصورت kVA در اختیار باشد، رابطه سادهتر میشود:
I = (kVA × 1000) / (√3 × V)
این محاسبات علاوه بر انتخاب ژنراتور، در انتخاب کابل، کلید، تابلو و سایر تجهیزات نیز اهمیت دارند.
۹. جریان راهاندازی موتورها
یکی از مهمترین نکات در انتخاب دیزل ژنراتور، توجه به جریان راهاندازی الکتروموتورها است.
یک موتور ممکن است در حالت عادی جریان مشخصی مصرف کند، اما در لحظه راهاندازی جریان آن برای مدت کوتاهی چند برابر جریان نامی شود.
روش راهاندازی موتور نیز روی این موضوع تأثیر دارد.
برخی روشهای متداول عبارتاند از:
- راهاندازی مستقیم یا DOL
- ستاره ـ مثلث
- سافتاستارتر
- درایو فرکانس متغیر یا VFD
بنابراین ممکن است مجموع بارهای عادی یک مجموعه با ظرفیت مشخصی قابل تأمین باشد، اما برای راهاندازی بزرگترین موتور به ژنراتور بزرگتری نیاز باشد.
به همین دلیل، انتخاب ژنراتور فقط بر اساس جمع kW مصرفکنندهها کافی نیست.
۱۰. ضریب همزمانی بار
همه تجهیزات یک مجموعه معمولاً بهصورت همزمان و با حداکثر توان خود کار نمیکنند.
برای مثال ممکن است چندین موتور در یک کارخانه نصب شده باشند، اما همه آنها همزمان با حداکثر بار کار نکنند.
به همین دلیل در طراحی میتوان از مفهوم ضریب همزمانی استفاده کرد.
اما استفاده از ضریب همزمانی باید با شناخت واقعی نحوه بهرهبرداری مجموعه انجام شود و نباید صرفاً برای کوچکتر کردن ظرفیت ژنراتور استفاده شود.
۱۱. یک مثال ساده برای محاسبه
فرض کنیم یک واحد صنعتی دارای مصرفکنندههای زیر باشد:
مصرفکننده| توان تقریبی
روشنایی| 10 kW
سیستم تهویه| 20 kW
پمپها| 30 kW
کمپرسور| 40 kW
تجهیزات صنعتی| 50 kW
مجموع توان نصبشده:
150 kW
اما این عدد بهتنهایی به معنی نیاز قطعی به ژنراتور 150 kW نیست.
باید مواردی مانند:
- ضریب توان
- میزان بار واقعی
- همزمانی مصرفکنندهها
- جریان راهاندازی موتورها
- نحوه راهاندازی موتورها
- نوع بار
- شرایط محیطی
- ارتفاع محل نصب
- دمای محیط
- نحوه کارکرد ژنراتور
بررسی شود.
اگر برای مثال ضریب توان متوسط مجموعه 0.8 در نظر گرفته شود:
150 ÷ 0.8 = 187.5 kVA
در این حالت ظرفیت ظاهری محاسبهشده حدود 187.5 kVA است.
اما ظرفیت نهایی ژنراتور باید پس از بررسی شرایط واقعی پروژه و مشخصات تجهیزات تعیین شود.
۱۲. آیا بزرگتر بودن ژنراتور همیشه بهتر است؟
خیر.
انتخاب ژنراتور بسیار بزرگتر از بار واقعی میتواند باعث افزایش هزینه خرید، مصرف س
وخت و هزینههای نگهداری شود و در برخی شرایط، کارکرد موتور با بار بسیار کم برای مدت طولانی مطلوب نیست.
از طرف دیگر، انتخاب ظرفیت کمتر نیز میتواند باعث اضافهبار و مشکلات عملکردی شود.
بنابراین بهترین انتخاب، ظرفیت متناسب با بار واقعی و شرایط بهرهبرداری است.
۱۳. اطلاعات مورد نیاز برای محاسبه ظرفیت ژنراتور
برای انجام یک محاسبه دقیق، بهتر است اطلاعات زیر در اختیار باشد:
- فهرست تمام مصرفکنندهها
- توان هر دستگاه
- ولتاژ مصرفی
- تکفاز یا سهفاز بودن
- ضریب توان
- راندمان موتورها
- جریان نامی
- جریان راهاندازی
- روش راهاندازی موتورها
- تعداد دستگاهها
- میزان همزمانی مصرف
- ساعات کار تجهیزات
- تجهیزات حساس
- مشخصات تابلو برق
- شرایط محیط نصب
- ارتفاع از سطح دریا
- دمای محیط
- نوع کاربرد ژنراتور
محاسبه تخصصی بار برای انتخاب دیزل ژنراتور
در پروژههای صنعتی، تجاری و ساختمانی، محاسبه ظرفیت ژنراتور بهتر است بر اساس اطلاعات واقعی تجهیزات و شرایط بهرهبرداری انجام شود.
در BSDGEN میتوان محاسبات مورد نیاز برای بررسی بار الکتریکی و انتخاب ظرفیت مناسب دیزل ژنراتور را بر اساس مشخصات پروژه بررسی کرد.
هدف از این محاسبات، رسیدن به یک ظرفیت مناسب و قابل اتکا برای ژنراتور است؛ بهگونهای که هم نیاز مصرفکنندهها تأمین شود و هم از انتخاب غیرضروری ظرفیتهای بسیار بالا جلوگیری شود.
جمعبندی
برای انتخاب صحیح دیزل ژنراتور، ابتدا باید بار الکتریکی مجموعه بهدرستی شناسایی و محاسبه شود.
توان اکتیو (kW)، توان راکتیو (kVAr)، توان ظاهری (kVA)، ضریب توان، جریان مصرفی و جریان راهاندازی از مهمترین پارامترهایی هستند که باید مورد بررسی قرار گیرند.
بهخصوص در پروژههایی که دارای تعداد زیادی الکتروموتور، پمپ، کمپرسور و تجهیزات صنعتی هستند، بررسی جریان راهاندازی و نحوه بهرهبرداری از اهمیت ویژهای برخوردار است.
در نهایت، ظرفیت دیزل ژنراتور باید بر اساس بار واقعی، شرایط کاری و مشخصات فنی پروژه ، شرایط آب و هوایی منطقه انتخاب شود، نه صرفاً بر اساس جمع توان اسمی تجهیزات.
امیدواریم که با مطالعه مطالب بالا توانسته باشیم خدمت به شما صنعتگران و تولیدکنندگان، مجتمع های مسکونی و کارگاهی ساختمانی و معدنی و دیگر عزیزان کارفرما انجام داده باشیم.
شما میتوانید روی گروه مهندسی برق. صنعت.دیزل حساب کنید، چراکه تمام توان خود را برای انجام بهتر کارها بکار میگیرد.
با تقدیم احترام B.S.D