Расчет мощности дизельного генератора | ООО "ИФК "Титан74" г. Челябинск

Расчет мощности дизельного генератора

Как рассчитать мощность дизельного генератора

Часто при подборе дизельной генераторной установки (ДГУ) возникает вопрос: какой мощности она должна быть, чтобы её было достаточно для бесперебойной работы всех энергопотребителей, которые разделяют на резистивные или активные (преобразующие ток в свет или тепло) и индуктивные или реактивные (работающие от электродвигателя или имеющие емкостные элементы - конденсаторы). Понадобится ли для обеспечения надёжного энергоснабжения генератор мощностью 34-36 кВт или подойдёт мощностью 30 кВт, который заметно дешевле?

Для начала обозначим следующие виды электрической мощности, которые принято выделять:

1) Активная мощность (P) - мощность, отдаваемая при подключении к источнику тока (генератору) нагрузки, имеющей активное сопротивление, например, лампы накаливания, нагревательные приборы.

Ед. изм.: Вт (W), кВт (kW)

Расчёт производится по формуле: P = U * I * cos φ, где

U – напряжение

I – сила тока

cos φ – коэффициент мощности (косинус фи), cos φ = P/S ≤ 1, где S – полная мощность

Коэффициент мощности (cos φ — косинус фи) — это отношение активной мощности к полной. Чем ближе это значение к единице, тем лучше, так как при значении cos φ = 1 — реактивная мощность равна нулю, следовательно меньшая потребляемая мощность в целом.

Если нагрузка, имеет только активное сопротивление и не содержит индуктивных (реактивных) сопротивлений, то активная мощность будет равна полной мощности, т.е. коэффициент косинус фи при этом равен 1.

2) Реактивная мощность (Q) - мощность, отдаваемая при подключении к источнику тока (генератору) компонента сети или нагрузки, имеющей индуктивные элементы, например, компрессор, насос, электродвигатель. На короткий промежуток времени после включения таких индуктивных потребителей возникает пусковой ток, который может в несколько раз превышать их номинальную мощность. Для их запуска необходимо учитывать дополнительную мощность.

Реактивная мощность в отличии от активной не расходуется на прямые нужды (преобразование электрической энергии в другие виды энергии). Она не несёт прямой полезной нагрузки, но без неё невозможно осуществление полезной работы. В настоящий момент прилагается много усилий на уменьшение затрачиваемой реактивной мощности, так как это приводит к уменьшению потребления активной мощности.

Ед. изм.:  вольт-ампер реактивный - ВАр (VAr), кВАр (kVAr)

Расчёт производится по формуле: Q = U * I * sin φ, где

U – напряжение

I – сила тока

sin φ – коэффициент реактивной мощности (синус фи), sin(φ)=√(1-cos²φ)


3) Полная мощность (S)
Ед. изм.: вольт-ампер - ВA (
VA), кВА (kVA)

Полная электрическая мощность равна произведению сдвинутых по фазе напряжения и тока. Полная мощность непосредственно связана с активной и реактивной мощностями. Её расчёт производится по формуле, выражающей закон Пифагора. Полная электрическая мощность представляет собой максимальную мощность электрического тока, которая может быть выработана генератором для питания всех одновременно подключённых энергопотребителей.

Расчёт производится по формуле: S = U * I  или S = P + Q

Изображенный на рисунке треугольник отображает взаимосвязь между электрическими мощностями или соответствующими им напряжениями.

Практический расчёт мощности дизельного генератора (ДГУ)

Для точного определения необходимой мощности и пригодности любого дизельного генератора (ДГУ) для выполнения поставленных задач необходимо прежде всего определить суммарную мощность потребителей тока. Только таким образом можно определить, какая ДГУ может быть использована для данных целей. При выборе необходимой мощности ДГУ можно использовать приведённые ниже эмпирические формулы.

1. Для активных потребителей суммарная мощность рассчитывается путём простого сложения мощностей отдельных потребителей, которые могут быть подключены к генератору. В данном случае полная электрическая мощность, измеряемая в ВА или VA (Вольт-ампер) равна активной мощности, измеряемой в Вт или W (Ватт). Необходимая мощность ДГУ в данном случае определяется путём увеличения суммарной мощности подключаемых потребителей на 10% (т.е. с учётом определённых технических факторов).

Пример: Суммарная мощность потребителей * 110% = Мощность, требуемая от ДГУ.

Если суммарная мощность всех потребителей 4000 Вт (в данном случае 4000 Вт = 4000 ВА), то требуемая мощность ДГУ равна: 4000 ВА * 110% = 4400 ВА

2. Потребители, имеющие индуктивную составляющую мощности (компрессоры, насосы и прочие электродвигатели), потребляют очень большой ток при пуске и выходе на рабочий режим. В данном случае, сначала необходимо определить точное значение мощности одновременно подключаемых потребителей. Далее следует выбрать мощность ДГУ.

Фактическая мощность такой ДГУ должна быть не менее, чем в 3,5 раза больше суммарной мощности потребителей. В исключительных случаях она должна превышать мощность потребителей в 4—5 раз.

На практике для определения мощности и коэффициента пускового тока оборудования смотрят информацию в техническом паспорте, в инструкции по применению или на заводской табличке/наклейке. Если такой возможности нет, то используют таблицу приближённых значений коэффициентов, берут номинальные мощности потребителей тока и умножают их на соответствующие коэффициент пускового тока. Таким образом закладывают в мощность повышенные пусковые токи индуктивных приборов.

Пример: Суммарная мощность индуктивных потребителей * 3,5 = Мощность, требуемая от ДГУ.

Если суммарная мощность всех индуктивных потребителей 6000 ВА, то требуемая мощность ДГУ будет: 6000 ВА * 3,5 = 21000 ВА

К этому числу следует добавить еще 20%. Эта дополнительная мощность покроет неточности в расчетах и даст возможность в будущем увеличить количество потребителей электроэнергии.

Таким образом, мощность, требуемая от ДГУ, составит: 21000 ВА* 120% = 25200 ВА

ДГУ работает в оптимальном режиме лишь в том случае, когда подключенная к ней нагрузка составляет от 40 до 80% её полной мощности. Дизель-генератор не должен работать на пределе своих возможностей, но и слишком низкая нагрузка вредит его способностям. Если в вашем расчёте учтено много приборов, но далеко не все из них используются постоянно, можно немного уменьшить запас мощности, ограничившись 10-15%.

3. Расчёт полной мощности с учётом вышеприведённых энергопотребителей:

S = P + Q = 4400 ВА + 25200 ВА = 29600 ВА

В технических характеристиках дизельных электростанций указывают следующие характеристики:

Мощность номинальная (PRPPrime Power), кВт/кВА - cогласно ИСО 8528-1 (ИСО - международная организация по стандартизации), определяется как максимально доступная мощность, согласно установленным условиям эксплуатации, для которых генераторная установка способна поставлять до 500 часов работы в год (из них не более 300 часов непрерывного использования) с интервалами для обслуживания и выполнения процедур, установленных производителем. Перегрузка не допустима.

Мощность максимальная (ESPStandby Power), кВт/кВА - cогласно ИСО 8528-1, основная мощность - это максимальная мощность, доступная во время переменной последовательности мощности, которая может работать неограниченное количество часов в году между установленными интервалами техобслуживания. Допустимая средняя выходная мощность в течение 24-часового периода не должна превышать 80% от основной мощности. Доступна 10% перегрузка исключительно для целей регулировки.

Пример:

МОЩНОСТЬ НОМИНАЛЬНАЯ, КВТ

30

МОЩНОСТЬ НОМИНАЛЬНАЯ, кВА

37,5 (30/ cos φ)

МОЩНОСТЬ МАКСИМАЛЬНАЯ, КВТ

33 (30 кВт * 110%)

МОЩНОСТЬ МАКСИМАЛЬНАЯ, КВА

41 (33 кВт/ cos φ)

КОЭФФИЦИЕНТ МОЩНОСТИ (cos φ)

0,8 (30кВт/ 37,5кВА;
33 кВт/ 41 кВА)

Таким образом, выбирая дизельную электростанцию с номинальной мощностью 30 кВт, мы имеем запас полной мощности более 20%, соблюдая тем самым рекомендации для работы станции в оптимальном режиме (нагрузка 40-80% от её полной мощности):

29,6 кВА/ 37,5 кВА * 100% = 78,93%

Вывод: дизельная электростанция мощностью 30 кВт при одновременном подключении к ней всех вышеуказанных энергопотребителей будет загружена на 80% и отлично справится с поставленной задачей. Переплачивать за более дорогой вариант с номинальной мощностью 34-36 кВт нет смысла.