Подбор мощности дизельного генератора означает суммирование рабочей мощности всех нагрузок в kW, учёт дополнительного тока, потребляемого электродвигателями при запуске, пересчёт в kVA при коэффициенте мощности генератора 0.8 и затем выбор установки, чья резервная или основная мощность по ISO 8528-1 покрывает эту потребность с разумным запасом. Например, смешанная нагрузка 100 kW с крупным электродвигателем обычно требует установки не менее 125 kVA, а после учёта пуска двигателя и запаса 10–25 процентов — часто более мощной.
Основные выводы
- kVA — это полная мощность, а kW — активная; для трехфазной генераторной установки kVA равняется kW, деленным на коэффициент мощности, обычно 0.8, поэтому 100 kW соответствует 125 kVA.
- Согласно ISO 8528-1, режим аварийной резервной мощности ограничен примерно 200 часами в год при средней нагрузке не более 70 процентов; режим основной мощности допускает неограниченное число часов работы с переменной нагрузкой, среднее значение которой не превышает 70 процентов.
- Асинхронные электродвигатели с прямым пуском обычно потребляют при запуске ток примерно в шесть раз выше рабочего, и именно это часто определяет требуемую мощность генераторной установки в большей степени, чем рабочая нагрузка.
- Длительная работа дизельной генераторной установки при нагрузке ниже примерно 30 процентов создает риск накопления несгоревшего топлива в выпускной системе, поэтому избыточный запас мощности имеет свою цену.
- Высота над уровнем моря и высокая температура окружающего воздуха снижают мощность; всегда проверяйте таблицу снижения мощности в техническом паспорте.
kW и kVA: в чем разница?
kW (киловатты) — это активная мощность, которая совершает работу, а kVA (киловольт-амперы) — полная мощность, на которую должен быть рассчитан генератор переменного тока, включая реактивный ток, потребляемый электродвигателями и трансформаторами. Эти величины связаны коэффициентом мощности (PF): kW = kVA × PF.
Номинальные характеристики трехфазных генераторов почти всегда указываются при PF 0.8, поэтому установка на 500 kVA выдает 400 kW. Для однофазных переносных установок характеристики часто указываются при PF 1.0, поэтому их значения kW и kVA совпадают. Двигатель подбирают по kW, поскольку именно такую механическую мощность он должен обеспечивать, а генератор переменного тока — по kVA и току.
Для трехфазных систем ток рассчитывают так: ток в амперах = kVA × 1000 ÷ (1.732 × линейное напряжение). В таблице приведены типичные мощности генераторов при PF 0.8.
| Номинальная мощность (kW) | Номинальная мощность (kVA при PF 0.8) | Ток в амперах при полной нагрузке и 400 V | Ток в амперах при полной нагрузке и 480 V | Типичное применение |
|---|---|---|---|---|
| 20 | 25 | 36 | 30 | Небольшой магазин, объект связи, насосная станция |
| 50 | 62.5 | 90 | 75 | Небольшое коммерческое здание, строительные бытовки |
| 100 | 125 | 180 | 150 | Мастерская, холодильный склад, небольшая производственная линия |
| 200 | 250 | 361 | 301 | Средний завод, гостиница, строительная площадка |
| 400 | 500 | 722 | 601 | Крупное коммерческое здание, карьерное оборудование |
| 600 | 750 | 1,083 | 902 | Корпус больницы, технологическое производство |
| 2,000 | 2,500 | 3,608 | 3,007 | Модуль центра обработки данных, шахта, поддержка электроснабжения |
Резервная, основная или длительная мощность: какой режим мне нужен?
Выбирайте режим мощности с учетом количества часов работы генератора и стабильности нагрузки. ISO 8528-1 определяет приведенные ниже категории; отдельные производители могут добавлять собственные, например режим для центров обработки данных, поэтому читайте определение в техническом паспорте.
| Режим мощности по ISO 8528-1 | Часы работы в год | Характер нагрузки | Перегрузка | Типичное применение |
|---|---|---|---|---|
| Аварийная резервная мощность (ESP) | Примерно до 200 h/yr | Переменная, в среднем до 70% за 24 h | Отсутствует | Резервное питание при отключениях электросети |
| Мощность ограниченного времени работы (LTP) | Примерно до 500 h/yr | Постоянная, до 100% | Отсутствует | Снижение пиковых нагрузок, плановые отключения |
| Основная номинальная мощность (PRP) | Неограниченно | Переменная, в среднем до 70% за 24 h | Обычно 10% в течение 1 h за 12 h | Автономные объекты, строительство, шахты |
| Длительная рабочая мощность (COP) | Неограниченно | Постоянная, до 100% | Отсутствует | Электростанции базовой нагрузки, параллельная работа с сетью |
Для одной и той же установки резервная мощность выше основной, часто примерно на 10 процентов. Поэтому установка с резервной мощностью «100 kW» — это менее мощная машина, чем установка с основной мощностью «100 kW». При сравнении коммерческих предложений всегда сопоставляйте одинаковые режимы мощности.
Как пошагово подобрать мощность дизельного генератора?
Грамотный подбор мощности выполняют в одинаковой последовательности как для электрогенератора на 20 kW, так и для электростанции на 2000 kW:
- Перечислите все нагрузки с указанием номинальных kW или kVA, напряжения, числа фаз и коэффициента мощности. Используйте данные заводских табличек или измерений, а не номиналы автоматических выключателей.
- Разделите рабочие и пусковые нагрузки. Электродвигателям, компрессорам, насосам и лифтам при запуске требуются дополнительные kVA; освещению, нагревателям и электронике — нет.
- Определите, какие нагрузки работают одновременно. Учитывайте реалистичный коэффициент одновременности, но считайте нагрузки систем безопасности людей и критически важных технологических процессов постоянно включенными.
- Спланируйте последовательность подключения нагрузок. Если переключатель ввода резерва или контроллер может подключать нагрузки поэтапно, генераторной установке потребуется принимать за один раз только наибольшую ступень нагрузки, а не всю нагрузку сразу.
- Проверьте наибольшую ступень нагрузки по переходным характеристикам. Установка должна восстанавливать напряжение и частоту в пределах, допустимых для потребителей. Для этого ISO 8528 определяет классы характеристик от G1 до G4; G2 типичен для коммерческого электроснабжения, а G3 — для чувствительных нагрузок.
- Учтите нелинейные нагрузки. Системы UPS, приводы VFD и драйверы LED создают гармоники; для них часто выбирают генераторы переменного тока с запасом мощности.
- Учтите снижение мощности в условиях объекта из-за высоты над уровнем моря, температуры окружающего воздуха и качества воздуха.
- Добавьте запас примерно 10–25 процентов на рост нагрузки, затем выберите категорию мощности в соответствии с режимом эксплуатации.
Программное обеспечение производителя для подбора мощности подробно выполняет шаги со 2 по 7. Приблизительный ручной расчет полезен, но для ответственных объектов используйте программу или обратитесь к инженеру-электрику.
Как пусковые нагрузки электродвигателей влияют на мощность генераторной установки?
Пуск электродвигателей часто становится определяющим фактором при подборе мощности дизельного генератора. Асинхронный электродвигатель при прямом пуске обычно потребляет ток примерно в шесть раз выше тока полной нагрузки при низком коэффициенте мощности, поэтому двигатель на 50 kW может кратковременно потребовать несколько сотен kVA. Если генератор не способен их обеспечить, возникает глубокая просадка напряжения, контакторы отключаются, а двигатель может остановиться.
Способы снизить мощность генераторной установки, необходимую для электродвигателей:
- Используйте устройства плавного пуска или частотно-регулируемые приводы, которые позволяют значительно снизить пусковую мощность в kVA.
- Запускайте самый мощный электродвигатель первым, пока нагрузка на установку невелика.
- Разнесите запуски электродвигателей по времени с помощью таймеров контроллера.
- Выберите генератор переменного тока с более высокой способностью запускать электродвигатели; пусковую мощность в kVA часто ограничивает типоразмер генератора, а не мощность приводного двигателя.
Трехфазный или однофазный генератор?
Большинство промышленных и коммерческих генераторных установок мощностью выше примерно 20 kW — трехфазные. Трехфазный генератор обеспечивает более равномерную передачу мощности, требует меньше меди при той же мощности и позволяет напрямую питать трехфазные электродвигатели. Однофазные установки подходят для домов, небольших магазинов и маломощного инструмента.
Распространенные напряжения трехфазных систем — 400/230 V при 50 Hz в Европе, Китае, большей части Азии и Африки, а также 480/277 V или 208/120 V при 60 Hz в Северной Америке. Генератор на 480 V для завода в США и генератор на 400 V для экспорта могут использовать один и тот же двигатель, но требовать разных обмоток генератора, настроек регулятора частоты вращения и напряжения, поскольку четырехполюсная установка работает при 1500 rpm для 50 Hz и при 1800 rpm для 60 Hz.
Как генератор вырабатывает электричество?
Генератор вырабатывает электричество за счет электромагнитной индукции. Дизельный двигатель вращает ротор генератора переменного тока, магнитное поле которого создается питанием от возбудителя; проходя мимо обмоток статора, это поле наводит в них переменное напряжение. В трехфазном генераторе три обмотки статора расположены со смещением 120 градусов, создавая три перекрывающиеся волны напряжения. Автоматический регулятор напряжения изменяет возбуждение для поддержания стабильного напряжения, а регулятор двигателя поддерживает постоянную частоту вращения и, следовательно, частоту тока при изменении нагрузки.
Почему избыточная мощность дизельного генератора создает проблемы?
Установка избыточной мощности дороже при покупке и может пострадать от работы с недостаточной нагрузкой, поэтому грамотный подбор дизельного генератора предполагает выбор установки, которая большую часть времени будет достаточно нагружена. Дизельные двигатели, длительно работающие при нагрузке ниже примерно 30 процентов, могут не достигать температуры полного сгорания топлива, из-за чего несгоревшее топливо и сажа скапливаются в выпускной системе. Это явление называют мокрым выхлопом. Оно приводит к образованию нагара, разжижению масла и засорению системы очистки отработавших газов.
Если нагрузки меняются в широких пределах, можно использовать две или более параллельно работающие установки, иногда называемые спаренным агрегатом, включая их в соответствии с потребностью. Для основного электроснабжения обычно стремятся к тому, чтобы большую часть времени нагрузка установки составляла около 50–80 процентов ее основной мощности.
Выбор двигателя для требуемой мощности
Производители генераторных установок выбирают двигатель прежде всего по его основной и резервной мощности при 1500 или 1800 rpm. Шестицилиндровые двигатели, такие как двигатель 6BTA для генераторной установки мощностью 92 kW или семейство 6CTA8.3, часто применяются в установках примерно на 100–250 kVA, а более крупные двигатели, например 19-литровая платформа KTA19, часто служат основой установок большей мощности. Перед подбором генератора переменного тока уточните мощность именно для генераторного применения, а не для строительной техники или судовых установок. Дополнительную информацию см. на странице дизельных двигателей, в нашем руководстве по промышленным дизельным генераторам и в руководстве по подбору мощности судового генератора для судов.
MARS поставляет двигатели для генераторных установок с испытательным запуском, письменным отчетом и видеозаписью перед отправкой. Для помощи в подборе двигателя по вашему перечню нагрузок отправьте подробные данные.
Часто задаваемые вопросы
Как перевести kW в kVA для генератора?
Разделите kW на коэффициент мощности. При стандартном коэффициенте мощности 0.8 мощность 100 kW соответствует 125 kVA, а 400 kW — 500 kVA.
Какой мощности генератор нужен для питания 3-фазного электродвигателя?
Это зависит от способа запуска электродвигателя. При прямом пуске мощность генераторной установки в kW часто должна в два-три раза или более превышать мощность электродвигателя, тогда как устройство плавного пуска или VFD значительно снижает это требование; проверьте расчет в программе подбора мощности.
Можно ли использовать резервный генератор как основной источник питания?
Не при его резервной мощности. Если установка будет работать длительное время, ориентируйтесь на ее основную мощность, которая обычно примерно на 10 процентов ниже, и поддерживайте среднюю нагрузку в пределах, допустимых для основного режима.
Какая мощность генератора наиболее распространена для малого бизнеса?
Во многих небольших коммерческих зданиях используют установки диапазона 20–100 kW, но правильную мощность можно определить только по перечню нагрузок. Подбор по площади здания или на глаз обычно приводит к завышению или занижению мощности.
Влияет ли высота над уровнем моря на мощность дизельного генератора?
Да. Разреженный воздух снижает мощность двигателя, поэтому в большинстве технических паспортов полная мощность указана только до определенных высоты над уровнем моря и температуры окружающего воздуха, а выше этих пределов приводится снижение мощности.
