Подбор дизель-генераторной установки для предприятия начинается не с определения максимальной мощности вводного автомата и не с суммы номиналов мощностей всего оборудования. Необходимо определить, какие потребители действительно будут работать от резервного или автономного источника, сколько энергии они требуют одновременно и какие кратковременные нагрузки возникают при запуске мощных электродвигателей при их наличии.

Слишком малая по мощности установка может не принять пусковую нагрузку, вызвать падение напряжения или отключиться по перегрузке. Избыточный запас увеличивает стоимость проекта и приводит к длительной работе двигателя на небольшой загрузке, что снижает его ресурс. Поэтому расчет выполняют одновременно по активной и реактивной мощностям, переходным режимам.

Какие данные нужны для расчета

Сначала составляют перечень оборудования, которое должно получать электропитание от ДГУ.

Для каждого потребителя желательно определить:

• номинальную мощность, кВт;
• напряжение и количество фаз;
• рабочий ток;
• коэффициент мощности cos φ;
• пусковой ток или пусковую мощность;
• способ запуска двигателя;
• режим работы — постоянный, периодический или резервный;
• возможность одновременной работы с другими потребителями.

Для действующего предприятия полезнее использовать фактические данные измерений нагрузки, а не только паспортные мощности установленного оборудования.

Шаг 1. Определить состав резервируемой нагрузки

При использовании ДГУ в качестве аварийного источника важно определить те нагрузки, которые необходимо обеспечить электричеством в случае исчезновения основного электроснабжения. Потребителей можно разделить на критические и вспомогательные.

Например, установленная мощность предприятия может составлять 2 МВт, но для безопасной остановки производства и работы критических систем достаточно 600 кВт. В таком случае ориентироваться на все 2 МВт, как правило, не требуется.

Шаг 2. Рассчитать рабочую активную мощность

Если известны электрические мощности всех одновременно работающих потребителей, их складывают:

Pраб = P1 + P2 + ... + Pn

Если оборудование включается поочередно, в расчет можно вводить фактический сценарий работы. Но простое суммирование мощностей критических электроприемников, как правило, позволяет иметь запас мощности в случае нарушения прогнозируемых сценариев.

Расчет трехфазной нагрузки по току

Для трехфазного потребителя активная мощность определяется по формуле:

P = √3 × U × I × cos φ / 1000

где:

• P — активная мощность, кВт;
• U — линейное напряжение, В;
• I — ток, А;
• cos φ — коэффициент мощности.

Например, при напряжении 400 В, токе 100 А и cos φ = 0,85:

P = 1,732 × 400 × 100 × 0,85 / 1000 ≈ 58,9 кВт

Шаг 3. Перевести кВт в кВА

Генератор ограничен не только мощностью двигателя в кВт, но и его возможностями по полной мощности.

S = P / cos φ

где S — полная мощность, кВА.

Если расчетная нагрузка составляет 500 кВт при среднем cos φ = 0,8:

500 / 0,8 = 625 кВА

При выборе установки необходимо проверять и кВт, и кВА. Использовать коэффициент 0,8 автоматически для любого объекта нельзя: фактический cos φ зависит от характера нагрузки, а допустимое соотношение кВт/кВА у конкретной модели указывается производителем.

Шаг 4. Учесть пуск электродвигателей

Для промышленного объекта это один из самых важных этапов. Насос, компрессор, вентилятор или конвейер в момент запуска может потребовать ток, значительно превышающий рабочий.

Особенно требователен прямой пуск асинхронного двигателя. Точное значение пускового тока следует брать из паспорта двигателя или данных производителя.

При подборе учитываются:

• мощность крупнейшего двигателя;
• пусковой ток;
• допустимое напряжение при пуске;
• нагрузка, уже подключенная к генератору в момент запуска;
• способ пуска.

Если во время запуска двигатель требует 300 кВт, а на шине уже находится 250 кВт другой нагрузки, установка должна выдержать соответствующий переходный режим с учетом уже имеющейся нагрузки.

Как способ запуска влияет на выбор

Снизить пусковую нагрузку позволяют устройство плавного пуска, частотный преобразователь, пуск со сниженным напряжением, последовательное включение механизмов.

Например, поочередный запуск двух крупных насосов может потребовать заметно меньшей мощности источника, чем их одновременное включение.

При использовании частотных преобразователей дополнительно учитываются гармонические искажения и особенности нелинейной нагрузки.

Шаг 5. Проверить ступени подключения

После восстановления питания потребители не обязательно должны включаться одновременно. Рациональная последовательность может выглядеть так:

1. автоматика и системы управления;
2. вентиляция и насосы;
3. основное технологическое оборудование;
4. вспомогательные потребители.

Шаг 6. Определить резерв

Запас предусматривают для будущего расширения, неточности исходных данных и эксплуатационной гибкости. Универсального правила «всегда добавлять 20 или 30%» нет. Величина резерва зависит от планов по подключению нового оборудования, характера пусковых процессов, стабильности нагрузки и режима эксплуатации.

Если исходные данные точные и расширение не планируется, чрезмерный запас может быть экономически неоправданным.

Пример расчета для предприятия

Предположим, после отключения внешней сети необходимо сохранить следующие потребители:

Суммарная рабочая нагрузка:

180 + 110 + 45 + 60 + 50 + 30 = 475 кВт

При условном среднем коэффициенте мощности 0,85:

475 / 0,85 ≈ 559 кВА

Если проектом предусмотрен резерв 15% на дальнейшее увеличение потребления:

475 × 1,15 ≈ 546 кВт

546 / 0,85 ≈ 642 кВА

На первом приближении требуется источник не менее примерно 550 кВт и 650 кВА. Но это еще не окончательный выбор модели: необходимо отдельно проверить запуск компрессора, насоса и других электродвигателей по переходным характеристикам конкретной установки.

Почему недостаточно формулы «сумма кВт + запас»

Два предприятия с одинаковой рабочей нагрузкой 500 кВт могут требовать разные генераторы.

На первом объекте основная нагрузка — освещение, нагреватели, электроника, плавное подключение электродвигателей. На втором работают крупные асинхронные двигатели с прямым пуском.

Средняя мощность одинакова, но второй объект предъявляет более высокие требования к кратковременной отдаче генератора и двигателя.

Резервный и постоянный режим работы

Нужно заранее определить назначение электростанции.

Если установка запускается только при аварии внешней сети, используется соответствующий резервный рейтинг. Для продолжительной автономной работы применяются другие эксплуатационные режимы.

Максимальную резервную мощность нельзя автоматически считать допустимой для круглосуточной эксплуатации: необходимо учитывать ограничения производителя.

Температура и высота площадки

Номинальные характеристики относятся к определенным условиям эксплуатации. Высокая температура воздуха и большая высота над уровнем моря могут снижать доступную мощность двигателя и возможности системы охлаждения.

Для сложных климатических условий необходимо применять поправочные коэффициенты производителя.

Нелинейная нагрузка и ИБП

Источники бесперебойного питания, частотные преобразователи, выпрямители и другая силовая электроника создают нелинейную нагрузку и гармоники напряжения и тока.

На объектах с большой долей преобразовательной техники это может влиять на выбор и требуемый запас по полной мощности.

Одна большая ДГУ или несколько меньших

При значительной или сильно меняющейся нагрузке можно рассматривать многоагрегатную схему. Например, вместо одной установки 1,5 МВт — три по 500 кВт.

Несколько агрегатов дают резервирование, позволяют обслуживать одну машину без полной остановки и гибче подстраиваться под изменение потребления.

Недостатки — более сложная автоматика, наличие большего числа коммутационной аппаратуры и необходимость синхронизации.

Типичные ошибки при подборе

• суммировать все установленное оборудование без учета коэффициента использования;
• ориентироваться только на среднее потребление по счетчику;
• не учитывать запуск крупных электродвигателей;
• сравнивать только активную мощность и игнорировать реактивную и cos φ;
• закладывать чрезмерный запас без технического обоснования;
• не учитывать температуру и высоту;
• использовать резервный рейтинг ДГУ для постоянной работы;
• не разделять потребителей на приоритетные и отключаемые.

Какие данные передать для подбора

• однолинейную электрическую схему;
• перечень резервируемых потребителей;
• мощность или ток оборудования;
• cos φ;
• данные по электродвигателям и способам запуска;
• график нагрузки;
• требуемое время автономной работы;
• напряжение сети;
• условия площадки;
• планы по расширению производства.

Для действующего объекта полезны архивы АСКУЭ, данные анализаторов качества электроэнергии или результаты инструментального обследования.

Подбор дизельной электростанции НГ-Энерго

Для промышленного объекта расчет следует выполнять по реальному режиму потребления, а не только по заявленной установленной мощности предприятия.

При подборе учитываются рабочая и пусковая нагрузка, категория надежности, условия эксплуатации, необходимость параллельной работы нескольких агрегатов и требования к автоматизации. На основании этих данных определяется конфигурация энергоцентра и состав вспомогательного оборудования.

Часто задаваемые вопросы

Выводы

Для корректного подбора ДГУ необходимо определить реальную одновременно работающую нагрузку, учесть коэффициент мощности, проверить запуск крупных электродвигателей и переходные режимы, а затем добавить технически обоснованный резерв.

На промышленном объекте окончательная мощность генераторной установки определяется не одной формулой. Расчет должен учитывать характеристики потребителей, последовательность их подключения, условия площадки и назначение электростанции — резервное или постоянное энергоснабжение.