Генераторные установки

Прежде чем на строительном объекте появится инфраструктура – канализация, водопровод и т. д., на стройплощадке ставят бытовки, в которых могут отдохнуть рабочие и совещаться бригадиры и прорабы. Такие бытовки оснащаются оборудованием, потребляющим много энергии: системами отопления и кондиционирования, компьютерами, мощными осветительными прожекторами.

Если к стройплощадке не подведена сеть электропитания, потребуется генераторная установка (ГУ) для снабжения энергией жилых и офисных бытовок. Далее, по мере реализации строительного проекта, в работу будет вступать все больше оборудования, которому потребуется электроэнергия. Даже если объект получает электричество по сети, он не застрахован от перебоев в подаче энергии и должен иметь на такой случай резервный источник питания – генераторную установку. Одним словом, ГУ, как пионер, всегда должна быть готова к работе: «Будь готов – всегда готов!»

Определение мощности генератора

Расчет необходимой мощности ГУ для строительного объекта лучше поручить специалистам, потому что, во-первых, здесь имеется много тонкостей, которые мы назовем ниже, а во-вторых, не умея или не желая заниматься точными расчетами, строители часто берут ГУ более высокой мощности, чем нужно, с большим запасом, в результате затрачиваются лишние средства на приобретение/ аренду и тех­обслуживание слишком большого агрегата. Заметим, что 80% всех генераторных установок на рынке имеют мощность в диапазоне от 20 до 100 кВт.

Есть ли среди оборудования потребители одно- или трехфазного тока напряжением 220, 380 В или иного? Нужно проанализировать состав потребителей электроэнергии, не забыв ничего – от осветительных и отопительных приборов в бытовках до производственного оборудования с электроприводом и электроинструмента. Трехфазные установки обеспечивают более равномерный и с бóльшим к.п.д. переменный электрический ток на каждой фазе. Однофазные потребители могут питаться от трехфазного генератора либо через преобразователь трехфазного тока в однофазный, либо подключенные к разным фазам, но чтобы избежать т. н. «перекоса фаз» – неравномерной нагрузки, что может привести к перегреву обмоток и выходу из строя генератора, разница суммарных мощностей потребителей, подключенных к разным фазам, не должна превышать 20–25%.

Есть ли среди потребителей электронная аппаратура, весьма чувствительная к качеству электропитания? В таких случаях двигатель внутреннего сгорания (ДВС) генераторной установки оснащается электронным регулятором, обеспечивающим более точное по сравнению с обычным механическим поддержание постоянной частоты вращения двигателя и, следовательно, частоты тока на выходе генератора.

Ответив на указанные вопросы, можно переходить к расчету потребной мощности. Для потребителей, не имеющих электромоторов, при расчете берется значение потребляемой мощности, указанное в паспорте прибора. Для потребителей с электромоторами рассчитывается полная потребляемая мощность (не путать с полезной, отдаваемой мотором на валу!), как произведение номинального тока на напряжение и на коэффициент мощности cos ϕ, который для однофазных электромоторов равен cos ϕ = 1, а для трехфазных cos ϕ = 0,8. Кроме того, нужно учесть, что для запуска каждого электромотора потребуется «пусковая мощность», в 3–3,5 раза превышающая его номинальную.

Также электрическая нагрузка бывает линейной и нелинейной. Нагрузки линейного типа создают такие приборы, как нагреватели, электромоторы и трансформаторы. Нелинейные нагрузки возникают от компьютеров, источников бесперебойного электроснабжения, электронных дросселей люминесцентных и газоразрядных ламп и другого силового электронного оборудования, частотно-регулируемых электроприводов, сварочных аппаратов и устройств с насыщаемыми магнитными сердечниками. Нелинейные нагрузки искажают нормальный синусоидальный ток и вызывают возникновение гармоник в электрической системе. В зависимости от величины гармоник и общего нелинейного искажения за счет гармоник, имеющего место в электрической системе, полезная мощность на выходе генераторной установки будет уменьшаться.

ГУ будет основным источником электроэнергии или резервным? Сколько часов в сутки и в неделю должна будет работать ГУ, если она является основным источником питания?

От ответа на этот вопрос зависит выбор бренда и класса по качеству ГУ: чем дольше необходимое время непрерывной работы, тем надежнее и качественнее должна быть установка.

Далее определяется т. н. «профиль нагрузки», т. е. как изменяется величина потребной мощности в течение суток и недели. Если суточные колебания потребности в энергии очень велики, то можно применить не одну большую ГУ, а несколько меньших, подключенных параллельно, и отключать часть из них, когда энергии требуется меньше. Таким образом можно достичь определенной экономии в расходе топлива. Кроме того, имея несколько малых ГУ в разных частях строительного объекта, можно сократить длину дорогих медных электрических проводов  – их не нужно будет тянуть от единственной установки во все концы стройки. Небольшие генераторы проще переносить с места на место.

Итак, мощность ГУ должна удовлетворять потребности стройки в течение всех суток, недели и всего времени строительства. Считать следует тщательно, потому что, когда генератор будет приобретен, заменить его будет сложно. Как уже говорилось, не следует выбирать генератор с большим запасом по мощности, это приводит к неоправданным затратам, но и выбирать установку без запаса по мощности нельзя – в случае форсмажорных обстоятельств энергии может не хватить, строительное оборудование не сможет работать, график работы будет нарушен со всем вытекающими отсюда неприятностями. ГУ должна работать на режимах, составляющих 40–80% от ее номинальной мощности (иными словами, номинальная мощность ГУ должна превышать потребную строительному объекту мощность примерно на 20–30%). На режиме максимальной мощности ГУ может работать 0,5–1 час. Далее может наступить перегрев, и тепловая защита выключит установку. Если ГУ работает с максимальной нагрузкой продолжительное время, подумайте, какое второстепенное оборудование можно отключить, чтобы не перегреть установку, не останавливая при этом основную работу.

Если ГУ будет длительное время работать с недогрузкой, на режимах менее 30% от номинальной мощности, двигатель установки не будет прогреваться, топливо будет сгорать не полностью и в виде сажи и нагара откладываться на поршне, стенках камеры сгорания, поршневых кольцах, попадать в масло, вызывая его ускоренное старение, засорять топливные форсунки и систему выпуска. В результате мощность двигателя будет падать, износ пойдет ускоренными темпами и его ресурс сократится.

Генератор синхронный, асинхронный или инвенторный? Синхронные генераторы переменного тока используются наиболее широко. Синхронные генераторы лучше выдерживают пиковые нагрузки и реактивные токи (до 65% от номинальной мощности), поэтому их рекомендуется использовать для питания мощного электроинструмента. Для питания таких потребителей хватит синхронного генератора меньшей мощности по сравнению с асинхронным. Они лучше всего подходят для использования в резервной установке, потому что мощность на выходе, напряжение и частоту тока можно легко контролировать при использовании ГУ в качестве автономного источника электропитания. Но синхронные генераторы выдают менее «качественный» (то есть с бóльшими колебаниями напряжения) ток, конструктивно сложнее асинхронных, имеют, как правило, более низкий класс защиты от попадания пыли, мусора и воды, так как втягивают внутрь конструкции воздух для охлаждения, чего не нужно делать асинхронным генераторам (у них «закрытая» конструкция).

Асинхронные генераторы более долговечны, более устойчивы к короткому замыканию, выходное напряжение у них имеет меньше нелинейных искажений. Поэтому от них можно запитывать даже электронную, компьютерную технику и приборы без электродвигателей. Однако перегрузки они не выдерживают, и это нужно учитывать при подборе по мощности.

И синхронные, и асинхронные генераторы лучше выбирать бесщеточного «самовозбуждаемого» типа. Они оснащаются регулятором напряжения. Такие установки не требуют обслуживания и не создают помех.

Инверторные генераторы – наиболее современный тип. По массе и габаритам они примерно вдвое меньше синхронных и асинхронных аналогичной мощности, потому что в них генератор напрямую соединяется с двигателем без массивного маховика. В них используется инверторная система с регулятором широтно-импульсной модуляции (ШИМ). К инверторным установкам можно подключить и компьютеры, и электроинструмент. Переменный ток в них преобразуется в постоянный, путем фильтрования очищается от искажений и вновь преобразуется в переменный по нагрузке, в результате получается ток с высокостабильными выходным напряжением и частотой. Также благодаря электронному управлению расход топлива у этих ГУ ниже, чем у аналогичных других типов. Недостатком инверторных ГУ является невысокая мощность. Они чаще всего используются в качестве резервных для небольших предприятий с маломощным оборудованием.

Топливо – дизель, газ, бензин

Можно выбрать ДВС генераторной установки, работающий на дизельном топливе, бензине или газе. Если учесть, что затраты на топливо составляют 80% от общей стоимости владения установкой, к выбору топлива нужно подходить с максимальной ответственностью. Перед тем как определиться с видом топлива, следует проанализировать такие факторы, как наличие места для хранения и ограничения по объемам хранения топлива данного вида на строительном объекте, надежность бесперебойной поставки топлива; стоимость топлива и производительность ГУ в зависимости от используемого топлива.

Дизельные двигатели традиционно экономичны, надежны и долговечны, демонстрируют отличную приемистость при изменениях нагрузки. Хранить дизельное топливо сравнительно несложно, оно не столь пожароопасно, как бензин. Дизель относительно дешев в эксплуатации. Однако пуск дизельного двигателя в зимнее время не всегда гарантирован, ему требуется хорошее зимнее и летнее топливо. По сравнению с бензиновыми дизельные двигатели дороже, тяжелее и имеют более высокий уровень шума.

Если по условиям работы на данном строительным объекте требуется использовать дизельную ГУ, следует проработать вопросы доставки и хранения топлива на объекте. В большинстве случаев для хранения запаса топлива достаточно встроенного в раму установки топливного бака с двойными стенками. Однако если ГУ очень большая или условия работы требуют организации хранения на территории объекта больших объемов топлива, например, в отдаленных труднодоступных местностях, расположенный под рамой установки очень большой топливный бак может быть неудобным: мешать работе и выполнению техобслуживания ГУ, так как установка будет расположена слишком высоко от пола. В этом случае придется разработать более сложную схему доставки и хранения топлива: из большой цистерны насосами топливо перекачивается в бак поменьше, с суточным запасом топлива.

Компания Hyundai-Power выпускает газовые и дизельные ГУ. Дизельная электростанция мод. Hyundai DHY240KE/KSE развивает максимальную мощность 238 кВА/ 190 кВт и номинальную мощность 216 кВА/ 173 кВт. Агрегат способен отдавать максимальную мощность до 500 ч ежегодно, из которых не более 300 ч приходится на непрерывную работу, а номинальную мощность может отдавать неограниченное время, в обоих случаях с установленными перерывами на техническое обслуживание. Масса в защитном кожухе/ контейнере – 2360/ 3250 кг соответственно. Установка может быть укомплектована топливными баками емкостью от 400 до 5000 л. Максимальное время работы без дозаправки (бак 5000 л) – 128,2 ч.

Газовые ДВС более экологичны – у них низкий уровень вредных выбросов в отработавших газах. К тому же газ дешевле жидкого топлива. В результате усовершенствований современные промышленные газовые двигатели с искровым зажиганием приобрели приемистость при изменении нагрузки, сравнимую с дизелями. Производители освоили выпуск ГУ с газовыми ДВС, способными выполнить условие 10-секундного запуска в работу, предусмотренного для резервных источников электроснабжения, которое ранее могли выполнить только дизельные двигатели. Однако пуск газовых двигателей в зимнее время тоже может быть проблемой. Обычно ГУ с газовыми ДВС имеет бóльшие размеры, чем дизель-генератор аналогичной мощности. Следовательно, на выбор также будет оказывать влияние наличие свободного места для размещения ГУ. Кроме того, ГУ на газе будет стоить дороже дизельной, если рассматривать установки мощностью свыше 150 кВт. Производители газовых ГУ говорят об уменьшении объема техобслуживания газового двигателя по сравнению с дизелем, но это вопрос дискуссионный.

Бензиновые двигатели устанавливают на ГУ малой и средней мощности. Они легки и компактны, но имеют меньший по сравнению с дизелями ресурс.