Что такое коэффициент загрузки генератора

Выбирая электростанцию, многие потребители сталкиваются с непониманием ряда технических характеристик, в том числе и такого определения как коэффициент мощности. Между тем данный показатель является достаточно значимым, поэтому мы попытаемся дать здесь его определение словами, понятными не только профессиональному инженеру-электрику.

Для начала немного теории. Любой электрический прибор или подключенная к генератору нагрузка потребляет два вида мощности: активную и реактивную, которые в сумме составляют полную мощность автономной системы энергоснабжения измеряемой в кВА. В свою очередь активная – это та мощность, которая используется непосредственно для совершения работы (выполнения своих функций подключенным потребителем), т.е. полезная, необходимая мощность. В то же время реактивная – это так называемая «пустая» мощность, возникающая у электропотребителя вследствие существующих законов физики и особенностей его конструкции, и постоянно циркулирующая между генератором и потребителем. Не вдаваясь в подробности можно отметить, что чем меньше реактивной мощности потребляет подключенное устройство, тем большее качество энергоснабжения мы получаем и тем меньший по величине номинальной мощности необходим генератор. Почему? Вот здесь и необходимо объяснить понятие коэффициента мощности электростанции.

В целом коэффициент мощности, измеряемый как cos φ, показывает, какую часть от полной мощности вырабатываемой электростанцией составляет именно активная (полезная мощность). Сегодня принято измерять коэффициент мощности в дробных значениях, не превышающих 1, где 1 – это 100% (т.е. из всей заявленной мощности генератора 100% приходится именно на активную её составляющую). Соответственно, при показателе коэффициента мощности 0,8 генератор отдает потребителю 80% активной мощности из всех 100% полной мощности.

Таким образом, значение cos φ является достаточно важным при выборе генераторной установки, так как оказывает прямое влияние на работу подключенных потребителей. Попробуем объяснить.

Допустим, вы приобретаете дизельную электростанцию номинальной мощностью 1000 кВА с показателем коэффициента мощности cos φ равным 0,8. В таком случае генератор может отдать подключенным нагрузкам активную мощность, равную только 800 кВА (1000 кВА * 0,8 cos φ = 800 кВА). При увеличении коэффициента мощности до 0,9 мы, соответственно, получаем актуальную активную мощность, равную 900 кВА. Таким образом, можно сказать, что чем выше показатель cos φ, тем большую активную (рабочую) мощность может отдать генератор потребителям при равных показателях номинальной мощности.

В применении к подбору электростанции непосредственно под конкретные нужды объекта установки, данный показатель определяет, подойдет ли выбранная ДГУ для обеспечения бесперебойным питанием всех подключенных потребителей, либо необходимо остановить свой выбор на электростанции с меньшим показателем cos φ но с большим значением номинальной мощности, и наоборот.

Отдельно стоит сказать, что большинство систем автономного энергоснабжения промышленного класса имеют показатель коэффициента мощности равный от 0,8 до 1. Согласно принятым стандартам типовых оценок качества энергопотребления, показатель cos φ от 0,8 до 0,95 считается хорошим (ниже 0,8 – удовлетворительным, а ниже 0,65 — неудовлетворительным), а от 0,95 до 1 – отличным.

Подводя итог можно сказать, что чем меньший коэффициент мощности имеет электростанция, тем меньшую активную мощность она может предоставить подключенным потребителям, и тем ниже качество потребления электроэнергии за счет увеличения доли реактивной (пустой) мощности. Что приводит к необходимости увеличения полной номинальной мощности дизель-генераторной установки, проведения расчетов по увеличению сечения проводов и другим работам.

Последние статьи на схожую тему

При выборе дизель-генератора следует определить, для каких целей он будет использоваться. Автономные источники энергии бывают резервными и аварийными. Аварийный генератор используется эпизодически, непродолжительное время и рассчитан на малое количество моточасов. Идеально подходит для людей, которые даже на время редких отключений не хотят отказаться от благ цивилизации. Если же от генератора требуется обеспечивать электроэнергией продолжительное время – выбор за резервным генератором, имеющим соответствующий «запас» моточасов.

Какой на самом деле мощности нужен ДГУ?

Очень часто этот вопрос возникает даже у специалистов не говоря о простых обывателях, которые сталкивается с необходимостью подбора дизель-генераторной установки. Не так давно у нас с коллегами зашел спор на эту тему что немудрено, поскольку в техническом описании одной и той же модели ДГУ можно встретить несколько разных параметров мощности с разными названиями единицами измерения и величинами. И это только для самого агрегата в целом не говоря уже о том, что сам двигатель и генератор тоже имеют собственные параметры! Так что же они все значат и на какую нагрузку в конечном итоге можно нагрузить конкретную модель ДГУ? Ведь неправильный подбор может привести к серьезным негативным последствиям вплоть до выхода из строя агрегата не говоря уже о лишних расходах. Попробуем внести ясность в этот вопрос.

Сначала мы разберем какие есть у ДГУ режимы работы. В соответствии со стандартом ISO 8528 ДГУ может использоваться в трех различных режимах работы:

Режим Standby – ДГУ используется как резервный источник, для аварийного питания на период отсутствия питания внешней сети, наработка до 200 часов в год при максимальной мощности.
Режим Prime – ДГУ используется как первичный источник, может работать неограниченное время на переменной нагрузке до 70% от максимальной мощности или не более 500 часов в год на 90% от максимальной мощности.
Режим Continuous – ДГУ используется как основной источник и может работать неограниченное время на заявленной в данном режиме мощности – обычно это 70% от максимальной мощности.

Из описания режимов мы уже видим, что при различных условиях одна и та же ДГУ способна обеспечить питанием различные по мощности нагрузки. Это объясняется тем, что на максимальной мощности ДГУ может работать только ограниченное время. Работа на мощности равной 70% от максимальной является наиболее оптимальной для дизельного двигателя и в этом режиме ДГУ может работать неограниченно долго. При этом любой дизель-генератор имеет два значения мощности: PRP – основная мощность и LTP – мощность ограниченная во времени или резервная мощность обычно LTP это 110% от основной.

Теперь можно перейти к описанию какая бывает нагрузка – нагрузка может быть активной и реактивной. Активная нагрузка это все потребители, которые преобразуют электрическую энергию в тепло и свет, к ним относятся лампы накаливания, чайники утюги электроплиты и тд. Данные приборы в своих электрических схемах не содержат емкости и индуктивности. Реактивная нагрузка напротив содержит ёмкости и индуктивности, они генерируют электромагнитные поля, накапливают и отдают электроэнергию. Типичной реактивной нагрузкой является электродвигатель.

Двигатель ДГУ нагружает активная нагрузка, но величина тока протекающего по генератору определяется суммой активной и реактивной нагрузки, эта сумма и является полной мощностью. Вот почему в техническом описании для каждого значения мощности (PRP и LTP) мы можем увидеть 2 мощности с разными единицами измерения. Одна из них полная и измеряется в киловольт-амперах (кВА), а вторая активная и измеряется в киловаттах (кВт). Для расчета полной или активной мощности используется коэффициент мощности — cosf, обычно он указывается на приборах которые относятся к реактивной нагрузке и равен 0,8. Таким образом если активная мощность Р составляет 100кВт то полная S будет равна Р/0,8=125кВА.

Как мы видим в каждом конкретном случае ДГУ надо выбирать исходя из конкретных потребностей, учитывая все факторы: тип нагрузки, режим работы и многое другое. Это задача успешно решается нашими специалистами в ходе проектирования при подборе оборудования для конкретного объекта. Конечно, для грамотного подбора требуются исходные данные и предварительные расчеты, которые будут учитывать тип всех потребителей их пусковые токи и прочие характеристики. Недостаточно просто сложить мощности всех приборов и на получившийся результат подобрать ДГУ, надо учитывать коэффициент использования электроприборов, что то работает только в дневное время, а что то наоборот ночью. Если подбор осуществлять неграмотно ДГУ может оказаться как сильно переразмерен так и напротив быть недостаточно мощным – все это отрицательно скажется как на стоимость так и на дальнейшую эксплуатацию. Электроагрегат работ оптимально, когда мощность подключенной к нему нагрузки составляет от 40 до 80% максимальной мощности. Кроме того надо учитывать шаг наброса нагрузки, ДГУ не способен принять сразу 100% своей мощности. Нагрузка должна нарастать плавно, максимальная нагрузка, которую ДГУ способен взять за один раз составляет обычно 50%, но зависит конечно от типа и характеристик конкретной модели. Для выполнения такого ограничения использует обычно специальный диспетчер нагрузки, который обеспечивает плавный наброс подключая потребителей постепенно. Все электромоторы имеют очень большие пусковые токи. Возникает вопрос как это учитывать при подборе ДГУ? Необходимо сложить пусковые токи всех одновременно запускаемых приборов и эта величина не должна превышать максимальную мощность ДГУ. Также можно использовать устройства плавного пуска приборов, которые позволяют контролировать пусковой ток. Кроме того существуют варианты когда нагрузка от потребителей сильно меняется в зависимости от каких то факторов, например времени года. Хорошим примером здесь является котельная – большое потребление электропитания зимой и совсем незначительное летом. Вполне вероятно что величина нагрузки на ДГУ летом будет даже меньше минимально необходимой и в этом случае что бы обеспечить работоспособность придется искусственно нагружать ДГУ до требуемой величины. Обычно минимум нагрузки составляет 30% от максимальной мощности. Хорошим решением в этом случае будет связка из нескольких электростанций. Установки могут работать как отдельно так и синхронно все вместе. Умные панели управления будут самостоятельно отслеживать необходимую мощность и оставлять в работе столько ДГУ сколько требуется, автоматически подключать или останавливать электроагрегаты ориентируясь на запрограммированные уставки мощности – минимальные и максимальные значения при этом все ДГУ будут работать в оптимальном для себя режиме. Кстати несколько установок могут стоить даже дешевле чем одна станций большой мощности. Еще раз хочу обратить внимание – если мощность одной ДГУ или комплекса из нескольких станций подобрана неверно это приведет к серьезным проблемам. Например вы покупаете станцию подобрав мощность самостоятельно «на глазок» ошиблись и стоило взять агрегат помощнее, в итоге в процессе эксплуатации агрегат будет подвергаться повышенным нагрузкам это обязательно скажется на ресурсе двигателя снизит срок эксплуатации и приведет к повышенному расходу топлива и масла. Если вы не обладаете достаточным опытом и знаниями для правильного подбора ДГУ вам обязательно надо обратиться за помощью к специалистам. Наша компания накопила колоссальный опыт в этом вопросе и мы с радостью поделимся им с вами и поможем с правильным выбором. Звоните и наши сотрудники помогут вам определиться, подобрать надежное и качественное оборудование. Мы примем во внимание все факторы и нюансы, рассчитаем необходимую мощность предоставим гарантию на результат и ваша ДГУ будет радовать вас долгие годы своей надежной работой.

Вопросы по выбору бензогенератора

Мечты о энергонезависимости в данное время уже не являются чем-то далеким и несбыточным. Приобрести генератор (электростанцию) также просто, как и любой другой строительный инструмент — выбор этого оборудования настолько широк, что многие потенциальные покупатели просто теряются во всем этом разнообразии. Так ли это сложно — выбрать генератор для собственных нужд?

Генератор для постоянной работы или аварийный источник электроэнергии

Генераторы малой мощности используют одинаково часто как строительные, ремонтные бригады, так и частные лица. В первом случае генератор будет являться основным источником электроэнергии на площадке, а в частном хозяйстве ему уготована роль аварийного источника электроэнергии. Только не стоит рассматривать генераторы в качестве альтернативы стандартным источникам электроэнергии — это крайне дорогое удовольствие, себестоимость 1 кВт электроэнергии получается очень высокой. Даже на строительной площадке генераторы чаще всего используются только на первом этапе, до подвода электролинии. Однако, важным условием для такого рода оборудования является достаточная мощность, продолжительность работы и моточасы, а точнее, ресурс генератора.

Давайте разберемся с мощностью генератора

Выбирая генератор любой потребитель, прежде всего, обращает внимание на такой показатель, как мощность, совершенно забывая о том, что есть не только разделение на 1 фазные и 3 фазные генераторы разной мощности, но и целый ряд других характеристик, которые следует учитывать. В первую очередь нужно знать, что производители в большинстве случаев указывают максимальные параметры своего изделия (в данном случае мощность). Этот результат вы сможете получить от генератора только в течении короткого промежутка времени. Если провести аналогию с автомобилем, то вы исключительно редко эксплуатируете автомобиль на пике его возможностей, загоняя стрелку тахометра в красную зону шкалы. Для того, чтобы определить реальные возможности генератора вам, прежде всего, найти такой параметр, как коэффициент мощности, или, как его часто обозначают в технической документации к изделию, cos ф (косинус фи).

Если вы не находите данный параметр, не ленитесь, спросите его у продавца. Некоторые производители сознательно не указывают подобные данные с целью выдать свое изделие за более мощное. Приведем простой расчет. Электрогенератор вырабатывает 5 кВА, коэффициент мощности генератора (cos ф) составляет 0,8. Реально, что можно получить от вашего генератора это 4 кВт. Некоторые производители указывают на своих изделиях коэффициент мощности, который равен единице и при этом указывают реальную выходную мощность электростанции. Для того, чтобы у Вас не вызывало затруднений сразу же объясним, что означают такие величины, которые встречаются в технических характеристиках, как кВА и кВт:

— кВА это киловольт-амперы. Это так называемая суммарная мощность (активная и реактивная)

— кВт это киловатты. Этот показатель нам важен в момент выбора генератора, так как он показывает активную мощность

Косинус фи (cos ф) равный 0,8 чаще всего указывают на европейских изделиях. Принято в европейских стандартах, что изделие может работать на предельной нагрузке не более 10% времени (например, не более 2 часов за 24 часа непрерывной работы). У японцев несколько иные стандарты. Они допускают, что изделие может работать с перегрузкой не более 1,5% от рабочего времени. По этой причине разница косинуса фи для европейских и японских генераторов будет достаточно большой.

Давайте это рассмотрим на примере конкретных изделий: бензинового генератора Makita EG 410 C и бензинового генератора Glendale GP4000L-GEE с АКБ . Параметры этих генераторов примерно одинаковы. В обоих случаях применяются 4 х тактные, 1 цилиндровые двигатели с верхним расположением клапанов, воздушным охлаждением. Оба генератора однофазные. Есть только отличия в объеме топливного бака и способе запуска двигателя. Если генератор Makita EG 410 C стоит около 28000 рублей, имеет топливный бак объемом 5,6 л. и ручной запуск, то электрический генератор Glendale GP4000L-GEE стоит около 30 000 рублей, имеет бак объемом 25л. и кроме ручного запуска дополнительно оснащен электростартером, который работает от аккумуляторной батареи. А вот прочитав еще раз внимательно все данные, которые указаны на изделиях, можно задуматься.

Фирма Makita дорожит своей многолетней репутацией производителя качественного инструмента и оборудования. На генераторе указаны два параметра:

— Максимальная мощность 4,1 кВт (а не кВА, как должно быть на самом деле);

— Номинальная мощность 3,5 кВт.

Соответственно, коэффициент мощности генератора будет составлять приблизительно 0,85.

В документации на генератор Glendale GP4000L-GEE нет указаний на то, какая именно номинальная мощность изделия. Однако, вызывает сомнение, что заявленная мощность в 3,8 кВА/кВт соответствует действительности. Особенно если внимательно прочитать наименование модели. Скорее всего, реальная номинальная мощность данного изделия будет около 3,2 кВт. По всей видимости, производитель просто указал несколько завышенную номинальную мощность генератора. И все же, нужно отдать производителю должное, что данная мощность не указана как номинальная.

Возникает резонный вопрос — зачем нам знать такие технические тонкости? Ответ очень прост. Мы рассматривали выше достаточно мощные генераторы, которые к тому же являются далеко не дешевыми изделиями. Некоторые потребители (это в полной мере относится как к тем, кто профессионально используют генераторы, так и к тем, кто приобретает генератор для дома) наивно полагают, что достаточно будет приобрести генератор такой же мощности, как и оборудование, которое планируется к нему подключить. Вот здесь и кроется одна из самых больших ошибок.

Как правильно подобрать генератор под определенное оборудование

Давайте попробуем подобрать генератор для «домашних» целей. Прежде всего, нам нужно определить список тех приборов, которые будут подключены к нашему генератору. Это нужно для того, чтобы знать, какие именно нагрузки «лягут на плечи» нашего генератора.

Естественно, что первыми в этом ряду будут лампочки, которые можно отнести к разряду активной нагрузки. К этому же виду нагрузки относятся электрические печи, обогреватели (без вентиляторов), чайники. Вентиляторы, кондиционеры, насосы, электроинструменты, пылесосы и многие другие потребители, которые имеют в своей основе электродвигатель, относятся к нагрузке с индуктивной составляющей (индуктивная нагрузка или реактивная нагрузка).

Если вам необходимо, чтобы в помещении светилось несколько лампочек и работал масляный обогреватель, то для выбора генератора вам будет достаточно посчитать суммарную мощность этих активных потребителей. Например. В доме будет гореть 5 лампочек по 100 Вт, работать обогреватель мощностью 1 кВт, а также электрическая печь мощностью 1,5 кВт. Для этих потребителей вам достаточно будет электростанции мощностью 3 кВт (суммарная мощность всех активных потребителей электроэнергии). А вот дальше начинаются определенные сложности. Если небольшой генератор с легкостью обеспечит вас электроэнергией для лампочек, то с пылесосом ему попросту не справиться.

Дело в том, что пылесосы оснащены достаточно мощными электродвигателями, для которых нужно учесть поправку при подборе генератора соответствующей мощности. Эта поправка составляет около 1,25. Также стоит учитывать коэффициент мощности самого генератора. Если взять все тот же генератор Glendale GP4000L-GEE, то с лампочками проблем у вас не возникнет, а вот с пылесосом… Давайте просто посчитаем. Мощность хорошего пылесоса около 1,8 кВт, как мы писали выше, поправка составляет 1,25. Значит, что для нормальной работы данного потребителя нужно 2,25 кВА. Учитывая коэффициент самой электростанции, получаем, что для нормальной работы пылесоса нам нужна электростанция, которая имеет номинальную мощность около 2.8 кВт. Только в таком случае все изделия будут работать без перегрузки. Однако подключить какой либо еще потребитель электроэнергии к данному генератору будет большой ошибкой. Генератор Glendale GP4000L-GEE позволит вам использовать пылесос и несколько других активных потребителей электроэнергии.

Вот поправочные коэффициенты к некоторым видам инструментов и бытовой техники:

— электрическая дрель мощностью 750 Вт имеет коэффициент 1,2;

— домашний деревообрабатывающий станок мощностью 2,3 кВт коэффициент 1,3;

— водяной подкачивающий насос мощностью 850 Вт коэффициент 1,25;

— бетономешалка мощностью 900 Вт коэффициент 3,5;

— холодильник мощностью 500 Вт коэффициент 3,2.

Вот и получается, что не так-то просто выбрать генератор, зная только мощность потребителей электроэнергии и мощность самого изделия. Если Продавец не владеет подобной информацией о том генераторе, который пытается продать — лучше выбрать другое место для покупки.

Устройство генератора достаточно простое. Все производители выпускают свои изделия, которые очень похожи одно на другое: металлическая рама или основание, на которое на специальных амортизаторах (чаще всего резиновых) крепится двигатель и генератор. Двигатели используют либо дизельные, либо бензиновые. В последнее время появились электрогенераторы, которые работают на газе. Выбирая генератор, особое обратите внимание на двигатель. Самые распространенные и наиболее качественные бензиновые двигатели производят фирмы Briggs&Stratton, Honda, Yamaha, Subaru. Желательно, чтобы двигатель имел верхнее расположение клапанов (OHV).

Именно такими двигателями оснащают электростанции, которые рассчитаны на продолжительную работу и именно эти двигатели имеют достаточно большой моторесурс. Желательно, чтобы ваш генератор был оснащен стартовым усилителем. Данная опция позволяет сглаживать все нагрузки, которые возникают в момент запуска мощного потребителя электроэнергии. Есть электростанции, которые оснащаются специальной автоматикой, благодаря которой в момент отключения электроэнергии ваша станция запустится автоматически и подаст в сеть потребителя электричество. Нужно заметить, что данное оборудование достаточно дорогое и нужно выполнить целый ряд технических условий, прежде чем установить данный генератор. Так, например, бензиновый генератор Endress ESE 1206 DHS/A-GT ES ISO стоит в настоящий момент порядка 183 000 рублей. Согласитесь, далеко не каждый семейный бюджет позволит с легкостью делать подобные приобретения. Стоит также отметить, что для подобных изделий вам может понадобиться выделить либо построить отдельное помещение, либо приобрести специальный защитный кожух для того, чтобы установить генератор на улице. Все электрогенерирующие установки с двигателями внутреннего сгорания периодически нуждаются в квалифицированном сервисном обслуживании.

При всей простоте конструкции, производство генераторов — это достаточно сложный и трудоемкий процесс. В последнее время на рынке появилось большое число самых разных моделей генераторов от самых разных производителей. Но, даже если электростанция оснащена двигателем известного производителя, то это вовсе не означает, что перед вами продукт высокого качества. Очень часто предлагают электростанции, которые оснащены двигателями «типа Хонда» (как говорят на рынке). При внешнем осмотре и в самом деле можно уловить сходство. Однако сходство вовсе не означает качество. А уж за ресурс этих изделий и вовсе не стоит говорить. Если вы внимательно послушаете продавцов на рынке (читайте — на базаре), то вам будут практически даром предлагать исключительно европейские изделия (бельгийские, немецкие, французские). Вас не настораживает тот факт, что в Европе просто не существует подобных заводов, а те адреса, которые указаны в паспортах на подобные изделия — это просто адреса небольших офисов? На самом же деле вся подобная продукция имеет одну страну происхождения — Китай. Реальных европейских и японских специализированных производителей подобной техники очень мало и их продукция очень дорого стоит. Но она и в самом деле стоит этих денег.

Вот и получается, что если мы решили приобрести не маленький генератор, который в условиях загородной поездки на природу обеспечит вас электроэнергией, а желаем правильно подобрать электростанцию, которая позволит вам максимально полностью удовлетворить все потребности, то стоит обратиться за помощью к профессиональным продавцам подобной техники. Только тогда вы будете уверены в том, что ваш генератор и все те потребители, которые вы к нему подключаете, будут работать долго и без поломок.

Оптимизация загрузки дизель-генераторов автономной системы электроснабжения куста буровых установок

Современное развитие нефтегазовых промыслов отличает все большее их удаление от энергетических и транспортных центров, ужесточающее требование к рациональному использованию энергии топлива автономных электростанций. В то же время, особенности электропотребления при разведочном бурении скважин, где составляющая энергозатрат достигает порядка 7-10% себестоимости проходки, предъявляют специфические запросы к системе электроснабжения (СЭС), в том числе по условию энергосбережения на предприятии. В результате фазового сдвига гармоник тока и напряжения, обусловленного применением электротехнологического оборудования, преобразующего электрическую энергию при помощи дискретного управления коммутации ключевых вентильных элементов (различного типа преобразователи) в распределительную сеть СЭС, генерируется реактивная мощность (РМ) и мощность искажения, снижающие энергетические показатели привода производственных механизмов. Если преобразователи подключены к автономной СЭС, мощность которой не намного превышает суммарную мощность нелинейной нагрузки, применение общеизвестной формулы для расчета РМ фильтрокомпенсирующих устройств (ФКУ):

где Q₁ — РМ, потребляемая на основной частоте (50 Гц); U — действующее значение напряжения в точке присоединения ФКУ; I₁ — действующее значение тока основной гармоники; φ₁ — угол сдвига между напряжением и током основной гармоники, не корректно.

Коэффициент мощности подобных СЭС — λ, следует определять как:

где I_RMS — среднеквадратичное (эффективное) значение тока СЭС; α — угол регулирования, а γ — угол коммутации, соответствующий моменту открытия вентилей. Следует также учитывать возможность образования на одной из частот гармонического спектра тока СЭС резонансного режима между емкостным сопротивлением установки компенсации РМ и индуктивным сопротивлением сети, повышающего значение λ (2) и потери в СЭС.

Рассмотрим особенности выбора ФКУ автономной СЭС на конкретном примере энергетического комплекса буровой установки БУ 4500/270, электроснабжение которой осуществляется от 6-ти дизель-генераторов (ДГ) суммарной мощностью 4800 кВА (6×800кВА), причем около 80% электроэнергии потребляется в преобразованном виде. Минимальный допустимый коэффициент загрузки ДГ — k_з = 0,4-0,5 от номинальной (паспортные данные). В режиме ожидания загрузки до указанного выше значения и времени синхронизации генераторов, в СЭС вводится блок регулирования мощности (БРМ) — сборка параллельных групп активных сопротивлений, также необходимый для устранения перехода генераторов в двигательный режим — «гашения» энергии рекуперативного торможения двигателей лебедки при спуске буровой колонны. Отметим, что установленное на стороне 6,3 кВ штатное ФКУ-6-1350У1 отключено, поскольку в СЭС рассматриваемого комплекса не обеспечивается мощность КЗ (не менее 30 МВА), регламентируемая предприятием-изготовителем для его эксплуатации. Снятый измерительной системой ION Enterprise, установленной в вводной ячейке, график электропотребления БУ за цикл (147 ч) проводки скважины показан на рис. 1. Промежутки времени 1-7 и 331-343 соответствуют полному отключению БУ; 7-51 и 172-331 — работе БРМ; 51-172 — режиму бурения. Средневзвешенное значение коэффициента мощности (2) — 0,52, эквивалентно потреблению 1,62 квар РМ на 1 кВт активной (рис. 1). Расчетная максимальная активная и РМ режима работы привода лебедки — 1760 кВт и 1980 квар, следовательно, для обеспечения подъемно-спусковых операций требуется параллельная работа 4-х ДГ. Однако большую часть времени цикла подъема или спуска свечи ДГ будут недогружены. В результате значительную часть выработанной ими электроэнергии необходимо рассеивать на БРМ, тиристорное (пропорциональное углу α) управление которым приводит к значительному потреблению РМ, увеличению потерь и нерациональному расходу моторесурса ДГ. Из приведенных в табл. 1-3 данных видно, что динамическая (в режиме реального времени) компенсация РМ в диапазоне до 1600 квар позволит максимально приблизить электропотребление СЭС к активному (примерно 1250 кВА) и обеспечить работу БУ от двух ДГ с k_з = 0,78. Величину РМ ступени компенсации можно принять кратной максимальной мощности коммутации тиристорных контакторов (для контакторов типа TSL-AT-690 равного 100 квар).

Рис.1. График электропотребления БУ 4500/270 за один из циклов проходки скважины

Измеренное потребление РМ при различных режимах работы БУ-4500/270*

Таблица 1. Режим ожидания бурения. Работают три ДГ

Наименование присоединения	Активная мощность, кВт	Реактивная мощность, квар	Полная мощность, кВА	cos φ	Требуемая РМ компенсации, квар
Собственные нужды	186	178	257,44	0,73	38,5
Главный привод, режим ХХ	5	7	8,6	0,61	3,25
БРМ	149	367	396,09	0,38	255,25
Верхний привод, режим ХХ	12	14	18,44	0,65	5
ИТОГО	302

Таблица 2. Режим бурения. Работают два буровых насоса. Лебедка в режиме удержания веса колонны

Наименование присоединения	Активная мощность, кВт	Реактивная мощность, квар	Полная мощность, кВА	cos φ	Требуемая РМ компенсации, квар
Собственные нужды	334	395	517	0,647	144,5
Главный привод	912	1700	1930	0,473	1016
БРМ, выключен	0	0	0	1	0
Верхний привод,	104	768	775	0,135	690
ИТОГО	1850,5

Таблица 3. Режим спускоподъемных операций. Максимальный вес на крюке 128 тонн. Глубина забоя 2491,2 м

Наименование присоединения	Активная мощность, кВт	Реактивная мощность, квар	Полная мощность, кВА	cos φ	Требуемая РМ компенсации, квар
Собственные нужды	240	183	302	0,795	3
Главный привод: подъем пустого блока	136	566	582	0,234	464
Главный привод: подъем максимального веса буровой колонны	601	1311	1433	0,417	860,25
Главный привод: спуск	— 163	842,3	857,9	0,19	720,05
Главный привод: торможение	91	786	791	0,11	717,75
Верхний привод: режим ХХ	12	13	18	0,669	10,6

*По результатам технического аудита, выполненного ООО «А.Д.Д. Сервис»

Таким образом, при условии компенсации РМ до значения cos φ = 0,8, были выбраны следующие технические параметры автоматизированных ФКУ (табл. 4).

Таблица 4.

Наименование присоединения	Напряжение, кВ	РМ компенсации, квар	Тип компенсации
Главный привод	0,66	1000	динамическая
Верхний привод	0,66	700	динамическая
Собственные нужды	0,4	150	динамическая

Как известно, частичная локализация наиболее мощных гармоник непосредственно в узлах присоединения преобразователей обеспечивает защиту и выполнение конденсаторными батареями функции компенсации РМ. Поэтому следующий этап расчета заключался в определении требуемой частоты расстройки фильтрокомпенсирующих ступеней. По данным анализа, проведенного в течение 72 часов работы БУ ряда последовательных периодических измерений присутствующего в сети 0,66 кВ гармонического спектра, наибольшее зафиксированное значение THD (total harmonic distortion) составило 47 %, наименьшее — 20 %, превалирующими оказались 5-я и 7-я гармоники (рис. 2). В свою очередь, среднее значение коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения — k_u [1] за время измерения — 13,5 % выше предельно допустимого (12,0 %) для СЭС общего назначения [1]. Следовательно, в рассматриваемой СЭС для компенсации РМ необходимо предусмотреть применение частотно-расстроенных (detuned systems) звеньев «дроссель-батарея конденсаторов» — последовательное включение с косинусными конденсаторами специальных фильтрующих дросселей, обеспечивающих подавление 5-ой и 7-ой гармоники не менее, чем на 6 дБ, и исключающих появление резонансного режима контура «трансформатор + ФКУ».

Рис.2. Гистограмма гармонического спектра напряжения на шинах 0,66 кВ подключения трансформаторов преобразователей БУ

На основании вышеизложенного в автономной СЭС комплекса БУ 4500/270 было рекомендовано установить быстродействующую, регулируемую ФКУ суммарной РМ 1600 квар (табл. 4) для компенсации РМ приводов БУ (рис. 3-5). Практически, после подключения ФКУ режим бурения (максимальной нагрузки, табл. 1) обеспечивался работой 4-х ДГ, вместо 6-ти в случае отсутствия компенсации. В среднем режим максимальной нагрузки составляет около 70% производственного цикла БУ, поэтому экономия топлива и моторесурса ДГ очевидна. Отметим, что при спускоподъемных операциях (табл. 3) подключение ФКУ позволило вывести из работы один ДГ (электроснабжение осуществляется от 3-х ДГ).

Рис.3. Внешний вид автоматизированной ФКУ мощностью 1600 квар (16 ступеней регулирования по 100 квар) на номинальное напряжение 660 В сети с изолированной нейтралью.

Отдельно показаны электрический шкаф с тремя блоками ступеней компенсации ФКУ и установленным на двери автоматическим регулятором РМ типа BR 6000-Т12, а также дополнительный электрошкаф реактора для вывода средней точки подключения фильтрокомпесирующих звеньев ступеней

Остановимся более подробно на конструкционных особенностях автоматизированной ФКУ, учитывая требуемое быстродействие переключения ступеней, уровень номинального напряжения (660 В) и режим работы (на сеть с изолированной нейтралью). В этом случае совместно с регулятором РМ типа BR 6000-T12 (быстродействующий регулятор с транзисторными выходами, алгоритм работы которого обеспечивает поддержку заданного значения cos φ) используется адаптер 4R9702. Вход адаптера присоединяется к трем фазам сети, а выход — к клеммам подачи измерительного (не превышающего значения 300 В) напряжения регулятора. При этом входы измеряемого напряжения и напряжения питания регулятора РМ должны быть разъединены. Однофазные косинусные конденсаторы 12,5 и 15 квар на номинальное напряжение 525 В соединены «звездой» и через трехфазные фильтрующие дроссели (коэффициент расстройки 5,67 %) подключены к выходу полупроводниковых контакторов TSL-AT-690 коммутации ступеней, схема управления которых получает питание от внешнего источника (=24 В). Применяемые конденсаторы обладают свойством «самовосстановления» и снабжены предохранителем избыточного давления. Для подключения средней точки конденсаторных батарей к компенсируемой сети в ФКУ установлен трехфазный реактор с выведенной средней точкой и соединением обмоток по схеме «зигзаг». Таким образом снижено значение допустимого прямого тока и обратного напряжения полупроводниковых (симисторных) ключей контактора TSM-AT-690. Встроенный в контактор TSM-AT дисплей отображает уставку и измеренные значения параметров меню и выдает текстовые сообщения об ошибках. Аварийное реле отключает контактор при достижении критических значений контролируемых параметров. Каждая из 16-ти фильтрокомпенсирующих ступеней снабжена выключателем-размыкателем типа SR00RT с контролем состояния быстродействующих плавких предохранителей подвижных контактов (в разомкнутом положении обеспечивается видимый разрыв коммутируемой цепи). Принятое соотношение мощности включения ступеней: 1:1:1:1:2:2:2:2:2:2. Все элементы автоматизированной ФКУ смонтированы в электрощитах размером 2200×800×1000 мм (рис. 3), оборудованных, управляемыми термореле, системами вентиляции и подогрева, и установленных в передвижном контейнерном модуле (рис. 4, 5). Силовые кабели подключения шкафов проложены по кабельной эстакаде. Подобное исполнение обеспечивает возможность демонтажа и перемещения ФКУ.

8 простых шагов для осознанной покупки бензогенератора: распечатай и запомни

Чем холоднее на улице, тем больше ценишь блага цивилизации. Освещение, горячая вода, отопление — вся инженерка в загородном доме зависит от электричества. Если его выключили или на линии случилась авария, а снаружи мороз — беда. В этой ситуации сделаешь всё, чтобы не замерзнуть, и не сидеть в темноте. В форс-мажорной ситуации, одним из вариантов спасения дома и его жильцов, становится электрический генератор. Расскажем, как его выбрать.

Как выбрать электрический генератор
Как рассчитать предполагаемую нагрузку на генератор
Как рассчитать мощность генератора
Таблица, для расчета мощности генератора по пиковой нагрузке
Плюсы и минусы бензиновых и дизельных генераторов
Какой генератор купить — одно- или трёхфазный
Как сократить затраты на покупку генератора

Базовые принципы подбора генератора

Если вы забьёте в поисковике словосочетание «купить генератор или электростанцию», то интернет выдаст десятки моделей с разной стоимостью, мощностью и «наворотами». Глаза разбегается. Как выбрать, оптимальную модель бензогенератора и не переплатить? Воспользуйтесь простым алгоритмом от FORUMHOUSE и разбейте процесс подбора на шаги:

Подумайте, для каких целей вам нужен бензогенератор?

Для резервного электроснабжения основных потребителей в загородном доме при временном отключении электричества.
Для длительной и постоянной работы и электроснабжения мощных потребителей.
Для редких поездок на дачу или на природу — рыбалку, охоту и т.д.

Определите вашу основную группу потребителей электричества.

Например, зимой у вас в доме отключили свет. Вам нужно запитать:

освещение;
телевизор и ноутбук;
холодильник;
газовый котёл;
циркуляционный насос;
скважинный насос или насосную станцию.

Второй вариант, вам нужно строить дом. Электричества на участке нет, или, его часто и надолго отключают. В этом случае, ваша приоритетная группа потребителей:

Электрические инструменты — дрель, болгарка, перфоратор, циркулярная пила и т.д.;
Бетономешалка.
Сварочный инвертор.
Погружной или дренажный насос.
Мощные прожекторы освещения.

Третий вариант — вы редко выбираетесь на дачу или едете за город на пикник. Ваша группа потребителей:

Несколько осветительных приборов.
Ноутбук, телевизор.
Зарядники для мобильных устройств.
Небольшой переносной холодильник.
Маломощный насос.

Определив необходимый список устройств для резервного электроснабжения, выпишите на листок бумаги их потребляемую мощность.

Мощность потребителя указывают на табличке на корпусе, где написаны его технические характеристики, или в инструкции по эксплуатации.

Допустим, после подсчёта, у вас получилось, что общая потребляемая мощность всех необходимых вам приборов не превышает 2.3 кВт. Вы открываете список генераторов в интернет-магазине. Смотрите технические описания моделей. Видите, что есть подходящая вам по цене электростанция. Производитель указал, что:

Номинальная мощность оборудования – 2 кВт.
Максимальная мощность оборудования – 2.5 кВт.

Вы думаете, что этого генератора вам хватит «за глаза». Не спешите делать выводы. Надо учесть важные моменты.

Как рассчитать необходимую вам мощность генератора?

Чтобы разобраться в этом вопросе, запомните, что:

При номинальной мощности генератор может работать продолжительное время, т.к. он эксплуатируется в оптимальном режиме, предусмотренном производителем.
На максимальной мощности, в зависимости от модели и её характеристик, генератор может работать лишь непродолжительное время, после чего уйдёт в защиту из-за перегрузки.

Так, значит генератор, номинальной мощностью 2 кВт не подходит. Так какой купить? Вам нужно рассчитать мощность оборудования, в зависимости от предполагаемой нагрузки, и добавить к ней резерв. Делается это так:

Вы уже записали совокупную мощность приборов, которые вы хотите запитать от генератора.

К этой мощности прибавьте запас + 10 — 20%.

Также надо учесть коэффициент пускового тока. Почему это так важно? При старте некоторых видов электрического оборудования — скважинного насоса, бетономешалки, холодильника, они потребляет большую мощность, чем указано на корпусе или в инструкции. Сравнительные данные приведены в таблице.

Допустим, что номинальная и пусковая мощность лампы накаливания 80 Вт, коэффициент пускового тока 1. А вот пусковая мощность киловаттного погружного насоса и бетономешалки уже 5 и 3.5 кВт, т.к. коэффициент 5 и 3.5. Т.е., генератор без запаса по мощности, просто не потянет оборудование на старте.

Пример расчёта мощности электрической станции

Предположим, что вы хотите подключить к генератору:

Лампу накаливания — 100 Вт х 1 (коэффициент пускового тока) = 100 Вт.
Холодильник — 700 Вт х 3.5 (коэффициент пускового тока) = 2450 Вт.
Насосную станцию — 800 Вт х 5 (коэффициент пускового тока) = 4000 Вт.
Телевизор – 300 Вт х 1 (коэффициент пускового тока) = 300 Вт

Итого: 100 + 2450 + 4000 + 300 = 6850 Вт + 10% (запас мощности), т.е. — 6850 х 1.1 = 7535 Вт.

Выводы

В завершении статьи приведём ответы на самые частые вопросы, которые помогут вам сориентироваться при выборе генератора.

Какой генератор купить? Бензиновый или дизельный?

Каждый тип оборудования имеет как плюсы, так и минусы. Для ориентира:

Если вам нужен генератор как резерв, на случай редких отключений электричества и мощностью не более 10 кВт, то оптимальный выбор – бензиновая электростанция.

Основные плюсы бензогенератора:

Стоит дешевле, чем дизельный.
Лучше заводится на морозе.
Проще в обслуживании и ремонте.

Плюсы дизельной электростанции:

Меньший расход топлива, чем у бензогенератора.
Больший, чем у бензогенератора, ресурс двигателя.

Минусов у дизеля тоже хватает:

Больший вес, чем у генератора с бензиновым двигателем.
Затруднён пуск на морозе, поэтому дизель лучше ставить в специально оборудованном и обогреваемом помещении.

Какой генератор выбрать: однофазный и трёхфазный?

Если при исчезновении электроэнергии вам нужно запитать трёхфазный потребитель, то трёхфазник — ваш вариант. Большинству же загородных жителей, требуется подключить в доме только стандартное однофазное оборудование на 220В, поэтому нет смысла переплачивать за 380В.

Я рассчитал необходимую мощность генератора. Получилось, что мне нужна слишком дорогая электростанция. Я не хочу тратить на бензогенератор много денег. Что делать?

Можно уменьшить количество подключаемых потребителей, оставив лишь необходимый минимум, или немного «схитрить». Например, не включать сразу холодильник и погружной насос, а, при отключении света, пользоваться техникой по очереди. Включили насосную станцию (холодильник выключен), набрали воды, выключили её. После этого включили холодильник и т.д., алгоритм понятен. С электроинструментом ещё проще. Навряд ли вы будете одновременно пользоваться бетономешалкой, болгаркой, сваркой и перфоратором. Работайте сначала одним инструментом, а потом другим.

У нас есть тема, из которой вы узнаете Какой генератор выбрать и купить.

Рекомендуем по-настоящему «горячие» зимние статьи:

Резервное отопление загородного дома газовым конвектором: преимущества резервного отопления газовыми конвекторами, как самостоятельно установить газовый конвектор, как рассчитать расход газа в время непрерывной работы конвектора.
Автономный дом: базовые принципы строительства: что такое автономный дом, какие инженерные решения чаще всего применяются в автономном доме.
Система резервного питания в загородном доме: пошагово, фото схемы, варианты подключения аккумуляторов, ИБП и инверторов.

В видео — Сборка электрического щитка в загородном доме: ввод электричества в дом, подключение бензогенератора и потребителей.

Расчет нагрузки электростанции

С чего начать?

При покупке электростанции необходимо правильно рассчитать нагрузку, которая будет от нее питаться, чтобы правильно выбрать мощность и технические характеристики устройства. Для этого следует определиться с перечнем всей техники на объекте, работающей одновременно и выделить среди нее наиболее важные точки, так называемых «тяжелых» электропотребителей для генераторов. К последним относят электрические приборы с электродвигателем (компрессоры, насосы, холодильники и т.д.), поскольку они характеризуются наличием больших пусковых токов, которые в момент старта кратковременно увеличивают показатель потребляемой мощности в 4–5 раз, а также другими негативными моментами, оказывающих влияние на конечную оценку мощности генератора. Кроме того необходимо заранее продумать планируется ли дальнейшее наращивание мощности электропотребителей в будущем. Иногда от пользователя может потребоваться выполнение дополнительных работ, связанных с разводкой и перекоммутацией нагрузки.

Типы нагрузки

Прежде всего, определимся с тем, какие существуют типы нагрузки. Их два – активная и реактивная. Большинство реальных электроприборов обладают обоими этими составляющими. Активная или как ее еще называют резистивная, либо тепловая мощность (P) измеряется в Вт (Ваттах) и представляет собой нагрузку, работающую по принципу потребления электрической энергии из сети для выработки света или тепла. К данной группе устройств относят осветительные приборы, электронагревательное оборудование и др.

Реактивная мощность (емкостная и индуктивная) характерна для оборудования, преобразующего потребляемую электроэнергию в электрическое и магнитное поле. Она измеряется в таких единицах, как Вар (Вольт Амперы реактивные) и обозначается символом Q. Такую составляющую имеют электродвигатели, электрический инструмент, бытовая аудио-, видео- и вычислительная техника.

Расчет суммарной нагрузки

Полная нагрузка – это реальная (фактически потребляемая) мощность, определяемая с учетом активной и реактивной составляющих, а также отклонений формы напряжения и тока от гармонической. Вычисляется данный показатель по следующей формуле:

Для того чтобы определиться с требуемой мощностью выбираемой электростанции необходимо вычислить суммарное энергопотребление всех работающих от нее приборов – их полную мощность, измеряемую в ВА (вольт-амперах). Эту информацию можно найти сразу в нескольких источниках: эксплуатационной документации, поставляемой вместе с техникой, либо на шильнике самого электроприбора. Тогда суммарная мощность всех устройств определится как:

Как уже говорилось выше, старт подобных агрегатов сопровождается большими пусковыми токами по сравнению с работой в нормальном режиме, поэтому мощность генератора должна обеспечивать выполнение переходных процессов при подобных кратковременных пиковых всплесках. Для таких устройств, как погружные насосы, мощные морозильные установки, бетономешалки, строительные инструменты и т.д. расчетную мощность необходимо умножить на поправочный коэффициент (1,5÷3), чтобы не допустить перегрузки двигателя электростанции, что в свою очередь может привести к ее отключению в ответственный момент, либо и того хуже – выходу из строя.

Коэффициент мощности

Очень часто производители указывают мощность агрегата в Вт, которые необходимо перевести в ВА. Если для оборудования, имеющего только активную нагрузку, эти значения будут равны, то с приборами, имеющими реактивную составляющую ситуация обстоит немного иначе. Здесь для перевода необходимо использовать коэффициент мощности. Коэффициентом мощности (cosφ) называют безразмерную величину, характеризующую потребителя переменного тока с точки зрения присутствия в нагрузке реактивной составляющей. Его еще называют мерой реактивности электрооборудования.

К примеру, если cosφ = 0,8, то 80% от потребляемой электроагрегатом мощности – это активная нагрузка, а соответственно оставшиеся 20% – реактивная. В таком случае для определения полной мощности устройства необходимо имеющуюся тепловую мощность разделить на величину коэффициента мощности. Величину данного коэффициента можно почерпнуть из тех же источников, что и мощность устройства (шильдик и документация). Если cosφ для электроприбора не известен (такое случается, когда некоторые недобросовестные производители пытаются выдать генератор за более мощный), то для приблизительного расчета его можно брать равным 0,6 – 0,8.

Пример: в паспортных данных погружного насоса указана тепловая потребляемая мощность Р=2 кВт, а величина коэффициента мощности cos φ = 0,8. Исходя из этих данных, находим полную мощность указанного агрегата, она будет равняться:

S = 2000/0,8=2500 ВА = 2,5 кВА.

Коэффициент одновременного включения

По окончанию расчетов суммарной мощности всего оборудования следует скорректировать полученную величину на специальный поправочный коэффициент, учитывающий возможность одновременного включения выбранных устройств в пик потребления. В большинстве случаев все электроприборы, подключенные к генератору, не используются в одно и то же время, в таком случае данный коэффициент будет равняться 0,7, на него и нужно умножить конечный результат. Чем больше вероятность того, что некоторые устройства будут задействованы одновременно, тем ближе к единице будет поправочный коэффициент.

Запас мощности

Помните, что рассчитанная мощность не должна быть больше номинальной у выбираемой электростанции. Также необходимо обращать внимание на то, что многие компании-производители указывают в документации показатель максимальной выходной мощности. Данный параметр допускает работу генератора при такой нагрузке в течении непродолжительного интервала времени, который в зависимости от производителя может колебаться в пределах от нескольких секунд до часа и более. Реальная же мощность (ее обычно называют номинальной) несколько, а порой даже на десятки процентов ниже этой цифры.

В завершении проводимых расчетов специалисты советуют при выборе конкретной электростанции делать запас мощности в размере 20-30% от полученной величины, другими словами умножить суммарное энергопотребление всей имеющейся техники на 1,2 – 1,3. Такой запас необходимо делать для того, чтобы станция не работала на пределе своего потенциала, и всегда имелась возможность оперативно подключить к генератору дополнительное оборудование. Дело в том, что длительное функционирование любого прибора, в том числе и электростанции в режиме перегрузки существенно снижает его ресурс.

Большинство электростанций допускают небольшую перегрузку (в районе 10%) сверх номинальной мощности с обязательными технологическими перерывами, необходимыми для восстановления нормальных параметров теплового режима. Суммарная эксплуатация автономных источников электроэнергии при таком уровне нагрузки должна занимать не более 10% от общей наработки электроустановки.

Примеры расчета мощности электростанции

Как показывает практический опыт применения электрогенераторных установок на загородном дачном участке, где из электропотребителей имеется только телевизор, холодильник и до десятка лампочек вполне хватит генератора мощностью 2 кВт. Для бесперебойного питания большого коттеджа, где установлен стандартный набор современной бытовой техники и часто возникают перебои с подачей электричества, потребуется более мощная модель (на 7 –15 кВт). Для использования во дворе собственного дома электрического инструмента – болгарки, электродрели, бетономешалки и т.п. вполне хватит портативной электростанции, рассчитанной на 6 кВт.

Рассмотрим такой пример: необходимо определиться с генератором для автономного питания перфоратора мощностью 600 Вт (cosφ=0,6) и двух обогревателей, потребляющих 1500 Вт. Минимально необходимая мощность такой электростанции составит:

S = 1,5х(600/0,6)+1500= 3000ВА = 3 кВА.

где 1,5 – коэффициент, учитывающий пусковой ток.

Если полагаться, что электростанция будет работать на 75% от своего максимального потенциала, то окончательный расчет будет иметь вид:

S = 3/75х100= 4 кВА.

Либо такой случай: имеется циркулярная пила мощностью 1400 Вт, шлифовальная машина – 1000 Вт, а также сварочный аппарат – 2200 Вт. Необходимо рассчитать мощность электростанции, которая смогла бы запитать перечисленную технику. В этом случае данный показатель определится следующим образом:

S = 1000х1,5+1400х1,5+2200х3= 10200 ВА = 10,2 кВА.

При рекомендуемом уровне нагрузки в 75 % требуемая мощность составит:

S = 10,2/75х100= 13,6 кВА.

Получаем, что для нормального функционирования данного перечня техники достаточно генератора номинальной мощностью 13,6 кВА.