Agregat prądotwórczy

Agregaty prądotwórcze są od wielu lat wykorzystywane do zapewnienia zasilania w razie awarii sieci elektroenergetycznej. Składają się z następujących podstawowych elementów:

1. silnika spalinowego (diesla, benzynowego bądś gazowego),
2. prądnicy synchronicznej,
3. układu regulacji i sterowania.

Wiele instytucji, takich jak służba zdrowia, wojsko, jest zobligowanych do stosowania tego typu urządzeń. Również coraz częściej, w związku ze znacznymi kosztami przestoju systemów teleinformatycznych, są one zabezpieczane przez agregaty prądotwórcze, które umożliwiają uniezależnienie się od sieci elektroenergetycznej. Agregat prądotwórczy wyposażony w specjalne układy automatyki umożliwia pracę synchroniczną z siecią elektroenergetyczną - jest to jednak rozwiązanie występujące niezwykle rzadko. W zdecydowanej większości przypadków służy on jedynie jako rezerwowe śródło zasilania. Zespoły prądotwórcze są budowane w wersjach do instalacji zarówno wewnątrz budynku, jak i na zewnątrz. Zawierają specjalne obudowy odporne na warunki atmosferyczne i zapewniające odpowiednie wyciszenie.

Celowość stosowania

Systemy ochrony zasilania złożone tylko z zasilaczy UPS są stosowane najczęściej w przypadku, gdy zabezpieczany obiekt ma zasilanie z kilku niezależnych linii energetycznych i w związku z tym prawdopodobieństwo wystąpienia długotrwałych przerw w dostawie energii elektrycznej jest znikome lub gdy użytkownik liczy się z wystąpieniem takiego ryzyka. W razie potrzeby zapewnienia zasilania podczas długotrwałych zaników napięcia zasilania konieczne staje się zainstalowanie agregatu prądotwórczego, współpracującego z systemem zasilania UPS. Generatory prądotwórcze są zwykle stosowane jako rezerwowe śródło zasilania wszędzie tam, gdzie wymagany czas podtrzymania przekracza 50 min, ze względu na wysokie koszty związane z zakupem baterii akumulatorów o odpowiedniej pojemności.

Podstawowe warunki instalacji

Instalacja i podłączenie agregatu prądotwórczego do sieci elektroenergetycznej odbywa się za pośrednictwem tzw. Układu załączenia rezerwy (ręcznego bądś automatycznego) uniemożliwiającego zwrotne podanie napięcia do sieci. Przed podłączeniem agregatu do sieci należy zwrócić się do dystrybutora energii elektrycznej (zakładu energetycznego) w celu uzyskania pozwolenia na jego zainstalowanie. Zespoły prądotwórcze są dostępne w wersjach bez obudowy oraz w obudowach zapewniających możliwość instalacji na zewnątrz oraz odpowiedni stopień wyciszenia. Generatory wyposażone w obudowy dświękochłonne i przeciwdeszczowe mogą być eksploatowane zarówno wewnątrz budynków, jak i na zewnątrz (wiaty, tarasy, dachy budynków).

Jeżeli generator ma być umieszczony i eksploatowany na zewnątrz budynku, nie ma potrzeby prowadzenia dodatkowych instalacji układów odprowadzenia spalin i gorącego powietrza. Konieczne jest wówczas odpowiednio wytrzymałe podłoże umożliwiające zamocowanie agregatu prądotwórczego. Obudowa generatora zapewnia pełną odporność na zewnętrzne warunki atmosferyczne, a układy podgrzewania powietrza w kolektorze ssącym podczas rozruchu silnika i podgrzewania cieczy chłodzącej i ładowania akumulatora w czasie postoju generatora zapewniają bezawaryjny start i pracę w temperaturze otoczenia do -30ºC. Instalacja agregatu prądotwórczego wewnątrz budynku jest skomplikowana i wymaga spełnienia wielu warunków dotyczących:

• pomieszczenia,
• układu odprowadzenia spalin i gorącego powietrza.

Wymagania dotyczące pomieszczenia

Projekt pomieszczenia na generator powinien mieć akceptację służb przeciwpożarowych oraz być zgodny z normami BHP. W celu wyboru właściwej lokalizacji pomieszczenia, w którym zostanie umieszczony agregat prądotwórczy, należy uwzględnić poniższe uwarunkowania:

• zalecane minimalne wymiary pomieszczenia przedstawia rysunek poniżej;
• drzwi pomieszczenia powinny mieć odpowiednią szerokość;
• podłoże powinno być niepalne i gwarantować możliwość zakotwienia (zamocowania) generatora oraz izolowanie od drgań;
• w przypadku agregatów dużej mocy ze względu na ich dużą masę zaleca się posadowienie ich na poziomie 0 (poziom gruntu).

Wymagania dotyczące układu odprowadzenia spalin i gorącego powietrza

Przy montażu agregatu prądotwórczego w pomieszczeniu trzeba mieć świadomość konieczności budowy instalacji doprowadzającej powietrze potrzebnej do procesu spalania paliwa w silniku spalinowym i jego chłodzenia. Trzeba też pamiętać, iż silnik spalinowy ma stosunkową niewielką sprawność, w związku z czym ilość energii oddawanej do układu chłodzenia oraz wypromieniowanej do otoczenia przewyższa moc użyteczną (moc elektryczną prądnicy). Konieczne jest również wykonanie instalacji odprowadzającej spaliny na zewnątrz budynku, zgodnie z zasadami ochrony środowiska.

Prawidłowa współpraca z zasilaczami UPS

Doświadczenie pokazuje, że UPS-y i generatory nie zawsze potrafią współpracować, co często prowadzi do niestabilności całego systemu zasilania. Moc i pozostałe parametry elektryczne agregatu powinny być dopasowane do parametrów UPS-ów w celu zapewnienia jego poprawnej i stabilnej pracy. Agregaty prądotwórcze, z racji swej konstrukcji, są wrażliwe na obciążenia o nieliniowej charakterystyce, jakimi są tradycyjne UPS-y, wnoszące zakłócenia do sieci elektroenergetycznej. Typowy układ wejściowy podwójnej konwersji, składający się z prostownika tyrystorowego (bądź diodowego) 6- lub 12-pulsowego, generuje zbyt duży poziom zniekształceń, co powoduje, iż agregat nie jest w stanie poprawnie pracować.

Wyższe harmoniczne powstają w wyniku komutacji elementów półprzewodnikowych mocy w urządzeniach energoelektronicznych, do których należą UPS-y, zakłócając poprawną pracę prądnicy synchronicznej agregatu prądotwórczego. Zmusza to do przewymiarowania 3-5-krotnie mocy znamionowej zespołu prądotwórczego. Co więcej, UPS z wejściowym prostownikiem tyrystorowym w razie braku pełnego obciążenia wykazuje charakter pojemnościowy, który w przypadku prądnicy samowzbudnej utrudnia dokonanie procesu wzbudzenia. Prowadzi to do niestabilnego zachowania się tandemu agregat-UPS (cykl załączania i wyłączania agregatu). Nawet przewymiarowanie mocy generatora czy zastosowanie prądnicy o tzw. Zewnętrznym wzbudzeniu (co niesie dodatkowe koszty) często nie rozwiązuje tego problemu i konieczne staje się zainstalowanie zewnętrznych filtrów na wejściu UPS-a, a w najbardziej niekorzystnych przypadkach nawet kosztownego filtru aktywnego korygującego współczynnik mocy.

Prowadzi to oczywiście do znacznego wzrostu kosztów. W przypadku konwersji Delta współczynnik przewymiarowania agregatu wynosi ok… 1,3-1,5 w stosunku do mocy znamionowej UPS-ów. Przy doborze agregatu współpracującego z zasilaczami UPS należy więc skonsultować się z przedstawicielem producenta w celu określenia warunków poprawnej współpracy. Oszacowanie nadmiaru mocy agregatu w stosunku do mocy zasilaczy UPS jest bardzo różne i waha się od kilkuset procent, dla urządzeń niewyposażonych w jakiekolwiek funkcje poprawiające taką współpracę, do kilkunastu procent dla urządzeń je posiadających. Najlepszą współpracę z agregatem zapewnia zasilacz wykonany w technologii konwersji Delta, która zapewnia korekcję współczynnika mocy do jedności oraz znaczną redukcję zniekształceń harmonicznych prądu THD (>5% przy obciążeniu nieliniowym).

Oznacza to w praktyce, iż UPS stanowi dla generatora wyjątkowo korzystne obciążenie rezystancyjne. Dla UPS-ów wykonanych w technologii podwójnej konwersji producenci oferują w formie opcji filtry korygujące zawartość wyższych harmonicznych napięcia i prądu,generowanych przez zasilacz. Należy podkreślić, iż niestabilna praca tandemu agregat-UPS może spowodować niemożność przełączenia się UPS-a z trybu pracy bateryjnej na zasilanie z zespołu prądotwórczego. Taka sytuacja może szybko doprowadzić do rozładowania baterii UPS. Niektóre typy zasilaczy UPS w celu poprawy współpracy z zespołem prądotwórczym oferują możliwość włączenia tzw. Miękkiego startu (soft-start) umożliwiającego liniowe (stopniowe) obciążanie agregatu prądotwórczego. Ze względu na to, że cena instalacji agregatu ma istotny wpływ na koszt całego systemu zasilania gwarantowanego redukcja jego mocy znamionowej przyczynia się do znacznego obniżenia nakładów inwestycyjnych.