فصل سوم

 سیستم‌های ژنراتور و

نيروي برق عادي

3- 1 مقدمه

در اين فصل تركيبي از سیستم‌ها و سخت‌افزارهاي قابل‌اطمیناني كه براي جلوگيري از انواع خاموشی‌های زير مطرح است شرح داده‌شده است:

- خاموشی‌های درازمدت (ساعت‌ها).

- خاموشی‌های میان‌مدت (دقیقه‌ها).

- خاموشی‌های کوتاه‌مدت ( ثانیه‌ها).

- . (over or undervoltage) كمي يا فزوني ولتاژ

- . (over or underfrequency) كمي يا فزوني فركانس

3- 2 راهبردهاي كاربردي

در طراحي و اجراي سیستم‌های برق اضطراري و پشتيبان راهبردها و نكات زير بايد مدنظر قرارگرفته و رعايت شود:

الف ـ سیستم‌های برق اضطراري عبارت از دو نوع پايه زير است:

- يك منبع نيروي الكتريكي جدا از منبع اوليه نيرو، كه به‌صورت موازي نيروي برق بارهاي بحراني را در صورت قطع برق اوليه تأمین می‌کند.

- يك منبع نيروي قابل‌اطمینان موجودي كه در صورت قطع برق عادي به‌تندی و به‌طور خودكار كليد خورده و بارهاي بحراني را تغذيه می‌کند.

ب‌ ـ سيستمهـاي نيروي برق پشتيبان از اجزاي اصلي زير تشکیل‌شده است:

- يك منبع قابل‌اطمینان ديگر انرژي الكتريكي جدا از منبع نيروي برق اوليه.

- درصورتی‌که منبع پشتيبان از نوعي باشد كه نيرو در محل توليد می‌شود، راه‌اندازی و كنترل تنظيمات آن در اختيار خواهد بود.

- كنترل و انتقال بار از منبع نيروي برق اوليه يا منبع نيروي اضطراري به منبع پشتيبان.

پ ـ به لحاظ صرفه‌جویی، كاربر بايد با توجه به توصیه‌هاي اجرايي فصول گذشته، نيازهاي مشخص به برق اضطراري و پشتيبان را قبل از تعيين مشخصات تجهيزات و سفارش آن با دقت بررسي و تعيين كند، زيرا هزينه تجهيزات با الزامات و مشخصات زير تناسب دارد:

- دوام بيشتر دستگاه‌ها.

- فزوني ظرفيت.

- تنظيم فركانس دقیق‌تر.

- تنظيم ولتاژ دقیق‌تر.

- رهايي از ولتاژ و فركانس لحظه‌ای.

- در اختيار بودن بيشتر برق.

- اطمينان بيشتر.

- قابليت افزايش ظرفيت اضافه‌بار موقت.

- كاركرد آرام.

- ايمني از مخاطرات سوخت.

- كاركرد بدون آلودگي.

- رهايي از هارمونیک‌ها.

- تنظيم ولتاژ و فركانس دقیق‌تر با طیف گسترده تغييرات بار سريع.

ت‌ ـ رشد ميزان بار و نيازهاي نيروي برق آني كه بايد به سيستم برق اضطراري و پشتيبان وصل شود بايد در نظر گرفته شود. همچنين ممكن است پس از شروع به كار سيستم نياز به اتصال برخي بارها نيز به شينه اصلي لازم تشخيص داده شود. اگر ظرفيت اضافي در ابتدا قابل توجيه نباشد، تجهيزات و سيستم بايد به‌گونه‌ای طراحي و انتخاب شود كه توسعه آتي اقتصادي و با تأسیسات اوليه سازگار باشد.

ث‌ ـ هزينه راهبري سیستم‌ها و سخت‌افزار مربوط معمولاً نسبت به هزينه اوليه خريد تجهيزات در درجه دوم اهميت قرار دارد، اما بايد به‌عنوآن‌یکي از عوامل انتخاب به‌حساب آيد. اين هزینه‌ها شامل بهاي سوخت، فركانس بازرسي، سهولت تعمير و نگهداري، تناوب آزمون‌ها، هزينه قطعات يدكي و ماليات می‌باشد.

ج‌ ـ كيفيت نصب بايد بالا باشد تا از قابليت اعتماد به سيستم برق طراحی‌شده و سخت‌افزار خریداری‌شده كاسته نشود. همچنين در طراحي و اجراي این‌گونه سیستم‌ها همواره بايد در برابر ورود ولتاژ لحظه‌ای به سيستم توزيع برق اضطراري و پشتيبان توجه شده و سطوح ولتاژ رضایت‌بخش پيوسته تحت شرايط بار حفظ و نگهداري شود.

چ ـ سیستم‌های الكتريكي در واحدهاي صنعتي و ساختمان‌های تجاري و همچنين اتصال زمين در موارد مزبور بايد با توصیه‌هاي مندرج در استانداردهاي زير مطابقت نمايد:

- سيستم توزيع نيروي برق در واحدهاي صنعتي برابر استاندارد IEEE Std 141.

- سيستم توزيع نيروي برق در ساختمان‌هاي تجاري برابر استاندارد IEEE Std 241.

- سيستم اتصال زمين برابر استاندارد IEEE Std 142 و فصل هفتم اين نشريه.

براي نگهداري كيفيت نيروي برق اضطراري و پشتيبان اقدامات اضافـي از قبيل حفاظ گذاري (shielding)، هم‌بندی، زمين كردن و حتي صافي گذاري نيز ممكن است موردنیاز باشد.

ح‌ ـ منابع نيروي برق اضطراري بايد مجهز به چراغي براي نشان داده وجود برق در آن و يك سيستم هشداردهنده براي اعلام عدم وجود برق باشد. اين کنترل‌ها بايد در محلي نصب شود كه افراد مسئول براي بررسي این‌گونه موارد حضور دارند.

خ‌ ـ كاربران براي اطمينان از عملكرد درست سيستم بايد اقدامات اضافي زير را انجام دهند:

- برقراري بازرسی‌های منظم و ثبت موارد لازم.

- انجام نگهداري پيشگيرانه و تعمير اقلام معيوب ثبت‌شده در بازرسی‌ها.

- انجام آزمایش‌های شبیه‌سازی قطع برق به‌گونه‌ای كه در صورت عدم عملكرد برق اضطراري باعث ضرر و زيان نشود.

 روش‌های رياضي کمّی براي اندازه‌گیری ميزان قابليت اطمينان به يك سيستم برق اضطراري و پشتيبان وجود دارد. در مواردي كه بر اثر قطع برق جراحات و خسارات جاني مطرح است می‌توان ازاین‌گونه روش‌ها براي تعيين ميزان قابليت اطمينان به سيستم استفاده نمود.

3- 3 موتور ـ ژنراتورها

13-3- مقدمه

موتور ـ ژنراتورها، كه نياز به برق اضطراري و پشتيبان را تأمین می‌کند، در اندازه‌های كوچك يك كيلوولت ـ آمپر تا ظرفیت‌های بزرگ چند هزار كيلوولت ـ آمپر ساخته می‌شود. این‌گونه دستگاه‌ها هنگامی‌که به‌درستی نگهداري شده و گرم باشد طي تا 8 15 ثانيه روي خط می‌آید و علاوه بر تأمین برق اضطراري، براي بارهاي پيك نيز به كار می‌رود و برخي اوقات به‌عنوان منبع نيرو ترجيح داده می‌شود.

دستگاه‌های موتور ـ ژنراتور همچنين نياز سیستم‌های نيروي پشتيبان بدون وقفه را تأمین می‌کند. در مواردي كه سیستم‌های مرتب و منظمي كه رها از اختلالات ولتاژ، فركانس و هارمونیک‌ها باشد موردنیاز است مانند تغذيه كامپيوترها بايد از يك ميانگير (buffer) بين بار موردنظر و دستگاه موتور ـ ژنراتور استفاده شود.

23-3- ديزل ـ ژنراتور

يك ديزل ـ ژنراتور با ظرفيت 500 كيلوولت در شكل 1-3 نشان داده‌شده است. ظرفیت‌های نوعي دستگاه‌های مختلف موتور ـ ژنراتور در جدول 1-3 ارائه‌شده است. مدل‌های مختلف هر يك از سازنده‌ها متفاوت است ليكن به‌طورکلی دستگاه‌های داراي سرعت كمتر سنگین‌تر و پرهزینه‌تر است، اما براي كاربري دائمی مناسب‌تر است.

موتورهاي ديزل در اندازه‌های کوچک‌تر قدري گران‌تر و سنگین‌تر است، ليكن مستحكم و قابل‌اعتماد است.

موتورهاي ديزل در مقايسه با موتورهای بنزيني ازنظر آتش‌سوزی و انفجار ایمن‌تر است. این‌گونه دستگاه‌ها در ظرفیت‌های 5/2 كيلووات تا چند مگاوات ساخته می‌شود.

شكل 1-3: نمونه يك ديزل ـ ژنراتور جدول 3 -1: ظرفیت‌های نوعي دستگاه‌های موتور ـ ژنراتور

سرعت

دور در دقيقه محرك اوليه ضريب

قدرت ظرفيت پشتيبان كيلووات ظرفيت نيروي اوليه كيلووات ظرفيت اسمي

كيلووات

گاز

طبيعي/مايع ديزل بنزيني

 3600 × × × 5

 1800 × × × 1 10 10 10

 1800 × × × 0/8 30 25 25

 1800 × × × 0/8 100 90 100

 1800 × × × 0/8 250 225 250

 1800 × × × 0/8 750 665 750

 1800 × × × 0/8 1000 875 1000

33-3- موتور ـ ژنراتور بنزيني

موتورهاي بنزيني را ممكن است تا خروجي 100 كيلووات تهيه و نصب نمود. این‌گونه موتورها به‌سرعت راه‌اندازی می‌شود و در مقايسه با موتورهاي ديزلي داراي هزينه اوليه كمتري است. اشكالات موتورهاي مزبور عبارت است از هزينه راهبري بيشتر، مخاطرات ذخيره و نگهداري بنزين، كوتاهي عمر ذخيره سوخت و عموماً كوتاهي زمان بين تعميرات اساسي. كوتاهي عمر ذخيره سوخت استفاده از موتورهاي بنزيني را براي پشتيباني اضطراري محدود می‌کند.

43-3- موتور ـ ژنراتورهاي گازسوز

موتورهاي گازسوز كه با گاز طبيعي يا گاز مايع كار می‌کند ازنظر هزينه در زمره موتورهاي بنزین سوز قرار دارد و تا 600 كيلووات و بيشتر ساخته می‌شود. اين موتورها به علت استفاده از منبع سوخت تازه پس از خاموشي درازمدت می‌تواند به‌سرعت راه‌اندازی شود. طول عمر موتور به لحاظ سوخت تميز گاز طبيعي بيشتر و نگهداري آن كمتر است، ليكن بايد احتمال قطع هم‌زمان برق و گاز در نظر گرفته شود. این‌گونه موتورها در صورت كار با گاز طبيعي در مقايسه با استفاده از بنزين تقریباً 15 درصد از قدرت خود را از دست می‌دهد، مگر این‌که نسبت تراكم (compression ratio) آن افزايش داده شود. در بررسي انتخاب موتور با سوخت گاز طبيعي يا گاز مايع، موجود بودن و قابليت اتكا به منبع سوخت به‌ویژه در شرايط اضطراري بايد ملاك قرار گيرد. براي تعيين ضرورت نياز به منبع سوخت در محل به بند 11 700 - و 12 700 - از نشريه NFPA 70 رجوع شود.