3-3-23 امتيازات و اشكالات ديزل ـ ژنراتورها

در مقايسه و ارزيابي بين موتورهاي ديزل و توربین‌های گازي به‌عنوان محرك اوليه، امتيازات و اشكالات زير بايد موردتوجه قرار گيرد:

- منبع تغذيه: توربین‌های گازي و موتورهاي ديزل به‌طورکلی می‌توانند از يك نوع سوخت استفاده كنند.

- راه‌اندازی: در کاربری‌هایی كه مستلزم 100 درصد بار در 10 ثانيه می‌باشد، می‌توان از ديزل ـ ژنراتور استفاده نمود. در اغلب توربين ـ ژنراتورهاي گازي براي تغذيه بار كامل بيش از 30 ثانيه زمان نياز است.

- نوفه يا نويز: توربين گازي آرام‌تر از موتور دیزلی كار می‌کند و داراي لرزش كمتري است.

- نرخ‌بندی (rating): توربین‌های گازي در اندازه‌های كمتر از 500 كيلووات به‌آسانی در دسترس نمی‌باشد، درصورتی‌که موتورهاي ديزل از 15 كيلووات و كمتر نيز در اختيار قرار می‌گیرد.

- خنك كردن: موتورهاي ديزل در اندازه‌های بزرگ‌تر معمولاً با آب‌خنک می‌شود، درصورتی‌که توربین‌های گازي با هوا خنك می‌شود.

- نصب: توربین‌های گازي بسيار سبک‌تر و اندازه آن کوچک‌تر است. توربین‌ها همچنين به خنک‌کنندگی و هواي احتراقي كمتري نياز داشته و لرزش كمتري ايجاد می‌کنند. هزينه نصب معمولاً كمتر است و در كاربردهاي نصب بر روي سقف عملی‌تر است.

- هزينه: هزينه اوليه موتورهاي ديزل كمتر از توربین‌های گازي است، اما گاهي اوقات هزينه كل نصب‌شده هر دو دستگاه به علت هزينه نصب كمتر توربین‌های گازي قابل‌مقایسه است.

- دوره كاربري: موتورهاي ديزل در مقايسه با توربین‌های گازي در كاركرد دورهاي در زير بار از استحكام بيشتري برخوردار است.

- نگهداري: توربين گازي نسبت به موتور ديزل دستگاه ساده‌تری است، ليكن تعمير و نگهداري موتور ديزل به‌طورکلی با سهولت بيشتري امکان‌پذیر است.

- کار آیی: موتور ديزل در زير بار كامل از توربين گازي كـاراتر است، ليكن در کاربری‌های کم‌مصرف‌تر كـه به‌صورت پشتيبان استفاده می‌شود توربین‌ها سوخت كمتري نياز دارند.

- پاسخ فركانس: توربين ـ ژنراتور گازي در بار كامل لحظه‌ای داراي فركانس پاسخ ممتازتري است.

43- سرویس‌های تغذيه برق چندگانه

13-4- مقدمه

سرویس‌های تغذيه برق چندگانه را می‌توان به‌عنوان منبع نيروي برق اضطراري يا پشتيبان مورداستفاده قرارداد. در این‌گونه موارد، يك سرويس تغذيه اضافي از يك منبع نيروي جداگانه همراه با تجهيزات کلید زنی لازم، موردنیاز خواهد بود. شكل 7-3 انتقال خودكار بين دو منبع تغذيه ولتاژ پايين را نشان می‌دهد. منبع تغذيه شماره يك خط نيروي عادي است و منبع تغذيه شماره دو منبع جداگانه ديگري است كه برق اضطراري را تأمین می‌کند. هر دو قطع کننده مدار از نوع در حالت عادي بسته می‌باشند. بار بايد بتواند قطع برق براي چند سيكل را هنگام عملكرد كليد انتقال تحمل كند.

شكل 7-3: سيستم تغذيه دوگانه با استفاده از كليد انتقال خودكار

23-4- جدايي سرویس‌های تغذيه برق

استفاده از سرويس منابـع تغذيه چندگانـه درصورتی‌که شركت بـرق منطقه‌ای بتواند آن را با خطوط جداگانه به نحوي تأمین كند كه هنگام قطع برق يا وجود اختلالات مختلف بر روي يك خط بر خط ديگر مؤثر نباشد ازنظر اقتصادي باصرفه‌تر از استفاده از مولد برق اضطراري است. استفاده از اين روش داراي اين امتياز است كه انتقال از يك خط به خط ديگر سريع انجام‌شده و زمان راه‌اندازی 5 تا 15 ثانيه مولد پشتيبان موردنیاز نخواهد بود. در این‌گونه موارد استفاده از نوعي هشدار در صورت قطع برق اضطراري بايد در نظر گرفته شود تا بتوان اقدامات احتياطي لازم را اعمال نمود. در مواردي كه قطع كامل برق قابل‌تحمل نيست مانند بیمارستان‌ها نبايد از اين سيستم استفاده شود، بلكه بايد از مولد برق اضطراري و پشتيبآن‌که از ضريب اطمينان بالاتري برخوردار است استفاده شود.

33-4- طرح انتقال خودكار ساده (با دو منبع ورودي)

تجهيزات کلید زنی خودكار ممكن است از سه كليد خودكار مدار با كنترل و اينترلاك مناسب برابر شكل 3-8 تشكيل شود. كليدهاي خودكار معمولاً براي کلید زنی اوليه در مواردي كه ولتاژ از 600 ولت تجاوز می‌کند استفاده می‌شود. این‌گونه كليدها گران‌تر ولي داراي عملكرد ایمن‌تر است. در اين نوع موارد بايد از كاربري فيوز براي حفاظت در برابر اضافه جريان اجتناب شود. انتقال خودكار بار در صورت قطع يكي از منابع با فعال شدن مدار رله مربوط به منبع ديگر انجام می‌شود. در مواردي كه هر يك از خطوط تغذيه نتواند تمامي بار را تغذيه كند بايد تدابيري انديشه شود تا قبل از انتقال بار بخشي از بارهاي غير حياتي از مدار خارج شود. اگر در نظر است كه بار توسط هر دو مدار تغذيه شود كليدهاي خودكار R بسته و كليد رابط بـاز می‌شود. هر سه كليد خودكـار به‌گونه‌ای اينترلاك می‌شود كه هر دو كليدي بتواند بسته شود ولي از بسته شدن هر سه كليد جلوگيري گردد.

امتياز اين تركيب آن است كـه قطعي انتقال لحظه‌ای فقط بـر روي باري كه از مـدار قطع‌شده تغذيه می‌شود، رخ می‌دهد.

تركيب نشان داده‌شده در شكل 8-3 فقط حفاظت در برابر قطع برق عادي را تأمین می‌کند. تداوم نيرو براي بارهاي حياتي همچنين ممكن است در موارد زير قطع شود:

- قطعي مدار در داخل ساختمان (طرف بار تغذيه ورودي).

- اضافه‌بار يا نوعي قطعي مدار.

- خرابي الكتريكي يا مكانيكي سيستم توزيع برق در داخل ساختمان.

كليدهاي انتقال را می‌توان نزديك بار قرارداد و عملكرد آن را مستقل از حفاظت در برابر اضافه جريان نمود.

قابليت استفاده از سيستمهـاي تغذيه چندگانه را می‌توان با افزايش يك سيستم موتور ـ ژنراتور براي بارهاي حیاتی‌تر بهبود بخشيد. چنين سيستمي در شكل 3- 9 ارائه‌شده است.

شكل 8-3: سيستم با دو منبع تغذيه و امكان بسته شدن هر دو مدارشكن

شكل 9-3: تركيب دو برق ورودي با يك موتور ـ ژنراتور براي تأمین موارد مختلف برق اضطراري

43-4- حفاظت در برابر اضافه جريان

ذكر اين نكته ضروري است كه كنترل و عملكرد انتقال نبايد باعث عدم توجه به حفاظت در برابر اضافه جريان یا برعکس شود. بعلاوه، وسايل انتقال و حفاظت در برابر اضافه جريان بايستي به ترتيبي در نظر گرفته شود که وسایل قطع سرويس ورودي به سهولت در دسترس قرار گيرد. بررسي و تحليل كامل حفاظت در برابر اضافه جريان در فصل ششم ارائه‌شده است.

53-4- نرخ‌بندی وسايل انتقال و لوازم فرعي آن

ویژگی‌های لازم براي وسايل انتقال بايستي شامل توانایی‌های زير باشد:

- بسته شدن در برابر جريان هجومي بدون جوش كنتاكت.

- انتقال مداوم جريان كامل نامي بدون ايجاد حرارت بیش‌ازحد.

- ايستادگي در برابر جریان‌های اتصال ـ كوتاه موجود بدون جدايي كنتاكت.

- قطع درست بارها بدون ايجاد قوس الكتريكي بين دو سرويس برق ورودي.

علاوه بر در نظر گرفتن هر يك از موارد بالا به‌تنهایی، بايد اثر آن‌ها بر يكديگر را نيز موردتوجه قرارداد. براي هماهنگي بين كليدهاي انتقال خودكار و حفاظت در برابر اضافه جريان نيز بايد توجه ویژه‌ای مبذول شود.

 جریان‌های خطاي بالا ايجاد نيروهاي الكترومغناطيسي درون ساختار كنتاكت مدار شکن‌ها می‌کند، كه با باز شدن سريع و به حداقل رساندن زمان كمك می‌نماید، اما در كليدهاي خودكار طراحی‌شده براي ايستادگي در برابر جریان‌های خط اين نيروي الكترومغناطيسي به‌طور معكوس براي اطمينان از بسته ماندن كنتاكتهاي كليد انتقال تا هنگام از بين رفتن خط استفاده می‌شود. جدايي كنتاكت، درحالی‌که جريان خطا ادامه دارد، سبب ايجاد قوس الكتريكي، ذوب سطح كنتاكت و احتمالاجوش كنتاكت پس از بستن مجدد و سرد شدن فلز ذوب‌شده می‌شود. كليدهاي انتقال بايد برابر استاندارد ANSI / UL 1008 مورد آزمون جريان ايستادگي قرار گيرند و جوش كنتاكت در آن مجاز نخواهد بود. بنابراين وسايل كليدي انتقال بايد از نوعي انتخاب شود كه براي اين منظور طراحي و ساخته‌شده باشد.

اغلب كليدهاي انتقال می‌توانند 100٪ جريان نامي را در حرارت 40 درجه سانتی‌گراد انتقال دهند ليكن، كليدهاي انتقالي كه داراي وسايل حفاظتي اضافه جريآن‌یکپارچه می‌باشند ممكن است محدود به جريان بار مداوم حداكثر 80٪ ظرفيت كليد باشند. اوراق مشخصات ارائه‌شده توسط سازنده ظرفيت دستگاه را كه آيا 80٪ يا 100٪ است نشان می‌دهد.

كليدهاي انتقال از ديگر تجهيزات اضطراري ازاین‌جهت تفاوت دارد كه منبع تغذيه را مداوما مانيتور نموده و جريان الكتريكي را مداوما به بارهاي حياتي انتقال می‌دهند. در این‌گونه دستگاه‌ها جریان‌های خطا، کلید زنی مكرر انواع بارها و شرايط محيطي نامساعد نبايد باعث ايجاد دماي بیش‌ازحد و يا كاهش اطمينان نسبت به عملكرد آن‌ها شود.

اغلب كليدهاي انتقال براي انتقال تمامي بار سيستم تعيين ظرفيت می‌شوند و بنابراين براي وظيفه مداوم كنترل موتورها، لامپ‌های تخليه الكتريكي، لامپ‌های تنگستن و تجهيزات الكتريكي حرارتي مناسب است، مشروط بر این‌که بار لامپ‌های تنگستن از 30٪ ظرفيت كليد تجاوز نكند. برخي سازنده‌ها كليدهاي انتقال را براي 100٪ بار لامپ‌های تنگستن توليد می‌کنند. مواردي نيز وجود دارد كه كليدهاي انتقال فقط براي بارهاي خاصي مانند بارهاي مقاومتي در نظر گرفته می‌شود. به همين مناسبت هنگام انتخاب كليدهاي انتقال باید به طبقه‌بندی بارها نيز توجه شود.

وسايل انتقال بار در اشكال زير وجود دارد:

- كليدهاي انتقال خودكار با ظرفیت‌های 30 تا 4000 آمپر تا 600 ولت

- مدار شکن‌هاي نيروي خودكار (كليد خودكار) شامل دو يا چند مدار شكن نيرو كه به‌صورت مكانيكي يا الكتريكي با هر دو اينترلاك شده با ظرفيت 600 تا 3000 آمپر تا 15 كيلوولت

- كليدهاي انتقال دستي (600 ولت) با ظرفیت‌های جريان 30 تا 200 آمپر

- كليدهاي انتقال غير خودكار با ظرفيت جريان 30 تا 4000 آمپر تا 600 ولت، با كنترل دستي و عملكرد الكتريكي

- كليدهاي فشاري دستي يا الكتريكي (600 ولت) فيوزدار يا بدون فيوز در ظرفیت‌های 800 تا 6000 آمپر ویژگی‌ها و لـوازم كمكي مورداستفاده در وسيله انتقـال به شكـل آن بستگي دارد و ممكن است شامل موارد زير باشد:

- کنترل‌کننده‌های ولتاژ: این‌گونه کنترل‌کننده‌ها داراي قابليت تنظيم در هنگام افت ولتاژ (dropout voltage) و وصل مجدد (pickup voltage) در زمان برقراري ولتاژ قابل‌قبول می‌باشند. بديهي است كه در شرايط افت ولتاژ تغذيه به منبع دوم منتقل‌شده و در زمان وصل مجدد به حالت اوليه بازمی‌گردد. طيف افت ولتاژ معمولاً از 75٪ تا 95٪ قابل تنظيم است و طيف وصل مجدد از 85٪ تا 98٪ ولتاژ نامي ممكن است تنظيم شود. تنظيم معمول براي اغلب بارها براي افت ولتاژ برابر 85٪ ولتاژ نامي و براي وصل مجدد برابر با 90٪ ولتاژ نامي می‌باشد (افت ولتاژ معمولاً برابر با 95٪ وصل مجدد است). افت ولتاژ پایین‌تر يا تأخیر زماني بيشتر بر اثر راه‌اندازی موتورهاي بزرگ موردنیاز خواهد بود.

- كليد آزمون: اين كليد براي شبیه‌سازی قطع برق براي آزمون دوره‌ای منبع اضطراري و عملكرد انتقال استفاده می‌شود.

- وسايل كنترل تبديل بسته (closed transition): این‌گونه وسايل درصورتی‌که شركت تغذیه‌کننده اتصال هم‌زمان دو منبع تغذيه باهم را اجازه دهد و طرح كليد نيز براي اين منظور در نظر گرفته‌شده باشد، مورداستفاده قرار می‌گیرد.

- امكانات کلید زنی هادي خنثي و درنتیجه به حداقل رساندن جريان زمين و ساده نمودن كشف جريان خطاي زمين. براي اطلاعات بيشتر به فصل هفتم نگاه كنيد.

- کنترل‌هایي براي انتقال بار موتوري به منبع ديگر به‌طوری‌که از جریان‌های غیرعادی ناشي از ولتاژ باقی‌مانده (residual voltage) خارج از فاز با ولتاژ منبع اجتناب شود.

- پیش‌بینی يك رله تأخیری قابل تنظيم بين 6-0 ثانيه براي گذار از قطعی‌های لحظه‌ای و در صورت تداوم قطعي يا كاهش ولتاژ راه‌اندازی موتور با تأخیر زماني مناسب، در كليد انتقال. اين ويژگي براي به حداقل رساندن استهلاك موتـور راه‌انداز دستگاه، دنـده رينگي و ديـگر تجهيـزات سيستم و جلـوگيري از تخليه غیرضروری باتري در نظر گرفته می‌شود.

ميزان زمان تأخیر معمولاً در حدود يك ثانيه تنظيم می‌شود ليكن در صورت لزوم می‌توان آن را طولانی‌تر نمود. در مواردي كه تنظيم تأخیر بيشتر در نظر گرفته می‌شود بايد اطمينان حاصل نمود كه زمان باقيمانده براي انتقال سيستم به منبع دوم از مقدار مقرر در آیین‌نامه مربوط متجاوز نباشد.

پس از راه‌اندازی موتور و رسيدن خروجي ژنراتور به ولتاژ و فركانس لازم، يك تأخیر زماني ديگر براي تثبيت خروجي ژنراتور در حالت بدون بار فعال می‌شود كه معمولاً در حدود يك دقيقه تنظيم می‌شود و پس از گذشت زمان مزبور بار به منبع پشتيبان منتقل می‌شود.

فعال شدن زمان‌سنج ديگر هنگام بازگشت برق عادي صورت می‌گیرد. اين زمان‌سنج نوعاً بين صفر تا 30 دقيقه قابل تنظيم است. وظيفه اين رله تعيين حداقل زمان كار موتور ـ ژنراتور پس از برقراري نيروي برق عادي و نگهداري كليد انتقال در حالت پشتيبان است.

هدف از اين تأخیر زمان دوگانه است. معمولاً در پي قطعي طولانی‌مدت برق، بروز قطعی‌های کوتاه‌مدت در فواصل چند ثانيه يا چند دقيقه پيش می‌آید، اين تأخیر زمان از اين نوع مـوارد جلوگيري می‌نماید و بعلاوه موتور ـ ژنراتور در زير بار مورد آزمون قرارگرفته و در شرايط كاري مطلوب قرار می‌گیرد.

كليد انتقال بايد به‌گونه‌ای طراحي شود كه در صورت ازکارافتادن موتور ـ ژنراتور و برقراري برق اولیه فعال شدن رله تأخیر زماني متوقف شود.

يك زمان‌سنج چهارم نيز براي كار موتور ـ ژنراتور در حالت بدون بار پس از انتقال بار به منبع اوليه قابل توصيه است كه معمولاً حدود پنج دقيقه يا كمتر خواهد بود. اين عملكرد به دستگاه‌ها اجازه می‌دهد تا به‌درستی خنك شده و از به وجود آمدن دماي اضافي در ژنراتور ممانعت شود. اين ويژگي به‌خصوص در مورد ديزل ـ ژنراتور توصيه می‌شود.

شكل 3-10: نمونه كليد انتقال خودكار مدولار، مناسب براي انواع بارها

در مواردي كه سيستم برق پشتيبان از چند كليد انتقال خودكار تشكيل شود، بهتر است انتقال بارها از برق عادي به پشتيبان به‌صورت مرحله‌ای انجام شود. اين عمل كه ممكن با استفاده از زمان‌سنج انجام شود، سبب كاهش الزامات ولت ـ آمپر راه‌اندازی موتور ـ ژنراتور در مواردي كه بارهاي موتوري مطرح است می‌شود.