Przyjęcie skokowego obciążenia przez agregat — klasy jakości ISO 8528-5

Przewodnik o teście obciążeniowym omawia, dlaczego agregat diesla musi okresowo pracować pod wystarczającym obciążeniem, aby uniknąć "zakoksowania" ("wet stacking"). Ten przewodnik omawia inny, równie praktyczny aspekt tego samego agregatu: ile obciążenia może przyjąć w jednym skoku, bez zgaśnięcia silnika lub tymczasowego wyjścia napięcia/częstotliwości poza dopuszczalne granice.

Dlaczego agregat nie może po prostu przyjąć pełnego obciążenia w jednym kroku

Agregat diesla przełączany ze stanu bez obciążenia (lub lekko obciążony) na duży skok obciążenia doświadcza nagłego zapotrzebowania na moc mechaniczną silnika. Regulator (governor) i dostarczanie paliwa mają skończony czas reakcji na przywrócenie obrotów silnika — a tym samym częstotliwości sieci. Podczas tego okresu przejściowego częstotliwość tymczasowo się obniża (frequency dip), a często obniża się też napięcie, ponieważ wzbudzenie generatora również potrzebuje czasu na dostrojenie. Przy zbyt dużym jednorazowym skoku obciążenia spadek może stać się na tyle głęboki, że silnik zgaśnie, lub podłączone urządzenia (zwłaszcza czuła elektronika czy silniki z zabezpieczeniem podobrotowym) wyjdą poza tolerancję lub nawet się wyłączą.

Klasy jakości G1-G4 normy ISO 8528-5

ISO 8528-5 definiuje cztery klasy jakości zespołów prądotwórczych, które między innymi określają, jak duże może być dopuszczalne odchylenie częstotliwości i napięcia przy skoku obciążenia oraz jak szybko agregat musi wrócić w granice tolerancji:

• G1 — jakość podstawowa, przeznaczona dla zastosowań, gdzie napięcie/częstotliwość mogą znacznie odchylać się przy skoku obciążenia (np. proste obciążenie rezystancyjne, takie jak oświetlenie lub ogrzewanie, bez czułej elektroniki).
• G2 — odchylenie przy skoku obciążenia jest bardziej ograniczone, a powrót szybszy niż w G1; odpowiednia dla większości typowych zastosowań, gdzie oczekuje się normalnej jakości energii.
• G3 — jeszcze bardziej rygorystyczne granice odchylenia częstotliwości i napięcia; stosowana tam, gdzie sprzęt jest bardziej wrażliwy na odchylenia przejściowe (np. niektóre centra danych lub pomieszczenia medyczne bez osobnego buforowania UPS na każdym poziomie).
• G4 — najbardziej rygorystyczna klasa, z najmniejszym dopuszczalnym odchyleniem i najszybszym powrotem; przeznaczona dla najbardziej krytycznych, wrażliwych na energoelektronikę obciążeń, gdzie nawet krótkie, niewielkie odchylenie częstotliwości lub napięcia może powodować problemy.

Im wyższa klasa, tym mocniej wymiarowany (i zazwyczaj droższy) musi być silnik, regulator i układ wzbudzenia, aby przyjąć ten sam skok obciążenia z mniejszym odchyleniem.

Praktyczna konsekwencja: rozruch sekwencyjny (etapowy)

Ponieważ agregat ma ograniczoną zdolność do przyjęcia jednego dużego skoku obciążenia naraz, w większych instalacjach często stosuje się rozruch sekwencyjny (etapowy): po przełączeniu przez automatyczny przełącznik rezerwowy (SZR/ATS) nie wszystkie odbiorniki są podłączane z powrotem do agregatu jednocześnie, lecz w wcześniej ustalonej kolejności z krótkim opóźnieniem czasowym między każdym krokiem (na przykład najpierw krytyczne obciążenie IT, następnie chłodzenie, następnie pozostałe obciążenie), tak aby każdy pojedynczy krok pozostawał w granicach dopuszczalnego obciążenia skokowego agregatu. Jest to szczególnie istotne przy dużych obciążeniach silnikowych (takich jak sprężarki chłodnicze), których prąd rozruchowy może być wielokrotnością prądu znamionowego i tym samym stanowi nieproporcjonalnie duży skok obciążenia dla agregatu.

Związek z doborem mocy agregatu

Znamionowa (ciągła) moc agregatu nie jest tym samym kryterium co zdolność przyjęcia obciążenia skokowego: agregat może mieć więcej niż wystarczającą moc ciągłą dla całkowitego obciążenia, a mimo to nie być w stanie przyjąć największego pojedynczego skoku obciążenia bez nadmiernego spadku częstotliwości/napięcia, jeśli wielkość skoku jest stosunkowo duża w porównaniu z mocą agregatu. Przy doborze agregatu, oprócz całkowitej mocy, należy więc wyraźnie uwzględnić największy pojedynczy skok obciążenia, jaki może wystąpić (zwłaszcza przy obciążeniu silnikowym), oraz odpowiednią wymaganą klasę jakości.

Typowe błędy

1. Dobór agregatu wyłącznie na podstawie całkowitej mocy kVA bez uwzględnienia największego pojedynczego skoku obciążenia — agregat może mieć wystarczającą moc ciągłą, a mimo to zgasnąć lub wyjść poza tolerancję przy jednorazowym podłączeniu dużego obciążenia silnikowego.
2. Podłączanie całego obciążenia naraz po przełączeniu SZR/ATS, zamiast zastosowania sekwencji etapowej — szczególnie ryzykowne przy jednoczesnym rozruchu kilku dużych silników.
3. Niedopasowanie wymaganej klasy jakości do wrażliwości obciążenia — podłączenie krytycznej elektroniki do agregatu klasy G1 może powodować powtarzające się zakłócenia przy każdym skoku obciążenia, mimo że agregat poza tym funkcjonuje prawidłowo.
4. Niesprawdzenie danych o przyjęciu obciążenia od producenta przy wymianie agregatu na inny model (mniejszy lub innej marki) — pozornie równoważna moc kVA nie gwarantuje takiej samej zdolności przyjęcia obciążenia skokowego.

Powiązane

• Test obciążeniowy agregatu — zapobieganie "zakoksowaniu"
• Moc zwarciowa agregatu i selektywność zabezpieczeń
• Automatyczny przełącznik rezerwowy (SZR/ATS) zasilania awaryjnego
• Praca równoległa i synchronizacja agregatów prądotwórczych