کفایت دیزل ژنراتور ۲۰۰ کیلوولت‌آمپر برای بیمارستان کوچک با پمپ آتش‌نشانی
یک بیمارستان کوچک ۶۰ تختخوابی دارای دیزل ژنراتور ۲۰۰ کیلوولت‌آمپر (۱۶۰ کیلووات، ضریب توان ۰.۸) است. بارهای ضروری شامل پمپ آتش‌نشانی ۵۵ کیلووات با راه‌انداز مستقیم، آسانسور ۱۱ کیلووات، روشنایی اضطراری و ایمنی ۸ کیلووات، اتاق سرور ۱۵ کیلووات، تهویه ضروری ۳۰ کیلووات و سایر مصارف ۲۰ کیلووات است. تابلوی تغییر وضعیت سه‌پل است و شبکه توزیع TN-C-S با تفکیک PEN در تابلوی اصلی انجام شده. در آزمون راه‌اندازی، پس از انتقال بار، پمپ آتش‌نشانی شروع به کار می‌کند و ولتاژ باس تا حدود ۲۵۰ ولت افت می‌کند و کنتاکتورهای مدارهای دیگر رها می‌شوند. کارفرما می‌پرسد آیا مشکل با تنظیم ATS حل می‌شود یا باید ژنراتور تعویض شود.
1. کفایت ژنراتور را در حالت ماندگار و در لحظه راه‌اندازی پمپ با محاسبه ارزیابی کنید.
Read the worked answer
بار ماندگار: توان ورودی پمپ = ۵۵/۰.۹۲ ≈ ۵۹.۸ کیلووات. جمع بارها: ۵۹.۸ + ۱۱ + ۸ + ۱۵ + ۳۰ + ۲۰ ≈ ۱۴۴ کیلووات، که با ضریب توان ۰.۸ حدود ۱۸۰ کیلوولت‌آمپر می‌شود؛ یعنی ۹۰ درصد ظرفیت ژنراتور. ژنراتورهای دیزلی به‌طور معمول برای بار ماندگار بیش از ۷۰ تا ۸۰ درصد نامی توصیه نمی‌شوند، پس حتی قبل از راه‌اندازی پمپ هم ژنراتور کم‌ظرفیت است.
لحظه راه‌اندازی: جریان نامی پمپ ≈ ۱۰۱ آمپر و جریان راه‌اندازی مستقیم ۶.۵ برابر ≈ ۶۵۷ آمپر؛ توان ظاهری لحظه شروع ≈ √3×400×657 ≈ ۴۵۵ کیلوولت‌آمپر، یعنی بیش از دو برابر ظرفیت ژنراتور، با ضریب توان حدود ۰.۳۵. افت ولتاژ و فرکانس در این حالت از حد ۱۵ درصد بسیار فراتر می‌رود و رها شدن کنتاکتورها در ولتاژ حدود ۲۵۰ ولت (۶۲ درصد نامی) کاملاً قابل توضیح است.
نتیجه: ۲۰۰ کیلوولت‌آمپر هم برای بار ماندگار و هم برای راه‌اندازی ناکافی است؛ تنظیم ATS به‌تنهایی مسئله را حل نمی‌کند.
2. گزینه‌های اصلاح را با اثر عددی مقایسه کنید و پیشنهاد نهایی را با ذکر توالی بار بدهید.
Read the worked answer
کاهش جریان راه‌اندازی: با سافت‌استارتر یا ستاره-مثلث، جریان شروع حدود ۲.۵ برابر نامی یعنی ۲۵۰ آمپر و توان ظاهری حدود ۱۷۵ کیلوولت‌آمپر می‌شود (کمتر از ظرفیت ژنراتور) و افت ولتاژ در محدوده ۱۰ درصد می‌ماند. این ارزان‌ترین اصلاح است.
افزایش ظرفیت: برای بار ماندگار ۱۸۰ کیلوولت‌آمپر با حاشیه ۲۵ درصد، ژنراتور ۲۵۰ تا ۳۱۵ کیلوولت‌آمپر لازم است. اگر راه‌اندازی مستقیم حفظ شود، باید به محدوده ۴۰۰ کیلوولت‌آمپر یا بیشتر رفت که هزینه و فضای قابل توجهی می‌خواهد.
توالی بار: ATS دو مرحله‌ای طراحی شود؛ مرحله اول روشنایی ایمنی، اتاق سرور و پمپ آتش‌نشانی، و مرحله دوم پس از پایدار شدن ولتاژ و فرکانس (۱۰ تا ۱۵ ثانیه) تهویه و سایر بارها. بارهای غیرضروری در حالت ژنراتور حذف شوند.
پیشنهاد: سافت‌استارتر برای پمپ + ژنراتور ۳۱۵ کیلوولت‌آمپر + ATS با توالی و بارزدایی. این ترکیب هم الزام پمپ آتش‌نشانی را با اطمینان تأمین می‌کند و هم از خرید ژنراتور ۴۰۰ کیلوولت‌آمپر ارزان‌تر است.
3. زمین کردن ژنراتور و انتخاب ATS سه‌پل یا چهارپل را تحلیل کنید.
Read the worked answer
با ATS سه‌پل، نول در هر دو حالت وصل می‌ماند و ژنراتور عملاً منبعی متصل به همان نول شبکه است؛ در چنین حالتی نباید نقطه ستاره ژنراتور دوباره به زمین وصل و اتصال N-PE جدید ایجاد شود، چون مسیر موازی برای جریان نول و جریان سرگردان روی شینه زمین و شیلدها ساخته می‌شود و RCDها بد عمل می‌کنند.
اگر ATS چهارپل انتخاب شود (به‌ویژه در جایی که RCD روی خروجی‌ها داریم یا الزام جداسازی کامل مطرح است)، ژنراتور یک منبع مشتق‌شده جداگانه است: نول آن قطع می‌شود، نقطه ستاره به الکترود مستقل ژنراتور و به شینه زمین اصلی هم‌بندی می‌شود و اتصال N-PE در سمت ژنراتور ایجاد می‌گردد.
در حالت ژنراتور، مسیر جریان خطا از ژنراتور و امپدانس گذرای آن می‌گذرد و کوچک‌تر بودن جریان اتصال کوتاه باید در تنظیم حفاظت‌ها و در زمان قطع دوباره بررسی شود؛ منحنی کلیدهایی که روی شبکه ترانس تنظیم شده‌اند، روی ژنراتور لزوماً زمان قطع را تأمین نمی‌کنند. همچنین هم‌بندی بدنه ژنراتور، شاسی، مخزن سوخت و لوله‌های سوخت الزامی است. ظرفیت مخزن هم باید بر اساس مصرف تقریبی ۳۰ تا ۴۰ لیتر در ساعت در ۷۵ درصد بار و مدت خودکفایی مورد نظر کارفرما (معمولاً ۴ تا ۸ ساعت) با حاشیه پر شدن محاسبه شود.