Διαστασιολόγηση Η/Ζ

[GeorgeS]

Συνάδελφοι

 

με αφορμή το πρόσφατο μύνημα του συναδέλφου μας με τη γεννήτρια, αλλά και από επίσης πρόσφατο περιστατικό όπου νέος συνάδελφος μελετητής έβαλε μόνο +5-10% στην ισχύ του Η/Ζ, σας παραθέτω, ειδικά για τους νέους συναδέλφους μερικά ενδιαφέροντα στοιχεία για τη μελέτη και τη σωστή διαστασιολόγηση Η/Ζ όσο αφορά την υποστήριξη UPS.

 

 

Εξηγώ τη βασική δομή ενός UPS

 

 

εισοδος 230/400V---> μετατροπέας AC/DC -----> μπαταρίες --------> (130-250-380V)μετατροπέας DC/AC ------> έξοδος 230/400V.

 

 

Ας δούμε λίγο απλοποιημένα ένα παράδειγα. Έστω ότι θέλω να υποστηρίξω με Η/Ζ ένα UPS 70kVA. Βήματα :

 

1. 70 kVA UPS σημαίνει 70*0.8 = 56 kW

 

2. Aπόδοση inverter n=0.9 (μας τη δίνει ο κατασκευαστής) άρα η είσοδος στη βαθμίδα του inverter του UPS, δηλαδή η ισχύς από τις μπαταρίες είναι P=56/0.9 = 63 kW.

 

3. Ισχύς φόρτισης μπαταριών (εξαρτάται από το σύστημα) περίπου Pb=2 kW.

 

Άρα, P=63+2 = 65 kW (θέλει αναλυτικό υπολογισμό)

 

4. Απόδοση του rectifier, δηλαδή του μετατροπέα AC/DC , n'=0.9 άρα πάμε σε ισχύ εισόδου στο UPS : P' = P/0.9 = 73 kW

 

Κατά συνέπεια προκύπτει ότι στα 56kW εξόδου του UPS ( ή 70 kVA) απαιτείται 73 kW ισχύς εισόδου. Τούτο σημαίνει ότι απαιτείται ένα H/Z τουλάχιστον 30% πάνω από την ονομαστική ισχύ του UPS. Δηλαδή ένα H/Z περίπου 90-100 kVA. Φανταστείται λοιπόν, να είχαμε υπολογίζει τα καλώδια με την ονομαστική ισχύ τι σφάλμα θα είχαμε. Και καλά στις μικρές ισχύς, στις μεγάλες όμως τα ρεύματα θα ήταν σημαντικά μεγαλύτερα απ ότι θα περιμέναμε.

 

Αξίζει επίσης να σημειωθεί, ότι λόγω των υψηλών αρμονικών o ουδέτερος που τροφοδοτεί το UPS ποτέ μικρότερος από τη διατομή των φάσεων. Λαθος που έχω δει σε άλλη εφαρμογή είναι καλώδιο 3x35+16+16 αντι για 5x35. Επίσης αν το UPS είναι λίγο παλαιότερα τεχνολογίας, ο ουδέτερος πρέπει να είναι 1.5 φορές μεγαλύτερος από τη διατομή των φάσεων (σε 3Φ).

 

----------

Υ.Γ. Παρά τη φιλότιμη προσπάθεια 2 συναδέλφων σχετικά με το ΙΕΕΕ δεν τα καταφέραμε. Οποιος έχει πρόσβαση στα πρότυπα (standards) του IEEE xplore ας στείλε ενα pm

[ariss]

Καλησπερα

 

Μηπως ξερει καποιος καπιον τροπο υπολογισμου του μεγεθους ενος Η/Ζ? Εκτος απο πρακτικους τροπους υπαρχει καποιο standard για διαστασιολογηση Η/Ζ?

 

Ευχαριστω

[GeorgeS]

Χμμμ για ψάξε λίγο σε προηγούμενα post. Είχα παραθέσει έναν πρακτικό τρόπο υπολογισμού της ισχύος ενός Η/Ζ. Αν μας πεις την εφαρμογή για την οποία το θες μπορούμε να κάνουμε εδώ μια ανάλυση.

[Apostolos83]

Παίρνεις έναν πίνακα που για κάθε ισχύ κινητήρα σου δίνει τα KVA εκκίνησης που απαιτούνται ανάλογα με τον τρόπο που εκκινεί ο κινητήρας (απ' ευθείας ή Υ-Δ)

Για κάθε φορτίο κίνησης βρίσκεις τι KVA απαιτούνται για την εκκίνηση του. Για ότι φορτίο δεν είναι κίνηση, διαιρείς τα kW του με το cosφ του φορτίου (Μόνο τα φορτία κίνησης έχουν ιδιαίτερες απαιτήσεις KVA κατά την εκκίνηση τους διότι μόνο σε αυτά το Ιεκκιν = 7* Ιον). Εν συνεχεία αθροίζεις όλα τα παραπάνω KVA και βρίσκεις την ελάχιστη ισχύ σε KVA που θα πρεπει να έχει το ΗΖ σου. Αν έχεις πολλά φορτία, στο λέω από τώρα ότι θα βγεί ένα ΤΕΡΑΣ!!!!!Σε αυτή την περίπτωση θα πρεπει να εκκινήσεις τα φορτία σου σε ομάδες και όχι όλα μαζί. Η ανάλυση είναι κάπως διαφορετική και πιο περίπλοκη σε αυτή την περίπτωση.

[ariss]

Ευχαριστω για τις απαντησεις.

Ειναι για μια κατοικια. Εχει τρια τριφασικα μοτερ ενα 11KW με Υ/Δ και δυο 4 KW απευθειας συν τις αναγκες του σπιτιου (μερικα φωτα τηλεοραση ψυγειο). Με τον πρακτικο τροπο μπορω να υπολογισω κατι αλλα μου φενεται λιγο μπακαλικος.

Εχετε υποψην καποιο στανταρ για να μπορει να κανει καποιος μια μελετη που να εχει καποια αξιοπιστη βαση?

[GeorgeS]

Καλά τα λέει ο Αποστόλης αλλά έχω μια μικρή παρατήρηση διότι έτσι θα βγεί πράγματι ένα τέρας Η/Ζ. Είναι ΑΠΟΛΥΤΩΣ ΟΡΘΟ τεχνικά να δεις τον ταυτοχρονισμό του φορτίου σου.

 

αν δηλαδή είχες για παράδειγμα να υποστηρίξεις με Η/Ζ τρια τριφασικά μοτερ 11 kW έκαστο ήτοι 11/0.8 = 13.8 kVA έκαστο, τότε, θεωρώντας ένα ρεύμα εκκίνησης Υ-Δ Iεκ 3 φορές περίπου το ονομαστικό θα έβγαινε μια ισχύς εκκινήσεως 41 kVA ανά μοτέρ άρα θα ήθελες ένα Η/Ζ 3 μοτερ χ 41 kVA = 123 kVA. Αυτό οδηγεί σε υπερδιαστασιολόγηση το Η/Ζ και είναι σωστό μόνο στην περίπτωση όπου απαιτείται ΤΑΥΤΟΧΡΟΝΗ εκκίνηση των μοτέρ. Εξαιρώντας τις βιομηχανικές μονάδες όπου εκεί πράγματι έχουμε ανάγκη από ταυτόχρονες εκκινήσεις κινητήρων, στις συνήθειες κτιριακές - οικιακές εγκαταστάσεις αυτό είναι σπάνιο.

Άρα μια σωστή λύση είναι να φτιάξεις έναν μικρό αυτοματισμό όπου τα μοτέρ -αν γίνεται φυσικά- να μην εκκινούν ταυτόχρονα σε μια διακοπή ρεύματος αλλά με μια διαφορά της τάξης των 10 sec. Έτσι θα οδηγηθείς σε ένα Η/Ζ ισχύος P = 41 kVA (εκκίνηση) + 13.8 + 13.8 = 68 kVA. Σχεδόν το μισό σε ισχύο από το άλλο.

 

Το θέμα δεν είναι μόνο οικονομικό. Διότι η διαφορά στην τιμή δεν είναι πολύ σημαντική. Το θέμα είναι και λειτουργικό. Διότι αν έχεις ένα Η/Ζ 123 kVA και απαιτείται να δουλεύει π.χ. μόνο το ένα μοτέρ, τότε θα έχεις ένα Η/Ζ (123 kVA) που θα καλύπτει ένα φορτίο μόλις 13.8 kVA. Και όταν ένα Η/Ζ δεν συναντά ένα φορτίο πάνω από το 30% της ονομαστικής του ισχύς, πάει για συντήρηση μια ώρα γρηγορότερα.

 

Η διαστασιολόγηση των Η/Ζ σήμερα γίνεται συχνά "στο πόδι" και στο στυλ "βάλε εκεί μωρέ ένα τέρας να είμαστε σίγουροι". Το "τέρας" θα το πληρώσεις και θα δουλέψει, αλλά το πότε θα πετάξει λάδια είναι θέμα χρόνου. Σε Νοσοκομεία και βιομηχανίες όπου έγινε υπερδιαστασιολόγηση Η/Ζ αναγκαστήκανε μετά να βάλουν θερμικές αντιστάσεις προκειμένου το Η/Ζ να "δει φορτίο" για να μην βγάλει βλάβες.

 

Πρέπει λοιπόν να δεις το "πως" θα δουλέψει η εγκατάστασή σου και αφού ξέρεις αυτό τότε επιλέγεις κατά την κρίση και την εμπειρία τον τρόπο διαστασιολόγησης του Η/Ζ.

[CostasV]

Και όταν ένα Η/Ζ δεν συναντά ένα φορτίο πάνω από το 30% της ονομαστικής του ισχύς, πάει για συντήρηση μια ώρα γρηγορότερα.

 

 

Για αυτό δεν υπάρχει συμφωνία στις τάξεις των ηλεκτρο-μηχανολόγων. Από πλευράς κινητήρα δεν βλέπω κανένα πρόβλημα να δουλεύει στο 10% της μέγιστης ισχύος του. Για την γεννήτρια δεν έχω άποψη.

 

Για το ότι δεν θα πρέπει να υπερδιαστασιολογούμε τα Η/Ζ, δεν υπάρχει καμία διαφωνία.

[ariss]

Καπου διαβασα οτι για εκκινηση Υ/Δ αρκει μεγεθος γεννητριας διπλασιο απο την ισχη του κινητηρα παρολο που το ρευμα ειναι τριπλασιο λογω του οτι η γεννητρια μπορει να δουλεψει για καποια δευτερολεπτα στο 300% της ισχυς της. Επεοδη το διαβασα σε ξενογλoσω forum και οχι σε βιβλιο έχετε καποιοα γνωμη?

[GeorgeS]

Λοιπόν, προσέξτε τώρα γιατί αυτά δεν τα λένε πουθενά τα βιβλία. Πράγματι το 300% ισχύει αλλά αφορά ΜΟΝΑΧΑ την ηλεκτρογεννήτρια του Η/Ζ. Δηλαδή, μια ηλεκτρογεννήτρια μπορεί να φορτιστεί και 300% ή και ακόμα παραπάνω του ονομαστικού της. Ομως ο κινητήρας του Η/Ζ δεν μπορεί να δώσει αυτό το φορτία και θα κόψει από χαμηλές στροφές. Στη προσπάθεια του δηλ. να αντιμετωπίσει ένα τόσο μεγάλο φορτίο θα ρίξει τις στροφές και τελικά θα τεθεί εκτός λειτουργίας. Κατά συνέπεια το 300% είναι μια "ακαημαϊκού τύπου" πληροφορία που αφορά ένα μέρος του Η/Ζ αλλά όχι το σύνολο.

Αυτό που μπορεί κάποιος να κάνει είναι να ζητήσει ένα Η/Ζ συνεχούς λειτουργίας π.χ. 100 kVA. Ολα τα σοβαρά Η/Ζ μπορούν να φορτιστούν παραπάνω μόνο κατά 10% και αυτό όχι για πάνω από 10-12 ώρες. Αυτή η πρόσθετη φόρτιση ου 10% αναφέρεται συχνά ως "ισχύς εφεδρικής λειτουργίας" (τα 100 kVA είναι συνεχούς λειτουργίας).

[sdim]

Δεν είδα να αναφέρετε πουθενά τον συντελεστή ισχύος.

 

Αν ο συντελεστής ισχύος είναι χαμηλός (π.χ. 0.7) τότε το ρεύμα που θα πρέπει να δώσει το Η/Ζ είναι αυξημένο κατά 43% (100%/0.7=142,86).

 

Η άεργος ισχύς δεν καταναλώνεται στην πράξη, αλλά το ρεύμα αυτό περνάει από τα καλώδια, οπότε τα τυλίγματα, οι συνδέσεις, οι διατάξεις προστασίας κτλ πρέπει να αντέχουν το επιπλέον ρεύμα.