Пусковые токи: почему генератор нужно брать с запасом мощности

Суть проблемы

Самая частая ошибка при покупке генератора — сложить мощности всех потребителей и взять станцию «впритык». В момент запуска асинхронного электродвигателя ток в обмотках превышает номинальный в 5–7 раз, и станция должна выдержать этот бросок, не просадив напряжение и частоту. Если запаса нет, происходит одно из двух: срабатывает защита по перегрузке и станция уходит в аварию, либо напряжение проваливается настолько, что двигатель не раскручивается и «клинит» на пусковом токе до срабатывания тепловой защиты.

Дизельный генератор — не сеть. Энергосистема города для вашего компрессора практически бесконечна, а генератор на 100 кВт имеет ровно 100 кВт и инерцию маховика. Всё, что он может отдать сверх номинала, — это кратковременная перегрузка 10 % в течение часа из двенадцати.

Кратность пусковых токов по типам нагрузки

Столбец «требуемая мощность» меньше кратности пуска не по ошибке: бросок длится доли секунды, и станция гасит его инерцией вращающихся масс и перегрузочной способностью генератора. Но если двигатель запускается под нагрузкой — например, компрессор стартует на непрошедшем разгрузку ресивере, — время пуска растёт до нескольких секунд, и коэффициент нужно брать по верхней границе.

Порядок расчёта

• Шаг 1. Перечислите потребители. Для каждого запишите номинальную активную мощность в кВт и коэффициент мощности cos φ. Для двигателей мощность на шильдике — это мощность на валу, электрическая потребляемая будет больше на величину КПД (обычно делят на 0,85–0,92).
• Шаг 2. Посчитайте установившуюся нагрузку. Сложите мощности всех потребителей, которые работают одновременно. Учитывайте коэффициент одновременности: на реальном объекте редко включено всё сразу.
• Шаг 3. Найдите самый тяжёлый пуск. Определите потребитель с наибольшей пусковой мощностью и прибавьте её к нагрузке остальных, уже работающих устройств. Именно этот момент — расчётный пик.
• Шаг 4. Добавьте запас 20–25 %. Он нужен на старение оборудования, потери в кабелях, работу в жару и будущее расширение.
• Шаг 5. Проверьте загрузку. В нормальном режиме станция должна быть загружена на 50–80 % номинала. Если расчёт даёт постоянную загрузку 25 %, станция подобрана слишком крупной — это плохо и для ресурса, и для бюджета.

Пример расчёта

Небольшое производство: три насоса по 7,5 кВт, компрессор 15 кВт, освещение и офисная техника суммарно 12 кВт, вентиляция 5,5 кВт с частотным преобразователем.

• Установившаяся нагрузка: 3 × 7,5 + 15 + 12 + 5,5 = 55 кВт.
• Самый тяжёлый пуск — компрессор: 15 кВт × 3 = 45 кВт пусковой мощности.
• Пиковый момент: компрессор стартует, когда остальное уже работает, значит 55 − 15 + 45 = 85 кВт.
• С запасом 20 %: 85 × 1,2 = 102 кВт.

Итог — станция на 100–110 кВт. В штатном режиме она будет загружена на 55 %, что близко к оптимуму, и выдержит прямой пуск компрессора. Подходящие модели — в подборке дизельных генераторов до 100 кВт; если планируется расширение, разумнее сразу смотреть станции на 150 кВт.

Как уменьшить требуемую мощность станции

Иногда дешевле изменить схему пуска, чем покупать станцию на класс выше.

• Каскадный запуск. Разнесите старты крупных двигателей во времени реле задержки — пики перестанут складываться. Самый дешёвый приём и самый эффективный.
• Устройства плавного пуска. Снижают кратность до 2–3 и заодно берегут механику: нет рывка на муфте и гидроудара в трубопроводе.
• Частотные преобразователи. Убирают пусковой бросок почти полностью и экономят энергию на насосах и вентиляторах при частичной производительности.
• Пуск переключением «звезда — треугольник». Старое, но рабочее решение для двигателей, стартующих без нагрузки: снижает пусковой ток примерно втрое.
• Разделение нагрузки на очереди. Часть потребителей выводится за пределы резервируемого контура — тогда генератор питает только критичное оборудование.

Выбор схемы и расчёт очередей запуска входят в работы по проектированию и монтажу АВР: щит автоматики можно настроить так, чтобы нагрузка подключалась ступенями с заданными задержками.

Частые ошибки

• Считать по вводному автомату. Номинал автомата на 250 А не означает, что объект потребляет 160 кВт: автомат выбирают по кабелю, а не по фактической нагрузке.
• Путать кВт и кВА. Паспортная мощность генератора в кВА при cos φ 0,8 даёт активную мощность на 20 % меньше. Станция 100 кВА — это 80 кВт.
• Игнорировать нелинейные нагрузки. Частотники, ИБП и светодиодные драйверы генерируют гармоники, которые дополнительно нагревают обмотки генератора. При их доле выше 30 % нужен генератор с расширенной обмоткой или увеличенный запас.
• Не проверять фазовый баланс. Перекос фаз более 25 % приводит к перегреву и срабатыванию защиты, даже когда суммарная мощность в норме.
• Верить расчёту без проверки. Реальную способность станции держать пуски подтверждают только нагрузочные испытания с имитацией набросов.

Что делать, если станция уже куплена

Если существующая ДГУ уходит в аварию при пуске крупного потребителя, сначала измеряют фактический пусковой ток токовыми клещами с функцией фиксации пика или регистратором. Дальше возможны варианты: изменить порядок запуска, установить софтстартер на проблемный двигатель, снять часть нагрузки с резервируемого контура. Замена станции — крайняя мера. Диагностику и настройку контроллера в такой ситуации выполняют в рамках диагностики ДГУ, а при необходимости срочного резерва на время работ подойдёт аренда дизельной электростанции.

Частые вопросы