FAS — Trochu více o generátorech

Charakteristickými rysy moderních elektráren jsou účinnost, kompaktní rozměry, různá konstrukční řešení pro potlačení hluku, přítomnost inteligentních zařízení pro monitorování a řízení procesu výroby elektřiny, přepínání zátěže, synchronizace generátorů se sítí a mezi sebou navzájem.

Autonomní elektrárny založené na spalovacích motorech jsou hlavními „pracovníky“ tam, kde z různých důvodů není k dispozici centralizované napájení nebo kvalita jeho dodávky nechává mnoho prostoru pro zlepšení. Na široké popularitě těchto jednotek není nic překvapivého: poskytují nízké náklady na vyrobenou elektřinu (proto se rychle zaplatí) a mají dlouhou životnost. Generátory založené na vícepalivových motorech pracujících na zapálení směsi plynu a vzduchu samovznícením pilotní dávky kapalného paliva (5–12 % cyklické části při provozu na kapalné palivo) jsou stále žádanější. Plyn – doprovodná ropa, důlní, přírodní bez předběžného čištění.

Hlavní vlastnosti a výhody generátorů založených na spalovacích motorech:

Základem generátorového soustrojí je jednotka motor-generátor, sestávající ze spalovacího motoru a elektrického generátoru, které jsou vzájemně přímo propojeny a upevněny tlumiči nárazů na ocelové základně. Motor je vybaven systémy pro spouštění, stabilizaci otáček, mazání, chlazení, přívod a odvod vzduchu, což zajišťuje spolehlivý provoz. Motor se nejčastěji spouští pomocí elektrického startéru, napájeného startovací baterií a řízeného jednotkou ATS. Jednotka používá synchronní nebo asynchronní samobuzené bezkartáčové generátory. Elektrárny jsou vybaveny automatizační jednotkou, s jejíž pomocí je řízena stanice, monitorován její stav a prováděna havarijní ochrana.

Pro výběr správného výkonu generátoru je nutné odhadnout podíl tzv. činných a jalových zátěží. Činné zátěže jsou nejjednodušší, u nich se veškerá spotřebovaná energie přeměňuje na teplo (osvětlení, elektrické sporáky, elektrické ohřívače atd.). V tomto případě je výpočet jednoduchý: k jejich napájení postačí jednotka s výkonem rovným celkovému výkonu zátěže. Složitější je to u jalových zátěží, které se zase dělí na indukční (například elektromotory) a kapacitní (zdroje s předřadníkem na vstupu). U jalových spotřebičů se část energie vynakládá na tvorbu elektromagnetických polí. Ukazatelem míry této části spotřebované energie je účiník cos φ. Výkon dělený cos φ dá „skutečnou“ (tj. rovnou geometrickému součtu činných a jalových výkonů) spotřebu energie. Například, pokud je výkon spotřebiče v elektrické instalaci uveden jako 500 W a cos φ = 0,6, znamená to, že ve skutečnosti nástroj spotřebuje z generátoru 500:0,6=833 W. Je také třeba mít na paměti, že generátor má také svůj vlastní cos φ, který je třeba vzít v úvahu. Pokud je tedy roven 0,8, pak výše uvedená elektrická instalace bude k provozu potřebovat 833:0 8=1041 VA. Mimochodem, to je důvod, proč je správné označení výkonu elektrárny VA (volt-ampér), nikoli W (watt).

Problém vysokých rozběhových proudů souvisí s tím, že jakýkoli elektromotor spotřebuje v okamžiku zapnutí několikanásobně více energie než v normálním režimu. Rozběhové přetížení nepřesahuje zlomky sekundy, takže hlavní je, aby elektrárna vydržela bez vypnutí (ochranným automatem) a zejména bez poruchy. Je nezbytné vědět, jaké rozběhové přetížení daná jednotka vydrží.

Generátor (alternátor) vyrábí elektrický proud. V závislosti na typu generátoru se elektrárna lépe vyrovnává s určitými úkoly. Z hlediska klasifikace jsou generátory synchronní a asynchronní. Synchronní generátor je konstrukčně složitější: například má na rotoru indukční cívky. Asynchronní generátor je mnohem jednodušší: jeho rotor se podobá běžnému setrvačníku. Díky tomu je takový generátor chráněn před vlhkostí a nečistotami (má „uzavřenou“ konstrukci). Synchronní a asynchronní generátory se liší svými možnostmi. Synchronní generátory zvládají napájení elektrického nářadí a elektromotorů s jalovým zatížením až 65 % jejich jmenovité hodnoty. Lépe snášejí rozběhové zatížení, jsou schopny krátkodobě (ne déle než 1 sekunda) produkovat proud 3–4krát vyšší než jmenovitá hodnota a produkovat stabilnější proud. Doporučují se pro napájení elektromotorů, čerpadel, kompresorů a dalšího elektrického nářadí a také (v některých případech) pro připojení svářecích strojů.

Díky jednoduchosti konstrukce jsou asynchronní elektrické generátory odolnější vůči zkratům a přetížení, výstupní napětí má menší nelineární zkreslení (velmi hladký sinusový průběh); díky tomu zajišťují udržování napětí s vysokou přesností. Použití asynchronního generátoru umožňuje „napájet“ z jednotky nejen průmyslová zařízení, která nejsou kritická pro tvar vstupního napětí, ale i zařízení citlivá na poklesy napětí (zdravotnická zařízení, elektronická zařízení). Asynchronní generátor je ideálním zdrojem proudu pro připojení aktivní nebo ohmické zátěže: žárovky, elektrické sporáky pro domácnost, elektrické ohřívače a další odpovídající spotřebiče. Umožňuje připojit elektrické nářadí a elektromotory s jalovým výkonem až 30 % jmenovitého výkonu. Při připojování indukčních zátěží je vyžadována 3-4násobná výkonová rezerva. Generátor je vnitropólový, samoregulační stroj bez kartáčů a sběrných kroužků, má stupeň krytí IP-54 a nevyžaduje údržbu.

Stupeň krytí je označen typovým kódem IPXX, kde IP je zkratka pro Ingress Protection (mezinárodní značka ochrany). První číslice označuje stupeň ochrany proti vniknutí pevných mechanických předmětů, druhá stupeň ochrany proti vniknutí kapaliny.

0 – žádná ochrana;
1 – ochrana proti pevným předmětům větším než 50 mm; druhá číslice – ochrana proti svisle padajícím kapkám vody.
2 – ochrana proti pevným předmětům větším než 12 mm; druhá číslice – ochrana proti kapkám vody dopadajícím pod úhlem 15° od svislice.
3 – ochrana před pevnými předměty většími než 2,5 mm; druhá číslice – ochrana před deštěm.
4 – ochrana proti pevným předmětům větším než 1 mm; druhá číslice – ochrana proti stříkající vodě.
5 – ochrana před prachem; druhá číslice – ochrana před stříkající vodou.
6 – úplná ochrana proti prachu; druhá číslice – ochrana před vlnami a tryskajícím vzduchem pod tlakem.

Při výběru elektrárny je nutné věnovat zvláštní pozornost počtu fází. K jednofázovým generátorům produkujícím proud o napětí 220 V a frekvencí 50 Hz lze připojit pouze jednofázové zátěže, zatímco k třífázovým generátorům (380/220 V, 50 Hz) lze připojit obě. Při použití třífázových elektráren je nutné dodržovat podmínku přibližné rovnosti výkonu spotřebičů umístěných na různých fázích. Pro normální provoz generátoru by rozdíl elektrického výkonu na různých fázích neměl překročit 20-25 %.

Výstupní výkon je jedním z hlavních parametrů. Věnujme pozornost dvěma důležitým vlastnostem: mnoho výrobců uvádí tzv. maximální výstupní výkon. Tento parametr však umožňuje krátkodobý provoz jednotky (od několika sekund do několika minut). Skutečný jmenovitý výkon je obvykle o několik (někdy i desítek) procent nižší. Generátor, stejně jako každé jiné zařízení, má svůj vlastní cos φ. Někteří výrobci jej berou v úvahu při specifikaci výstupního výkonu, jiní ne. V druhém případě si uživatel bude muset skutečný jmenovitý výkon vypočítat sám. U synchronních generátorů se výkon vypočítává z následujících poměrů: u aktivních spotřebičů je třeba sečíst výkon všech současně připojených zařízení, přidat asi 15–20 % výkonové rezervy a získáte požadovaný výkon generátoru. A indukční spotřebiče potřebují v okamžiku spuštění větší výkon, takže jejich celkový výkon je nutné 2,5–3krát zvýšit, aby byla zajištěna provozuschopnost stanice.