О дизельных генераторах— как работают и где применяются

1-я: сигнализация и основные защитные устройства. Дизельная генераторная установка (ДГУ) оснащается специальными приборами, которые помогают обслуживающему персоналу следить за критически важными рабочими параметрами — такими как обороты, температура топлива и масла. В случае возникновения каких-либо сбоев система подает сигнал тревоги, а в некоторых ситуациях может автоматически остановить работу дизельного двигателя. Наличие такого оборудования является обязательным для бесперебойной эксплуатации установки.

Дизель-генераторная установка (ДГУ)

Дизель-генераторная установка (ДГУ) представляет собой комплексное устройство, состоящее из дизельного двигателя и электрического генератора, работающих в синергии для выработки электроэнергии. Этот тип автономной электростанции находит применение в тех местах, где отсутствует доступ к основной электросети, либо в ситуациях, когда требуется резервное электроснабжение.

В дизельном двигателе, лежащем в основе ДГУ, используется принцип сжатия воздуха для воспламенения топлива, что делает его более надежным по сравнению с бензиновыми аналогами. Дизельный двигатель приводит в действие генератор — альтернатор, который может быть либо щеточным, либо бесщеточным, и трансформирует механическую энергию в электрическую. Генератор производит переменный ток, который затем преобразуется в стабильный электрический ток с заданными параметрами напряжения и частоты.

Сферы применения

Дизель-генераторные установки находят себя в самых разнообразных сферах деятельности. Наиболее распространенные из них следующие:

• Промышленные предприятия — ДГУ используются для обеспечения непрерывной работы производственного оборудования и надежного электроснабжения.
• Коммерческие учреждения, такие как офисы, торговые центры, гостиницы и рестораны, применяют дизель-генераторы в качестве резервного источника питания. Это обеспечивает минимизацию возможных потерь во время отключения центрального электроснабжения и поддерживает бесперебойное функционирование бизнеса.
• В медицинских организациях надежное электроснабжение жизненно важно для работы оборудования, освещения, а также эффективного функционирования систем вентиляции и кондиционирования. ДГУ применяются с целью обеспечения непрерывного питания в случае сбоя основной электросети. Существуют правила, требующие установки в одном медицинском учреждении как резервного, так и запасного генератора.
• Строительные площадки: на различных строительных и ремонтных работах может отсутствовать доступ к электросети. Дизельные установки обеспечивают временное электропитание для инструментов, освещения и прочих электрических устройств.
• Жилые дома и домашние хозяйства в районах с нестабильным электроснабжением нуждаются в автономных источниках энергии. Здесь ДГУ обеспечивает независимость от централизованных сетей и гарантирует постоянный приток электроэнергии для освещения и работы бытовых приборов.
• В удаленных или островных регионах, где подключение к электросети невозможно, генераторы становятся основными источниками электроэнергии, обеспечивая бесперебойное электричество в непрерывном режиме.

Конструкция дизель-генераторов

Дизель-генераторная установка включает основные агрегаты, которые отвечают за получение электрической энергии, а также вспомогательные узлы, необходимые для поддержания эффективной работы силовой и генерирующей систем.

Основные агрегаты

Дизель-генераторная установка включает на одной общей раме следующие ключевые элементы:

• Двигатель внутреннего сгорания, работающий на дизельном топливе и служащий источником механической энергии, необходимой для вращения генератора. Важным отличием дизельного двигателя от бензинового является метод воспламенения топлива — в дизельном двигателе это происходит за счет высокого сжатия, а не с помощью свечей зажигания. Данный принцип позволяет увеличить мощность двигателя и сократить расход топлива.
• Синхронный или асинхронный генератор переключаемого тока, который соединен с двигателем либо напрямую, либо через демпферную муфту. При вращении ротора происходит преобразование механической энергии в электрическую.

Устройство любого дизельного генератора основывается на совместном действии этих двух основных компонентов. Однако для их эффективного функционирования требуется наличие дополнительных вспомогательных систем.

Вспомогательные системы и оборудование

К вспомогательным системам относятся:

• Топливная система, ответственная за хранение, очистку и подачу топлива в камеру сгорания дизельного двигателя.
• Система отвода отработанных газов, которая включает в себя глушители для снижения уровня шума, создаваемого установкой.
• Система охлаждения, которая служит для понижения температуры работающего двигателя. В зависимости от мощности ДГУ могут использоваться как воздушные, так и жидкостные системы охлаждения.
• Панель управления и щитовые шкафы, позволяющие распределять электроэнергию, контролировать рабочие параметры ДЭС, а также отображать информацию о состоянии оборудования. Включает устройства защиты, сигнализации и автоматизации.

В зависимости от конкретной модификации, устройство ДЭС может предусматривать и наличие иных систем:

• Система электрического запуска и зарядное устройство, поддерживающее аккумулятор в работоспособном состоянии.
• Шумопоглощающий кожух, обеспечивающий дополнительное снижение уровня выходящего шума.
• Автоматический ввод резерва (АВР), позволяющий переключать нагрузку с основного источника электроснабжения на генератор и обратно.

Обратите внимание на дизельные генераторы в контейнерном исполнении: они не требуют строительства отдельных сооружений и способны работать в сложных климатических условиях. Эти контейнеры представляют собой усиленные металлические конструкции с утепленными стенками. Установки оборудуются в контейнере так, чтобы обеспечить свободный доступ при проведении ремонтов и обслуживании. Преимущества такого типа компоновки включают возможность эксплуатации на открытом воздухе и упрощение процесса транспортировки установки. Подобное решение считается перспективным для высокомощных промышленных генераторов.

Принцип работы дизельных генераторов

Принцип работы всех моделей дизель-генераторов основывается на схеме:

• В процессе сгорания топлива образуются газы, которые создают избыточное давление внутри поршневой группы дизельного двигателя.
• Движение поршней по цилиндрам генерирует крутящий момент на коленвале, что приводит к его вращению.
• Связь коленвала с ротором электрического генератора запускает его вращение.
• Перемещение обмотки ротора в магнитном поле статора приводит к индуцированию электрической энергии.
• Полученный электрический ток распределяется и передается потребителю.

Система автоматического ввода резерва (АВР) функционирует так: при отключении питания от основного источника (например, электросети) автоматически запускается ДГУ. После достижения генератором заданных параметров нагрузки происходит переключение на дизель-генератор. Когда электричество от централизованного источника восстанавливается, происходит обратное переключение нагрузки, и установка останавливается.

Благодаря высокой степени автоматизации, распорядиться процессом эксплуатации и обслуживания ДГУ достаточно просто, что делает их идеальными для организации автономного или резервного электроснабжения как на промышленных, так и на бытовых уровнях.

Типы дизельных электростанций

Дизельные генераторные установки могут использоваться как для постоянного электроснабжения, так и в качестве резервных источников в случае отключения электрической энергии. Альтернативные виды генераторов различаются по формам исполнения, способам управления (ручные или автоматические) и техническим характеристикам.

Виды исполнения

Дизельные генераторы могут быть открытого или закрытого типа. Открытые варианты, как правило, устанавливаются в отдельных зданиях или монтируются в специальные контейнеры. Модели, предназначенные для установки на улице, защищены специальным кожухом, что позволяет минимизировать влияние внешней среды, в основном осадков, на оборудование.

Доступны также передвижные мобильные генераторы, которые легко транспортируются. Они используются в ситуациях, где требуется мобильность, например, на концертах или массовых мероприятиях на открытом воздухе, а также для обеспечения освещения на участках дорожных работ.

Способы охлаждения

Дизельные генераторы классифицируются по типу охлаждения двигателя. Поскольку в процессе работы выделяется значительное количество тепла, важно правильно организовать его отвод. Наиболее простым и доступным способом является воздушное охлаждение. Однако в этом случае в двигатель могут попадать инородные частицы, поэтому гораздо чаще используется закрытая жидкостная система охлаждения.

Типы генератора

Дизель-генераторные установки также классифицируются в зависимости от типа генератора на:

• Синхронные генераторы, которые имеют постоянную частоту вращения. Их работа регулируется механизмами, обеспечивающими стабильность при изменениях внешних нагрузок;
• Асинхронные генераторы, частота вращения которых может изменяться и не соответствует стандартным параметрам. Для стабильной и бесперебойной работы таких установок необходим инвертор, который будет выполнять функции выпрямителя.

Классификация по мощности

Одним из основных критериев классификации дизельных генераторов является их мощность. В этом случае их делят на три главные категории:

• Маломощные генераторы — до 20 кВт. Они обычно используются в быту и имеют воздушное охлаждение;
• Генераторы средней мощности — от 20 до 200 кВт. Чаще всего представляют собой мобильные установки с защитными корпусами;
• Генераторы большой мощности — свыше 200 кВт. Это, как правило, стационарные дизельные электростанции, которые также могут устанавливаться на автомобильные шасси или в прицепах. Их мощность может превышать несколько мегаватт.

Стоит отметить! Электрогенатор мощностью 2,5 мВт достаточно, чтобы обеспечить фид основного питания для крупного завода или даже целого поселка.

Области применения генераторов

Дизельные генераторные установки не относятся к экономичным или экологически чистым источникам энергии. Несмотря на это, благодаря своей характеристике, они часто используются как альтернатива или резервные источники электроснабжения.

Резервные источники електричества, например, применяются в:

• Загородных комплексах, гостиницах, домах отдыха;
• Автозаправочных станциях;
• Офисных и торговых организациях;
• Фармацевтической отрасли;
• На производствах с непрерывным циклом работы;
• В военных и пожарных частях;
• В медицинских учреждениях, где оборудование должно функционировать без перебоев.

Кроме того, дизельные генераторы активно применяются в регионах, где отсутствует централизованное электроснабжение:

• На концертах и массовых мероприятиях;
• В населенных пунктах с вахтовыми работниками;
• На туристических базах и в экспедициях;
• При строительстве удаленных объектов и автодорог;
• В сфере сельского хозяйства;
• При проведении аварийно-спасательных операций.

Расход топлива дизельного генератора

Для контроля и оптимизации расхода топлива необходимо учитывать несколько факторов:

• Чем большее количество электрических потребителей подключено к дизельной электростанции, тем выше будет расход топлива. Избегайте эксплуатации генераторов в холостую, то есть менее чем на 30% от их номинальной мощности, так как это может привести к перегреву обмотки генератора и потенциальным поломкам оборудования.
• Низкая температура воздуха увеличивает вязкость дизельного топлива и снижает его эффективность с точки зрения производительности.
• Регулярная чистка топливных и масляных фильтров позволит существенно снизить потребление топлива.
• Экономия на топливе может негативно сказаться на коэффициенте полезного действия и сроке службы генератора. В дизельном топливе не должно содержаться серы и примесей, если производитель не указывает обратное.
• Заливка топлива за 2-3 часа до запуска генератора помогает повысить его эффективность при работе.

Для вычисления прогнозируемого расхода топлива можно использовать следующую формулу: 0,2 × мощность генератора в кВт = расход в литрах. Для получения 1 кВт*ч электричества в среднем требуется 0,2 литра дизельного топлива. Исходя из этого, получаем формулу. Важно помнить, что оборудование не должно работать на более чем 75% от своего предельно допустимого значения, иначе расход топлива увеличится. Для наглядности приведем таблицу, отражающую расход топлива при разных уровнях загрузки:

Расход топлива при загрузке 100 % (л/ч)

Расход топлива при загрузке 75 % (л/ч)

Расход топлива при загрузке 50 % (л/ч)

Исполнение дизельных электростанций

1. Портативные дизельные генераторы обычно имеют малую мощность, расположены на открытой раме и зачастую оборудованы транспортировочными ручками и колесами. Это идеальный вариант для нерегулярного и аварийного использования.

• Подвижность;
• Компактность;
• Низкий расход топлива.

• Создают много шума во время работы, если в конструкции нет встроенного глушителя;
• Не могут служить основным источником электроэнергии из-за ограниченного времени автономной работы.

2. Открытые дизельные электростанции подойдут для стационарных установок как в помещениях, так и под навесами.

• Могут использоваться как основной или резервный источник;
• Легкий доступ ко всем узлам и агрегатам.

• Издают шум и создают вибрацию;
• Менее устойчивы к возгоранию;
• Не предназначены для работы на открытом воздухе без защиты.

3. Дизельные генераторы в кожухе подходят для эксплуатации в любых погодных условиях и обладают защитными характеристиками от вандализма.

• Работают тихо, если в конструкции предусмотрен шумопоглощающий кожух;
• Узлы защищены от механических повреждений;
• Устойчивы к возгоранию.

4. ДЭС на шасси считаются универсальными. Они подходят для выполнения строительных работ, технического обслуживания объектов нефтегазовой отрасли и организации аварийных и спасательных операций.

• Легко перемещаются даже по бездорожью;
• Быстро запускаются в работу.

5. ДЭС в контейнере подходят для условий крайнего холода. Часто такие установки используются в нефтегазовой индустрии.

• Контейнер обеспечивает защиту генератора от неблагоприятных атмосферных условий и может использоваться в качестве хранилища вспомогательного оборудования;
• Способны функционировать при отрицательных температурах (до -50° и ниже);
• Часто оборудованы встроенной осветительной системой.

Синхронные и асинхронные дизельные генераторы: что это такое?

В зависимости от конкретного типа генератора переменного тока, установленного на дизельной электростанции, она может быть классифицирована как синхронная или асинхронная. Это обозначение указывает на специфику конструкции альтернатора ДГУ и связанные с этим характеристики всей установки. Существуют некоторые тонкости, которые следует учитывать при использовании оборудования этих двух категорий.

• Синхронные дизель-генераторы сложнее в конструкции, обеспечивают стабильную работу при пусковых токах, способны выдавать выходное напряжение с заданными параметрами. Однако стоит отметить, что они характеризуются определенными погрешностями в точности при перегрузках. Тем не менее этого вполне достаточно для использования таких установок как источников резервного питания. Также синхронные генераторы эффективно применяются для работы с механизмами, обладающими высокой реактивной нагрузкой, такими как компрессоры, двигатели и насосы.
• Асинхронные генераторы получают признание за свою сверхнадежность и способность функционировать в любых условиях. Они имеют простую конструкцию и, соответственно, отличаются долговечностью. Такие системы обеспечивают плавимость тока, что делает их идеальными для работы с оборудованием, чувствительным к изменениям напряжения. Асинхронные дизель-генераторы обычно используются для обеспечения электроснабжения технике с активными нагрузками, такими как осветительные приборы, системы отопления и аккумуляторные батареи. Значительным преимуществом таких систем является отсутствие необходимости в блоке охлаждения, что позволяет производить герметизацию конструкции, делая её устойчивой к воздействию погоды. Однако стоит отметить, что асинхронные генераторы менее стабильны при перегрузках, хотя современные производители разрабатывают специальные стартерные усилители для снижения этого эффекта в дизельных генераторах.

Разновидности исполнений.

Поскольку дизельные генераторы часто используются в специфических условиях — в жару, мороз, под дождем и снегом — производители начали разделять стандартные и специализированные исполнения этой техники. В соответствии с этим, среди моделей ДГУ можно выделить:

• Стационарные системы (устанавливаются на объекте один раз и навсегда) и мобильные, предназначенные для частых перемещений (оснащенные шасси, колесами, выставляются на прицепах или полуприцепах);
• Дизельные генераторы, адаптированные для специфических погодных и температурных условий (умеренный, морской, тропический и северный климат);
• Генераторы, защищенные специальными оболочками (кожухами), обладающие пыле-, влаго- и шумозащитой.

Чтобы определить класс защиты каждой конкретной модели, необходимо обратить внимание на показатель IP. Если первая цифра IP равна 2, это указывает на защиту от твердых предметов с диаметрим 12 миллиметров; если 4 — то есть возможность защиты от проволоки и инструментов диаметром от 1 миллиметра; а если 5 — это идеальный показатель, говорящий о полной защите, включая защиту от пыли. Вторая цифра в показателе IP указывает на уровень защиты от воды: 3 защищает от направленных потоков воды, падающих под углом 60 градусов, а 4 — от любых потоков, приходящих под любым углом.