Расчёт мощности электрогенератора (электростанции), необходимой для обеспечения работы бытовых электрических приборов и электрооборудования загородного дома

Соловьев Валерий Иванович

преподаватель - методист высшей категории

Таврический колледж ФГАОУ ВО «Крымский

федеральный университет имени В. И. Вернадского»

г. Симферополь, Республика Крым

Расчёт мощности электрогенератора (электростанции), необходимой для обеспечения работы бытовых электрических приборов и электрооборудования загородного дома

Вопрос, как подобрать электрогенератор для обеспечения электроснабжения загородного дома на случай его отключения от централизованной системы подачи электрической энергии является достаточно актуальным. Особенно для тех, кому сложно разобраться не только в типах электрогенераторов, а и в указанных для них характеристиках. При этом важно разобраться в том, подойдет ли выбранный электрогенератор для конкретной ситуации. Так как же правильно выбрать электрогенератор?

Выбор электрогенератора зависит от многих параметров. С технической точки зрения, основной, на наш взгляд, является, мощность электрогенератора, которая зависит от суммарной мощности нагрузки и ее типа. Но для начала необходимо пояснить как устроен электрогенератор.

Виды и устройство электрогенераторов

Электрогенератор состоит из двигателя и генератора, которые крепятся к стальной раме или к станине посредством амортизаторов. Двигатель и генератор находятся на одном валу. Двигатели могут быть разных типов - бензиновые, дизельные, газовые. Рассмотрим каждый из них подробнее.

Электрические бензиновые генераторы - это термин, которым называют специальные автономные электростанции, в состав которых входит парная конструкция из двигателя внутреннего сгорания и непосредственно электрогенератора, вырабатывающего электрический ток. Данные устройства по конструкции и принципу действия довольно простые. Топливо сгорает в двигателях внутреннего сгорания, а бензиновый генератор при этом вырабатывает энергию. Бензиновые генераторы не имеют проблем с запуском при низких температурах, дешевле дизельных, идеально подходят как временный источник электроэнергии. Бензогенераторы относятся к воздухоохлаждающимся агрегатам. Они предназначены для резервного электроснабжения и рассчитаны примерно на 5 - 8 часов беспрерывной работы (или даже больше). Мощность таких аппаратов колеблется в рамках

1 - 14 кВт, а количество моточасов составляет от 1 до 3,5 тысяч. Генераторы, работающие на бензине, могут запускаться при помощи ручного старта или же путем электрического зажигания (поворотом ключа). При этом ручной пуск устанавливается исключительно на модели мощностью до 8 кВт. Внешний вид бензинового электрогенератора представлен на рисунке 1.

Рис. 1. Бензиновый электрогенератор HONDA EP2500CX

Дизельные генераторы отличаются повышенным моторесурсом, потребляют меньше топлива и рассчитаны на длительную интенсивную работу. В тоже время, дизельные генераторы нуждаются в периодическом техосмотре, проверке уровня масла и топлива (при систематическом использовании техосмотры зависят от количества отработанных моточасов). Дизельные генераторы классифицируются по назначению (резервный/стационарный), типу охлаждения (воздушный/жидкостной) и мощности двигателя. Выходная мощность дизельного генератора составляет, как правило, от 3 до 500 кВт, в отдельных случаях может достигать 3000 кВт.

Дизельные двигатели с воздушным охлаждением занимают промежуточное положение между бензиновыми станциями и дизелями с жидкостным охлаждением. Дизельные двигатели с жидкостным охлаждением используются в генераторных установках индустриального класса. Они наиболее надежны и долговечны. У них наработка на отказ составляет

20 000-40 000 ч. При длительной работе и в стационарных условиях лучше всего пользоваться дизельными электрогенераторами. Это низкооборотные станции, расходующие мало топлива и имеющие продолжительный срок службы. Немалым достоинством таких электрогенераторов следует считать и наиболее низкие цены на топливо (солярка) для них. Основные недостатки таких моделей - их относительно большой вес и габариты. Внешний вид дизельного генератора представлен на рисунке 2.

Рис. 2. Дизельный генератор SDMO серии «Adriatic» с двигателем Kohler

Часто можно услышать вопрос: какой электрогенератор выбрать: дизельный или бензогенератор? Для ответа на этот вопрос необходимо понять, с какой целью приобретается электрогенератор. Если электрогенератор необходим как аварийный источник на небольшие промежутки времени в период отключения постоянной подачи электроэнергии, то более целесообразным было бы обратить внимание на бензогенератор. Если же преследуется цель использовать электрогенератор в качестве постоянного бесперебойного источника электроэнергии в течение длительного времени - есть смысл обратить внимание на дизельные электрогенераторы, невзирая на их, более высокую первоначальную стоимость. Электрогенератор, работающий на бензиновом топливе, существенно дешевле дизельной модификации. Однако, затраты на топливо и техническое обслуживание электрогенератора, функционирующего на бензине, на порядок выше, чем у дизельного электрогенератора.

Электрогенераторы, работающие на газу - это современные высокотехнологичные электростанции, работающие на сжиженном - LPG пропан-бутан и на природном - NG газе. Устройство данного типа работает от обычных баллонов или газопровода. Устройство электрогенератора, работающего на газу представлено на рисунке 3.

Рис. 3. Устройство электрогенератора на газу

По сравнению с дизельными или бензиновыми устройствами, экономичность газогенератора в 17 раз выше - учитывая растраты на топливо и на наименьший износ деталей, гарантированный тем, что топливо является "мягким". Газовые модели пользуются в наше время популярностью, поскольку вдобавок к своей экономичности они являются и более экологичными по сравнению с бензиновыми или дизельными аппаратами при схожем принципе работы. К тому же, когда в двигателе внутреннего сгорания происходит сгорание газа, то твердых частиц образуется гораздо меньше, что значительно увеличивает моторесурс агрегата. Также среди особенностей газового генератора следует отметить износостойкость, высокий показатель готовности, низкий уровень шума и более длительный срок эксплуатации. Мощность такого оборудования колеблется от нескольких до 300 кВт.

Электрогенераторы также, бывают синхронными и асинхронными, однофазными и трехфазными.

Синхронный генератор позволяет получить более высокое качество электроэнергии, чем у асинхронных. Данные электрогенераторы способны выдерживать 3-х кратные кратковременные перегрузки. Поэтому синхронные генераторы рекомендованы для питания реактивных нагрузок с высокими пусковыми токами.

Асинхронный генератор плохо переносит пиковые перегрузки. Однако имеет более низкую стоимость по сравнению с дизельными электрогенераторами. Асинхронные генераторы устойчивы к короткому замыканию. Поэтому рекомендуются для питания активных нагрузок (лампы накаливания, электроплиты, теплотехника и т.п.). При подключении реактивной нагрузки (электродвигатели) необходим запас по мощности в 3-4 раза. Перегрузка генератора чревата его выходом из строя. Отличие синхронных генераторов от асинхронных показаны на рисунке 4.

Рис. 4. Синхронные и асинхронные генераторы

Инверторные генераторы конструктивно похожи на асинхронные генераторы и имеет электронный регулятор напряжения. Такие электрогенераторы отличаются компактностью и низким уровнем шумов, производимых при их работе. Следует также отметить, что технология, применяемая в инверторных генераторах, является наиболее современной, а соотношение цены и качества у данного оборудования наилучшее. Внешний вид инверторного генератора представлен на рисунке 5.

Рис. 5. Инверторный генератор SDMO INEO 3000

В инверторном генераторе используется инверторная система с регулятором широтно-импульсной модуляции (ШИМ) для более высокого качества электроэнергии (стабильность выходного напряжения и частоты). Принцип работы инверторного генератора поясняется на рисунке 6. Переменный ток преобразуется в постоянный при помощи выпрямителя, после чего осуществляется фильтрация пульсаций, сглаживаемая емкостными фильтрами. После этого, благодаря мощным ключам на транзисторах или тиристорах, включенных по мостовой схеме, осуществляется формирование переменного тока на нагрузке. Высокое качество выходных параметров (то есть самого тока) обеспечивается не только высококачественным сглаживанием пульсаций, но и стабильностью работы системы управления, отслеживающей необходимые выходные характеристики посредством цепей обратных связей.

Рис. 6. Принцип работы инверторного генератора

Ротор вращается вокруг статора. На выходе получается трехфазный переменный ток, который поступает на цепь выпрямления блока инвертора. С помощью цепи выпрямления трехфазный переменный ток преобразовывается в постоянный, а затем стабилизируется при помощи цепи сглаживания. В цепи преобразования этот постоянный ток превращается в синусоидальный, который почти аналогичен полной синусоиде. На выход инвертора поступает переменный ток. Микрокомпьютер контролирует напряжение и частоту сигнала по частотной характеристике напряжения.
Сварочные генераторы сочетают в своей конструкции элементы автономного электрогенератора и сварочного аппарата. Таким образом, можно полноценно выполнять сварочные работы в полностью автономных условиях, например на даче, или на удаленном строительном участке. При этом гарантируется поддержание оптимальных параметров для быстрой и качественной сварки электродами, кроме того, за счет компактных размеров агрегата, не возникнет никаких трудностей с его транспортировкой. Современный сварочный электрогенератор внешне имеет схожесть с простой портативной электростанцией, отличия заключаются лишь в наличии встроенного модуля, необходимого для выработки соответствующего напряжения и тока для поджога сварочной дуги. Генераторные установки такого типа позволяют сэкономить на приобретении отдельного сварочного аппарата. Внешний вид сварочного генератора представлен на рисунке 7.

Рис. 7. Сварочный генератор SDMO VX 220/7.5 H

Генератор может быть оснащен системами: запуска, стабилизации частоты вращения, смазки, охлаждения, подачи воздуха и выхлопа.

Запуск двигателя электрогенератора может быть:

• ручной (двигатель приводится в движение при помощи шнура, который нужно сильно дернуть).

• электростартер (генератор запускается при повороте ключа зажигания).

• автостарт (электростанция запускается автоматически с того момента, когда прерывается основное энергоснабжение).

Часто в электрогенераторах малой мощности встречаются комбинированные варианты - электростартер и ручной запуск.

Генератор может быть оснащен шумозащитным кожухом или контейнером, который предохранит оборудование от неблагоприятных погодных явлений или несанкционированного доступа.

Однофазные генераторы рекомендовано использовать только для однофазных потребителей, соответственно, трехфазные; для трехфазных электроприборов.

Стационарные генераторы устанавливаются для обеспечения электроэнергией постоянного объекта, в то время как мобильные электростанции удобно транспортировать с места на место.

Более подробно устройство электрогенератора представлено на рисунке 8.

Рис. 8. Устройство электрогенератора

Основные характеристики электрогенераторов

Основные параметры, которые необходимо учитывать при выборе электрогенератора:

• номинальная мощность, измеряемая в киловаттах (кВт);

• ресурс, измеряемый в моточасах до капитального ремонта;

• количество фаз (однофазная 220 В или трехфазная 380 В);

• вид топлива (бензин или дизельное топливо);

• управление пуском и остановом;

• шумоизоляция.

Номинальная мощность является одним из самы важных параметров электрогенератора, указываемых на этикетке генератора и обозначается в киловаттах или вольт-амперах. На некоторых моделях указывается максимальная (пиковая) мощность, однако в этом режиме устройство может работать лишь несколько минут. На этикетке генератора часто можно увидеть единицы измерения мощности кВт и кВА, поэтому важно понимать чем они отличаются.

В чем отличие кВт и кВА?

Под вольт-ампером (обозначается ВА или VA) подразумевается единица полной мощности переменного тока. Несмотря на то, что вольт-ампер эквивалентен ваттам, тем не менее, он является самостоятельной физической величиной. Для удобства полную мощность энергогенерирующего оборудования принято обозначать именно в вольт-амперах. Что представляет собой полная потребляемая мощность генератора переменного тока? Это сила тока в электрической цепи (измеряется в амперах), умноженная на напряжение на отдельных участках (измеряется в вольтах). Ватт (обозначение - Вт или W) - также единица мощности, но не полной, а активной. 1 ватт мощности вырабатывается при условии совершенной за 1 секунду работе, равной 1 джоулю. При этом ватт в качестве единицы активной мощности эквивалентен мощности не изменяющегося тока силой 1 ампер и при напряжении 1 вольт.

Выбирая генератор необходимо отличать полную потребляемую мощность (кВА) от активной мощности (кВт), которая затрачивается на совершение полезной работы. Для получения полной мощности значения реактивной и активной мощностей суммируются. При этом не лишним будет иметь в виду, что соотношение полной и активной мощностей у разных потребителей электроэнергии может отличаться, так что для определения совокупной мощности потребителей следует суммировать их полные, а не активные мощности.

Выбирая генератор, следует обратить внимание и на коэффициент мощности cos φ (указывается на щитке). Если это значение умножить на номинальную мощность, можно узнать, какова полезная мощность генератора на самом деле.

Cos φ - это отношение активной мощности к полной мощности.

Cos φ = P/S,

где Р - активная мощность (Вт), S - полная мощность (ВА).

Коэффициент мощности cos φ представляет собой соотношение средней мощности переменного тока и произведения действующего напряжения и силы тока. Максимально возможное значение cos φ - единица. При синусоидальном переменном электрическом токе этот коэффициент идентичен косинусу фазового угла между синусоидами напряжения и тока. При этом характеристики электрической цепи будут следующими: R - активное сопротивление, Z - полное сопротивление; соответственно, Cos φ - угол сдвига фаз,

Cos φ = R/Z

Если электрическая цепь с активным сопротивлением включает нелинейные участки, то кривые напряжения и тока исказятся, и значение коэффициента мощности будет менее единицы.

Коэффициент мощности cos φ - совокупный показатель, говорящий о присутствии в электросети линейных и нелинейных искажений, которые появляются при подключении нагрузки.

Наиболее распространенные расшифровки коэффициента мощности:

1 - оптимальное значение;

0.95 - хороший показатель;

0.90 - удовлетворительный показатель;

0.80 - средний показатель (характерно для современных электродвигателей);

0.70 - низкий показатель;

0.60 - плохой показатель.

Рассмотрим пример

Предположим, генератор вырабатывает 3 кВА и имеет cos φ, равный 0,8. При таких характеристиках номинальная мощностьданного генератора составит:

3 кВА х 0,8 = 2,4 кВт.

То есть теперь понятно, почему мощность указывается в разных единицах измерения - в ватах (Вт) и Вольт • Амперах (ВА).

Иногда одно и то же значение мощности указывается некоторыми производителями и продавцами по-разному, тем самым избавляя клиента-покупателя от вычислений, к примеру так:

2400 ВА при cos φ = 1 и 3000 ВА при cos φ = 0,8.

Или приводится только одна величина, например:

2400 ВА при cos φ = 1.

Однако некоторые недобросовестные продавцы не указывают коэффициент мощности cos φ, стараясь выдать генератор за более мощный.

Как перевести кВА в кВт?

Как правило, на электроприборах мощность обозначается в ваттах. При указании какого-либо значения в ваттах имеется в виду активная мощность потребителя, определяющая его полезную работу (лампы накаливания, вентилятора, телевизора). По сути, это значение представляет собой потребляемую мощность, которая тратится на нагревание и механическое движение деталей электроприбора. На корпусе таких активных потребителей электроэнергии, как электрочайник, лампа накаливания, обогреватель обычно указывается номинальная мощность и номинальное напряжение - этих данных для эксплуатации достаточно. В этом случае нет необходимости высчитывать cos φ - коэффициент мощности, который представляет собой отношение активной мощности к полной, поскольку он всегда будет равен единице ( «φ» равен нулю, а cos нуля - единица). Таким образом, активная мощность определяется через силу тока электроприбора, умноженную на его напряжение и cos φ - коэффициент мощности, т.е.

P = I • U • cos φ, из чего следует, что P = I • U • 1 = P = I • U.

Проиллюстрируем это на несложном примере с трубчатым электронагревательным прибором (ТЭН), имеющим cos φ =1. Пусть его полная мощность (S) равна 10 кВА, отсюда получается, что активная мощность (P) будет равна 10 кВт:.

P=10 • 1 =10 кВт.

На этикетке электроприбора, обладающего и активным, и реактивным сопротивлением (индуктивное, емкость) указывается мощность (Р) в ваттах и значение cos φ (соотношение активного и реактивного сопротивлений) Так на корпусе типового электродвигателя можно найти такие данные:

P=5 кВт, cos φ =0,8.

Время непрерывной работы зависит от объема топливного бака и расхода топлива генератором. Генератор средней мощности работает на одной заправке примерно от 6 до 12 часов.

Степень защиты обозначается двумя буквами IP и двумя цифрами. Первая обозначает степень защиты от проникновения твердых механических предметов, вторая - от воздействия жидкости. Расшифровка обозначения степени защиты электрогенератора представлена в таблице 1.

Таблица 1

Расшифровка обозначения степени защиты электрогенератора

Первая цифра

0

Защита отсутствует

1

Защита от твердых предметов с размерами более 50 мм

2

Защита от твердых предметов с размерами более 12 мм

3

Защита от твердых предметов с размерами более 2.5 мм

4

Защита от твердых предметов с размерами более 1 мм

5

Защита от пыли

6

Полная защита от пыли

Вторая цифра

0

Защита отсутствует

1

Защита от вертикально падающих капель воды

2

Защита от капель воды, падающих с отклонением от вертикали не более 15°

3

Защита от дождя

4

Защита от водяных брызг

5

Защита от водяных струй под давлением

6

Защита от волн

7

Защита от погружения (глубина не более 1 м)

8

Защита от затопления (глубина в м указывается дополнительно)

Генераторы, предназначенные для постоянной работы, нуждаются в соответствующих нагрузках, если их не обеспечивать, могут быть проблемы в эксплуатации оборудования, поэтому рассмотрим типы нагрузок электрогенераторов.

Типы нагрузок

Нагрузка (электроприбор, который подключается к электрогенератору) обладает двумя составляющими -активной и реактивной.

Активная нагрузка - вся потребляемая энергия превращается в тепло (чайники, утюги, лампы накаливания, электроплиты, обогреватели и т.п.).

Реактивная нагрузка - реактивная составляющая появляется у всех остальных приборов, которые имеют в своей конструкции катушки индуктивности (двигатели) и/или конденсаторы. Примеры нагрузки обладающей реактивной составляющей - холодильник, электродрель, кондиционер, микроволновая печь и т.п. В таких нагрузках часть энергии превращается в тепло (активная составляющая), а часть тратится на образование электромагнитных полей (реактивная составляющая). Реактивные нагрузки бывают емкостные (например, конденсатор) и индуктивные (например, катушка). Применительно к электроприборам с реактивными нагрузками нельзя полностью реализовать мощность электрогенератора. Рассмотрим на примере пылесоса. Обмотки электромотора пылесоса добавляют к разности фаз электрогенератора собственную разность фаз того же знака (или направления). То есть электрическое сопротивление пылесоса имеет реактивную составляющую индуктивного характера. Поэтому при расчете предполагаемой мощности электрогенератора следует учитывать еще и поправочный коэффициент мощности cos φ, который характеризует пылесос, как потребителя электроэнергии. При работе пылесоса, так как в нем присутствует электродвигатель, важно учитывать его пусковой ток. Рассмотрим как пусковой ток влияет на выбор электрогенератора.

Пусковой ток

При запуске двигателя кратковременно возникают пусковые токи. Пусковой ток возникает на очень короткий промежуток времени, доли секунды, но может в несколько раз превышать номинальное значение. В разных приборах пусковые токи могут достигать значений в 2¸9 раз выше номинального. Самый тяжелый запуск у погружных насосов. У погружного насоса нет фазы холостого хода. Значение пусковых токов у погружных насосов достигает 7¸9-кратного пика от заявленного в паспорте номинального тока. К сожалению, пусковой ток невозможно измерить обычными бытовыми приборами. Бытовые измерительные приборы слишком инерционны и не успевают отреагировать на очень кратковременный всплеск пускового тока. Многие производители не указывают данный параметр в своих спецификациях, поэтому приходится пользоваться ориентировочными значениями. Можно воспользоваться данными в приведенной ниже таблице, но лучше все-таки уточнять этот параметр у производителя или у дилера занимающегося продвижением товара.

Коэффициенты пусковых токов, которые необходимо учитывать при подключении приборов представлены в таблице 2.

Таблица 2

Коэффициенты пусковых токов, которые необходимо учитывать при подключении приборов

Электрические приборы

Коэффициент пусковых токов

Телевизор

1

Кухонная плита

1

Кофеварка

1

Тепловые обогреватели

1

Освещение лампами накаливания

1

Микроволновая печь

2

Болгарка

2

Компьютер

2

Кассовый аппарат

2

Пила

2

Рубанок

2

Шлифовальная машина

2

Стиральная машина

3

Дрель

3

Перфоратор

3

Бетономешалка

3

Холодильник

3

Морозильник

3

Кондиционер

3

Погружной насос

7

Расчет мощности генератора

Перед тем как выбирать генератор, необходимо определить, для каких целей он необходим. То есть определить какую нагрузку вы будете к нему подключать. С расчетом мощности генератора для активных нагрузок все относительно просто. Если ваша нагрузка 10 лампочек накаливания по 100 Вт, то мощность генератора должна быть 1 кВт.

При расчете мощности для реактивной нагрузки пользуются мерой реактивности называемой cos φ.

Пример: cos φ равен (указан в паспорте прибора) 0,8 - это значит, что 80% потребляемой энергии - активная, 20% - реактивная.

В паспорте прибора или на шильдике обычно указывают активную «тепловую» потребляемую мощность и cos φ. Для расчета полной мощности необходимо указанную активную мощность разделить на cos φ.

Пример: на шильдике электродрели указано Р=600 Вт, cos φ=0,8. При расчете используют формулу Р/cos φ. Полная мощность расчитывается: 600/0,8=750 Вт.

Для более точного расчета необходимо учитывать и cos φ самого генератора. Если он равен 0,85, то необходимо полную расчетную мощность прибора разделить на cos φ генератора.

Пример: 750/0,85=882 Вт. Т.е. для нормальной работы электродрели с характеристиками Р=600 Вт, cos φ=0,8 и генераторе с характеристикой cos φ=0,85, минимальная мощность генератора должна составлять 880 Вт. или 0,88 кВт.

На этом, казалось бы, можно и остановиться в выборе генератора, но необходимо учитывать еще один параметр - пусковой ток. Двигатель в момент включения потребляет энергии в несколько раз больше, чем в номинальном рабочем режиме. Если не учитывать данный параметр, то ваш генератор может в лучшем случае не запуститься, а в худшем - выйти из строя. Для расчета мощности генератора для запуска дрели необходимо рассчитанную выше мощность умножить на коэффициент равный 3.

Пример: 880 Вт • 3,5 = 3080 Вт.

Итак, мы рассчитали мощность генератора необходимого для работы электродрели. Результаты получились неутешительными. Для работы электродрели мощностью 600 Вт требуется генератор мощностью 2,5 - 3 кВт.

В случае с электродрелью, которую необходимо периодически включать и выключать, не рекомендуется подключать дополнительную нагрузку на время ее работы. В случае если используется реактивная нагрузка, которая работает в длительном режиме без отключения, то после запуска двигателя и выхода его на номинальный режим (пусковые токи образуются на доли секунды) можно смело использовать свободную мощность генератора для подключения активной нагрузки.

Пример: генератор 2,5 кВт питает освещение в доме и на участке - 10 лампочек накаливания по 100 Вт. Вам необходимо запустить бетоносмеситель номинальной мощностью 0,7 кВт. Свободная мощность генератора в работающем состоянии с подключенной нагрузкой (освещением) составляет 1,5 кВт. Для запуска бетоносмесителя потребуется 2,6 кВт. Поэтому для нормальной работы нагрузки и генератора, необходимо отключить всю нагрузку (освещение), запустить бетоносмеситель, и после этого включить осветительные приборы. Если установить генератор мощностью 4 кВт, то бетоносмеситель можно запускать и при включенном освещении.

Возможно подключение приборов к генератору несколькими способами: экономичным и неэкономичным. Расмотрим каждый из них подробнее.

Экономичный способ, предусматривает подключение электроприборов к генератору последовательно. Сначала самый мощный реактивный, затем в убывающей последовательности остальные реактивные нагрузки, и после этого активные нагрузки. Этот способ позволит оптимизировать выбранную мощность генератора.

Неэкономичный способ - это когда вы включаете одновременно несколько реактивных нагрузок. В таком случае вам необходимо суммировать все реактивные нагрузки с учетом их пусковых токов. Рассмотрим конкретный пример определения суммарной пусковой мощности при одновременном подключении нагрузки представленной в таблице 3.

Таблица 3

Суммарная пусковая мощность при одновременном подключении нагрузки

Нагрузка

Номинальная

Мощность

кВт

cosφ

Расчетная мощность с учетомcos φ

Коэф.

пусковой

нагрузки

Пусковая мощность

кВт

Порядок запуска

Холодильник

0,5

0,8

0,63

3

2,37

3

Кондиционер

4,2

0,8

5,25

3

15,75

1

Осветительные

приборы

6 лампочек

накаливания по

100 Вт

0,6

1

0,6

1

0,6

5

Обогревательные

приборы

2,0

1

2,0

1

2,0

4

Бетоносмеситель

0,75

0,8

0,94

3

2,82

2

Суммарная пусковая мощность

при одновременном

подключении

23,54

При одновременном запуске всех приборов необходим генератор мощностью не менее 26 кВт. Рассчитывается мощность электрогенератора следующим образом: суммарная пусковая мощность Р =23,54 (берем из таблицы 3), при одновременном подключении умноженная на коэффициент запаса 1,10. Расчетная мощность генератора равна 23,54 • 1,1 = 26 кВт.

Поэтому мы должны выбрать генератор мощностью не менее 26 кВт. Но, в реальности одновременный запуск всех нагрузок происходит очень редко. Поэтому мощность генератора рассчитывается иным способом.

При последовательном запуске мощность генератора рассчитывается по формуле: (прибор с максимальным пусковым током) кондиционер, пусковая мощность 15,75 кВт + холодильник, номинальная мощность 0,63 + бетоносмеситель, номинальная мощность 0,94 кВт + обогреватель 2,0 кВт + лампочки 0,6 кВт = 19,94 кВт. умножаем на коэффициент запаса 1,10 = 21,91 кВт.

В приведенном примере разница составляет 4 кВт, а это уже экономия в цене приобретаемого генератора.

Приведенным алгоритмом расчета можно пользоваться в простейших случаях. В случаях, когда много разнородных нагрузок - необходимо обращаться в специализированные предприятия, которые выполняют работы по расчету и подключению нагрузки.

Если Вы хотите рассчитать мощность генератора, но нагрузка еще не выбрана, Вы можете воспользоваться справочной таблицей 4.

Таблица 4.

Мощность назрузки различных бытовых электроприборов

Нагрузка

Мощность, кВт

Нагрузка

Мощность, кВт

Фен для волос

450-2000

Дрель

400-1000

Утюг

500-2000

Перфоратор

600-1400

Электроплита

1100-6000

Электроточило

300-1100

Тостер

600-1500

Дисковая пила

750-1600

Кофеварка

800-1500

Электрорубанок

400-1000

Обогреватель

1000-2400

Электролобзик

250-700

Гриль

1200-2000

Шлифовальная машина

650-2200

Пылесос

400-2000

Компрессор

750-2800

Телевизор

100-400

Водяной насос

500-900

Холодильник

150-600

Циркулярная пила

1800-2100

Духовка

1000-2000

Кондиционер

1000-5000

СВЧ - печь

1500-2000

Электромоторы

550-3000

Компьютер

400-750

Вентиляторы

750-1700

Электрочайник

1000-2000

Сенокосилка

750-2500

Электролампа

20-250

Насос высокого давления

2000-2900

Расчёт мощности электрогенератора, необходимой для обеспечения работы бытовых электрических приборов

В паспортных данных электрогенератора указывается величина его полной мощности и cos ф - коэффициент мощности. Для расчета активной мощности электрогенератора необходимо умножить полную мощности на cos ф. Например: Если полная мощность электрогенератора равна 3000Вт или 3кВт, а cos ф = 0,85, то для вычисления его активной мощности нам необходимо умножить полную мощность 3000Вт на cos ф = 0,85.

P = 3000Вт • 0,85 = 2550Вт. Таким образом, активная мощность электрогенератора, затрачиваемая на выполнение работы и на нагрев равна 2550Вт или 2,55кВт.

Для того, чтобы сделать правильный выбор мощности электрогенератора, необходимо учитывать то, что она должна быть не ниже максимального значения предполагаемой суммарной мощности нагрузки.

Выбор и расчёт суммарной мощности предполагаемой нагрузки

Нагрузка в виде бытовых электрических приборов делится на три группы.

• Первая группа - электрические приборы, не содержащие электродвигателей, а являющиеся потребителями только активной мощности: электрические лампочки, электрический бойлер, электронагреватель, телевизор, компьютер и др.

• Вторая группа - электрические приборы, содержащие электродвигатели и являющиеся вследствие этого потребителями реактивной мощности (несмотря на определение, потребители реактивной мощности потребляют как реактивную, так и активную мощность), которые запускаются на холостом ходу. Это весь электроинструмент, электрогазонокосилка и др. Такие электрические приборы в режиме пуска потребляют 3-5кратный ток или 3-5кратную активную мощность.

• Третья группа - электрические приборы с электродвигателями, которые запускаются под нагрузкой. Это холодильник, пылесос (особенно с заполненным пылесборником) насос и др. Эти электрические приборы при пуске поглощают 5-7кратную активную мощность.

Определяем, какие электрические приборы, то есть какую нагрузку мы будем подключать к электрогенератору. Запишем в ряд мощности предполагаемых для подключения к электрогенераиору электрических приборов, выделив три группы. При этом, из второй группы выбираем две наибольшие величины мощности и умножаем каждую из них на 4. Выбранные из третьей группы две наибольшие величины мощности умножаем на 6 каждую. Из четырёх полученных произведений выбираем два с наибольшим значением и дописывыаем их в общий ряд. Затем складываем все величины между собой. Полученная сумма - это максимальное значение предполагаемой суммарной мощности нагрузки. При этом сумма значений мощностей первой, второй и третьей групп - это предполагаемая суммарная нагрузка в установившемся режиме; сумма последних двух чисел - наибольшее вероятное приращение мощности в переходном режиме при возможном одновременном пуске двух электрических приборов, являющихся потребителями реактивной мощности.

Выбор мощности электрогенератора

Номинальная мощность электрогенератора принимается большей или равной максимальному значению предполагаемой суммарной мощности нагрузки, умноженному на коэффициент 1,1.

Так как весь расчёт носит вероятностный характер, прибавление 10%-ной надбавки к максимальному значению предполагаемой суммарноймощности нагрузки предназначен для того, чтобы покрыть все неучтённые затраты электрической энергии.

Пример расчёта мощности электрогенератора

Имеем следующую предполагаемую нагрузку:

электрический насос - 240 Вт;

два холодильника - 90 и 140 Вт;

электросамовар - 1000 Вт;

5 электролампочек по 100 Вт каждая - 500 Вт;

телевизор - 75 Вт.

Записываем мощности данных электрических приборов в ряд, выделив три группы:

Первая группа - 1000, 500, 75;

Вторая группа - нет электрических приборов;

Третья группа - 240, 90, 140;

Так как во второй группе нет электрических приборов, выбираем два наибольших из третьей группы и умножаем на 6: 240х6=1440; 140х6=840; С учётом двух последних произведений ряд чисел приобретает вид:

Первая группа - 1000, 500, 75;

Вторая группа - нет электрических приборов;

Третья группа - 240, 90, 140; 1440, 840.

Производим сложение чисел ряда мощностей:

1000+500+75+240+90+140+1440+840=4325 (Вт) - таково максимальное значение предполагаемой суммарной мощности нагрузки. Номинальная мощность электрогенератора должна быть больше или равна: 4325х1,1=4757,5 (Вт), что составляет примерно 4,8 кВт.

Номинальная мощность электрогенератора принимается большей или равной максимальному значению предполагаемой суммарной мощности нагрузки, умноженному на коэффициент 1,1.

4,8 кВт.• 1,1 = 5,28 кВт.

Таким образом, с учетом вышеизложенного, правильно выбрать электрогенератор можно при условии выполнения расчета его мощности. Но всеже необходимо определить основные критерии выбора электрогенератора.

Критерии выбора электрогенератора

Перед покупкой электрогенератора вашей будущей электростанции необходимо тщательно подумать, для чего планируется ее приобретение. Будет ли она использоваться как резервный или основной источник питания, где будет располагаться - внутри помещения или снаружи, должна ли она быть передвижной или стационарной, нужна ли система автозапуска при отключении центрального энергоснабжения. Где планируется размещение электростанции: на дачном участке, в загородном доме, на строительной площадке или на предприятии. Стоимость электрогенератора существенно зависит от его мощности, комплектующих деталей, а также от фирмы-производителя. Сначала следует определиться с мощностью генератора. Нужно четко просчитать суммарную мощность электроприборов, которые могут быть подключены к электрогенератору, а также выяснить будут ли среди них приборы, сложные для работы генератора. Это могут быть любые насосы, электродвигатели, лазерные принтеры, холодильники, компрессоры, дрели или пилы, так называемые индуктивные приборы, которые при включении кратковременно увеличивают потребляемую мощность в 4-5 раз. Примерную мощность электрогенератора можно определить следующим образом: нужно просуммировать мощность всех одновременно подключаемых приборов и прибавить 15-20 %. Это и будет требуемая мощность генератора. Если вы собираетесь использовать электротехнику индуктивного типа, учитывайте, что в момент пуска она нуждается в большей мощности, поэтому суммарную мощность таких приборов необходимо умножить на 2 или 2,5, чтобы генератор сохранял работоспособность. После того как определена необходимая мощность генератора, приступают к выбору вида генераторной установки. Быстро подобрать электрогенератор компании GMGen Power Systems и рассчитать необходимую мощность электростанции можно на сайте ЗАО «Джи Эм Центр» (gm-gen.ru/) (рисунок 9). Здесь же можно подобрать оборудование по параметрам (рисунок 10).

Рис. 9. Быстрый подбор электрогенераторов компании GMGen Power Systems и расчет необходимой мощности электростанции на сайте ЗАО «Джи Эм Центр»

Рис. 10. Подбор оборудования по параметрам в режиме on-line на gm-gen.ru/podbor_oborudovaniya.php

Для облекчения расчета мощности электрогенератора (электростанции) в режиме on-line на различных сайтах существует достаточно большое количество так называемых калькуляторов. Так напрмер на сайте компании «ЭНЕРГОКОНТИНЕНТ» (energocontinent.com/) указывается на , что выбор генератора следует начинать с расчета его мощности. Важно помнить, что она должна быть не только достаточной для снабжения электроэнергией конкретного объекта, но и исключать недостаточную нагрузку (работу вхолостую). Чтобы упростить для своих клиентов эту нелегкую задачу, специалисты компании создали специальный калькулятор (рисунок 11), при помощи которого можно легко рассчитать мощность генератора. Для этого: необходимо напротив каждого из приведенных бытовых электроприборов обозначьте количество устройств, работающих синхронно (т.е. в одно время). Это позволит определить максимальную нагрузку и мощность генератора, которая действительно Вам необходима. При этом, приблизительная необходимая мощность будет рассчитана в нижней части таблицы.

Рис. 11 . Подбор оборудования по параметрам в режиме on-line на energocontinent.com/raschet-moshhnosti

Похожий пример калькулятора расчета мощности электростанции прведен на рисунке 12.

Рис. 12 . Подбор оборудования по параметрам в режиме on-line на 1-15kw.ru/raschet-moshnosti/

Рис. 13. Подбор оборудования по параметрам в режиме on-line на el-generator.ru/raschet-moshnosti-generatora/

Компания ЭлГен на своем сайте el-generator.ru/ приводит рассчет необходимой мощности генератора на примере домашней электросети с помощью своего размещенного на сайте калькулятора расчета мощности генератора (el-generator.ru/raschet-moshnosti-generatora/) приведенного на рисунке 13. Допустим, в доме постоянно включены следующие приборы:

• лампа накаливания 60Вт x 5 = 300 Вт;

• холодильник - 250 Вт;

• компьютер - 350 Вт,

сумма мощностей которых в итоге составит 1150 Вт. Периодически могут понадобиться:

• электрочайник - 2300 Вт;

• пылесос - 1100 Вт;

• обогреватель 1500 Вт;

• утюг 1250 Вт,

что составляет в сумме 3450 Вт.

Для такого варианта подойдет генератор от 3.5 до 9 кВт., напрмер бензиновый генератор Honda ECT 7000 (Рисунок 14).

Рис. 13. Бензиновый генератор Honda ECT 7000

Если же требуется использовать несколько мощных приборов из второго списка одновременно, то минимальная требуемая мощность будет около 11000 Вт, для чего потребуется более мощный генератор (от 9 кВт до 12 кВт).

В заключении следует добавить, что выбор и установку электрогенераторов (электростанций) лучше всего доверить специалистам, поскольку они точно смогут рассчитать необходимую мощность и порекомендовать нужную вам модель с учетом всех имеющихся в каждом конкретном случае особенностей.