Sinhroni (paralelni) rad generatora

U objektima koji se napajaju iz jednog velikog generatora agregat u periodima malog opterećenja radi daleko ispod svog kapaciteta; na primer, kada agregat od 1400 kVA u noćnoj smeni radi sa opterećenjem od oko 300 kVA, u izduvnom sistemu se stvara masna čađ, a tokom održavanja objekat nema rezervno napajanje. Kada se u istom objektu koriste 3 agregata × 700 kVA u paralelnom radu, pri malom opterećenju radi jedan agregat, a tokom održavanja ostali agregati su u rezervi.

Sinhroni (paralelni) rad je priključenje dva ili više generatora na iste sabirnice radi zajedničkog napajanja potrošača. Generatori mogu raditi paralelno međusobno ili sa mrežom. Uslov je sledeći: napon, frekvencija, redosled faza i fazni ugao agregata koji se priključuje moraju se poklapati sa vrednostima na sabirnicama. Posle priključenja aktivna i reaktivna snaga moraju biti ravnomerno raspoređene između agregata. Ovaj zadatak obavljaju sinhronizacioni panel i kontrolne jedinice generatora.

Uslovi sinhronizacije

Parametar	Zašto je važan?	Tipičan opseg (približno, podesivo)
Redosled faza	Priključenje sa obrnutim redosledom izaziva ozbiljna oštećenja	Mora biti isti (L1-L2-L3)
Napon	Razlika izaziva reaktivnu struju izjednačavanja	Nekoliko %
Frekvencija	Razlika izaziva udar snage u trenutku priključenja	~0,1–0,2 Hz
Fazni ugao	Velika razlika izaziva mehanički i električni udar	~±10°

Kontrolna jedinica podešava broj obrtaja i napon agregata koji se priključuje i približava vrednosti. Kada su uslovi ispunjeni, uključuje prekidač. Ako su sabirnice bez napona (mrtve sabirnice), prvi spreman agregat se priključuje direktno; ostali se sinhronizuju sa njim. Obavezna je logika blokade koja sprečava istovremeno priključenje dva agregata na mrtve sabirnice.

Raspodela opterećenja

• Aktivna snaga (kW): Raspoređuju je regulatori broja obrtaja (governor). U savremenim sistemima kontrolne jedinice međusobno komuniciraju; frekvencija ostaje konstantna, a opterećenje se raspoređuje srazmerno snazi agregata (izohrona raspodela opterećenja). Druga metoda je droop: broj obrtaja blago opada sa porastom opterećenja i agregati prema tome dele opterećenje.
• Reaktivna snaga (kVAr): Raspoređuju je AVR-ovi. Ako je raspodela reaktivne snage neispravna, između agregata nastaje cirkulaciona struja. Jedan agregat pokazuje visoku struju, a drugi nisku; alternatori se nepotrebno zagrevaju.

Raspodela opterećenja nikada nije savršena. Pri proračunu ukupnog kapaciteta uobičajeno je ostaviti rezervu od nekoliko procenata. Tačne vrednosti nalaze se u podacima proizvođača upravljačkog sistema.

Zašto paralelni rad?

• Redundansa (N+1): Čak i ako jedan agregat otkaže ili je na održavanju, preostali nose opterećenje.
• Rad prema opterećenju: Kada opterećenje opadne, nepotrebni agregati se automatski zaustavljaju. Preostali rade u efikasnom opsegu, a problemi usled malog opterećenja (wet stacking) se smanjuju.
• Postepeno proširenje: Kako objekat raste, dodaju se novi agregati.
• Lakše održavanje: Agregati se redom stavljaju na održavanje.
• Velike snage: Potrebe koje premašuju snagu jednog agregata pokrivaju se sa više agregata; kod veoma velikih sistema razmatraju se i rešenja na srednjem naponu.

Postoje i nedostaci: više panela, složenije upravljanje, više prostora i obično veća početna investicija.

Jedan veliki agregat ili paralelni agregati?

Primer: kritično opterećenje od 1200 kVA.

Opcija	Instalisana snaga	Kada je jedan agregat van rada	Napomena
1 × 1400 kVA	1400 kVA	0 kVA	Jednostavno, bez rezerve
2 × 1400 kVA (1+1)	2800 kVA	1400 kVA	Potpuna redundansa, velika instalisana snaga
3 × 700 kVA (N+1)	2100 kVA	1400 kVA	Redundantno, stepenasti rad

Brojevi služe za prikaz metode. Pri stvarnom izboru zajedno se razmatraju klasa snage (standby, prime, continuous), stepeni opterećenja, pokretanja motora i raspored.

Paralelni rad sa mrežom

Tipične primene:

• Zatvoreni prelaz: Prenos opterećenja bez prekida pri povratku mreže.
• Smanjenje vršnog opterećenja (peak shaving): Ograničavanje snage preuzete iz mreže u periodima skupe energije.
• Trajni paralelni rad: Na primer, kogeneracija.

Pri paralelnom radu sa mrežom potrebne su zaštite od povratne snage, od gubitka mreže (kao što su pomeraj vektora, ROCOF) i zaštite sinhronizacije. Priključenje obično podleže odobrenju i tehničkim uslovima operatora distributivnog sistema.

Česte greške u praksi

• Alternatori sa različitim korakom namotaja. Ako se korak namotaja (npr. 2/3) razlikuje kod alternatora u paralelnom radu, kroz neutralni provodnik može teći struja trećeg harmonika. Neutralni provodnik se zagreva.
• Uzemljenje neutralnog provodnika posmatra se na nivou pojedinačnog agregata. Poseban spoj neutralnog provodnika i uzemljenja na svakom agregatu može izazvati cirkulacione struje. Pogledajte tekst uzemljenje generatora.
• Nije definisan kvar komunikacione veze. Nije utvrđeno šta sistem radi kada se prekine kabl između kontrolnih jedinica.
• Ne postoji isključivanje potrošača. Kada jedan agregat ispadne, preostali se preopterećuju i dolazi do lančanog zaustavljanja. Prioritetni potrošači i logika isključivanja potrošača (load shedding) moraju se definisati od početka.
• Pri puštanju u rad ne ispituje se stvarni scenario. Sinhronizacija, raspodela opterećenja, ispad agregata i stepeni opterećenja moraju se ispitati sa stvarnim opterećenjem ili pomoću load banka; pogledajte ispitivanje pomoću load banka.

Kontrolna lista

• Da li su poznati ukupno opterećenje, stepeni opterećenja i ciljni nivo redundanse (N, N+1, 2N)?
• Da li preostali agregati mogu da pokriju opterećenje kada je jedan agregat van rada?
• Da li su kontrolne jedinice i regulatori broja obrtaja pogodni za paralelni rad?
• Da li su tipovi alternatora i koraci namotaja kompatibilni?
• Da li je šema neutralnog provodnika i uzemljenja projektovana na nivou sistema?
• Ako postoji paralelni rad sa mrežom, da li su utvrđeni uslovi operatora distributivnog sistema i zaštite?
• Da li je logika isključivanja potrošača i prioriteta data u pisanom obliku?
• Da li su pri puštanju u rad ispitani sinhronizacija i raspodela opterećenja?

Sledeći korak

Paralelni sistemi se najčešće koriste u data centrima, bolnicama i industrijskim objektima. Da biste sa timom kompanije Terex Diesel razmotrili konfiguraciju generatora i sinhronizacionog panela prema vašem projektu, kontaktirajte nas.