디젤 발전기 크기 조정 방법: 전체 단계별 가이드

크기에 디젤 발전기 , 동시에 전원을 공급해야 하는 모든 부하의 총 실행 전력량을 계산하고, 가장 큰 단일 모터 시동 서지(일반적으로 실행 전력량의 3배)를 추가하고, 20~25% 용량 버퍼를 적용한 다음, 고도 및 주변 온도에 따라 감소합니다. 결과는 필요한 최소 발전기 kVA 등급입니다. 예를 들어, 가동 부하가 40kW인 시설, 가장 큰 단일 시동기인 15kW 모터(45kW 서지 필요) 및 1,500m 고도에서의 작동에는 최소 정격 발전기가 필요합니다. 68~75kVA 모든 조정이 끝난 후. 크기를 줄이면 과부하 트립과 엔진 손상이 발생합니다. 대형화는 연료를 낭비하고 디젤 엔진에 습기가 쌓이는 원인이 됩니다. 이 가이드는 작업 예제, 로드 테이블 및 수정 계수를 사용하여 사이징 프로세스의 모든 단계를 안내합니다.

1단계 - 모든 전기 부하 식별 및 나열

발전기 크기 조정의 기초는 완전한 부하 재고입니다. 압축기, 엘리베이터 모터 또는 중앙 에어컨 장치와 같은 큰 부하가 하나라도 누락되면 전체 크기 계산이 무효화될 수 있습니다. 전기적 동작에 따라 부하를 세 가지 범주로 구성합니다.

• 저항 부하 - 백열등, 전기 히터, 토스터, 온수기 이는 1.0의 역률과 시동 서지 없이 안정적인 전류를 끌어옵니다. 러닝 와트 = 명판 와트
• 유도 부하(모터) - 에어컨, 펌프, 압축기, 팬, 전동 공구 이는 시작 시 0.5~3초 동안 작동 전류의 3~7배를 소모합니다. 이 시작 서지는 대부분의 응용 분야에서 발전기 크기를 결정하는 주요 동인입니다.
• 전자/비선형 부하 — 컴퓨터, VFD(가변 주파수 드라이브), UPS 시스템, LED 드라이버, 배터리 충전기 이는 고조파 왜곡을 유발하는 비정현파 전류를 끌어옵니다. 고조파 서비스 등급의 발전기 교류 발전기 필요(일반적으로 최대 부하에서 THD <5%)

각 부하에 대해 전력(또는 kW), 전압 및 위상(단상 또는 3상)을 명판에 기록합니다. 명판 데이터를 사용할 수 없는 경우 정격 전류량을 사용하여 다음을 계산합니다. 와트 = 볼트 × 암페어 × 역률 (역률이 명시되지 않은 경우 대부분의 모터에 0.85–0.90을 사용하십시오).

2단계 - 총 구동 부하 및 모터 시동 요구 사항 계산

총 운전 부하

동시에 작동할 모든 부하에 대해 모든 실행 와트를 합산합니다. 동시에 사용되지 않는 부하를 포함하지 마십시오. 전력 공급 중단 후 건물에 전력을 공급하는 예비 발전기는 서로 다른 계절에 작동하는 경우 냉수 플랜트와 난방 시스템을 동시에 제공할 필요가 없습니다. 그러나 보수적으로 생각하십시오. 특이하더라도 이론적으로 중복될 수 있는 하중을 포함하십시오.

모터 기동 전류: 임계 서지 수요

전기 모터가 시동되면 일반적으로 회전자 구속 전류(LRC)가 발생합니다. 최대 부하 실행 전류의 3~7배 . 발전기 크기 조정의 경우 이 서지는 시동 와트(모터 시동 시 순간 전력 수요)로 표현됩니다. 모터 유형별로 가장 일반적으로 사용되는 승수는 다음과 같습니다.

• DOL(직접 온라인) 시동 모터 — 시작 와트 = 3× 런닝 와트 (일반적으로 사용되는 보수적인 값; 대형 모터의 경우 실제 LRC는 최대 7배까지 가능)
• 커패시터 시동 모터 — 시작 와트 = 1.5–2× 런닝 와트 ; 시작 커패시터는 돌입 전류를 크게 줄입니다.
• 소프트 스타터 또는 VFD가 있는 모터 - 시작 와트 ≒ 러닝 와트 소프트 스타터 및 가변 주파수 드라이브는 전압 또는 주파수를 점진적으로 램프하여 돌입을 제한합니다. 운전 전류의 110~150% ; 이는 모터가 많은 시설의 발전기 크기 요구 사항을 크게 줄입니다.

발전기는 다른 모든 작동 부하가 이미 전력을 끌어오고 있는 동안 가장 큰 모터가 시동되는 시나리오를 처리해야 합니다. 중요한 계산은 다음과 같습니다. 발전기 크기 부하 = (모든 부하의 총 실행 와트) (가장 큰 단일 모터의 시작 서지 − 해당 실행 와트) . 이는 가장 큰 모터가 시동되는 순간의 최대 순간 수요를 나타냅니다.

작업 예: 사무실 건물 대기 발전기

다음과 같은 용도로 대기 전력이 필요한 사무실 건물을 생각해 보십시오.

• 조명 및 콘센트: 12,000W(12kW)
• 서버룸 UPS: 8,000W(8kW)
• 엘리베이터 모터(DOL 시동): 작동 15,000W(15kW), 시동 서지 = 3 × 15,000 = 45,000W
• HVAC 팬 모터: 작동 10,000W(10kW), 시작 서지 = 3 × 10,000 = 30,000W
• 소방 펌프 모터(DOL 시동): 작동 7,500W(7.5kW), 시동 서지 = 3 × 7,500 = 22,500W

총 주행 부하: 12 8 15 10 7.5 = 52.5kW
가장 큰 모터 시동 서지: 45kW 시작 시 엘리베이터 모터 - 15kW 실행 시 = 30kW 추가 서지 수요
최대 순간 수요: 52.5 30 = 82.5kW

3단계 - kVA로 변환하고 역률 적용

발전기 용량은 다음과 같이 평가됩니다. kVA (킬로볼트 암페어) — 피상 전력 — kW(킬로와트)가 아닌 — 실제 전력. 관계는 다음과 같습니다.

kVA = kW ¼ 역률

대부분의 디젤 발전기의 역률은 다음과 같습니다. 0.8 지체 — 달리 명시하지 않는 한 이는 표준 가정입니다. 0.8 역률에서 정격 100kVA의 발전기는 다음을 제공합니다. 실제 전력 80kW . 이는 필요한 kVA 정격을 찾으려면 kW 요구 사항을 0.8로 나누어야 함을 의미합니다.

작업된 예제를 계속하면 다음과 같습니다.

• 최대 순간 수요: 82.5 kW
• 필요한 kVA: 82.5 ¼ 0.8 = 103kVA

부하가 주로 저항성(히터, 조명)이고 모터가 거의 없는 경우 실제 역률은 0.9~1.0에 가까울 수 있으며 0.8로 나누는 것은 지나치게 보수적입니다. 부하가 주로 유도 모터인 경우 실제 역률은 다음과 같을 수 있습니다. 0.7 이하 , 0.8 가정은 생성기의 크기를 줄일 수 있습니다. 정밀한 크기 조정을 위해 모든 부하에 걸쳐 가중 평균 역률을 측정하거나 계산합니다.

4단계 - 용량 버퍼 적용(헤드룸 요소)

정격 용량의 100%로 디젤 발전기를 가동하면 지속적으로 과도한 열 응력이 발생하고 마모가 가속화되며 부하 추가나 계산 오류가 발생할 여유가 없습니다. 업계 관행은 디젤 발전기를 다음과 같이 작동하는 것입니다. 최대 작동 부하에서 정격 용량의 70~80% , 20~30%의 헤드룸을 남겨둡니다.

계산된 kVA 요구 사항을 목표 부하 비율로 나누어 헤드룸 계수를 적용합니다.

• 80% 로딩 시: 필요한 발전기 kVA = 계산된 kVA ¼ 0.80
• 75% 로딩 시: 필요한 발전기 kVA = 계산된 kVA ¼ 0.75

80% 부하에서 예를 계속하면: 103 kVA ¼ 0.80 = 129kVA 최소 정격 발전기 . 이보다 가장 가까운 표준 생성기 크기는 일반적으로 150kVA 단위 .

최소 적재에 대한 참고 사항: 디젤 엔진에도 정격 용량의 30-40%의 최소 부하 요구 사항 . 장기간 이 임계값 이하로 디젤 발전기를 작동하면 습식 스택이 발생합니다. 즉, 불완전 연소가 배기 시스템과 실린더에 연소되지 않은 연료와 탄소를 축적하여 유지 관리 비용을 증가시키고 엔진 수명을 단축시킵니다. 예상 운전 부하가 발전기 정격의 30% 미만인 경우가 많으면 장치 크기가 너무 큰 것이므로 더 작은 발전기를 선택하거나 부하 뱅킹(최소 엔진 부하를 유지하기 위해 인공 저항 부하 연결)을 구현해야 합니다.

5단계 - 고도 및 주변 온도에 따른 감소

디젤 발전기 전력 출력은 표준 조건에서 평가됩니다. 해수면(고도 0m), 주변 온도 25°C(77°F), 상대 습도 30% ISO 8528-1 또는 SAE J1349에 따라. 해수면 위나 높은 주변 온도에서 작동하면 엔진에 도달하는 공기 밀도가 감소하여 연소 효율과 출력이 감소합니다. 발전기는 정격을 낮춰야 합니다. 유효 출력은 명판 정격보다 낮으므로 명판 정격은 계산된 것보다 높아야 합니다.

고도 경감

자연 흡기 디젤 엔진의 표준 경감 규칙은 다음과 같습니다. 해발 300m(1,000피트)당 약 3~4%의 전력 손실 . 터보차저 엔진의 출력 감소 — 일반적으로 300m당 1~2% — 터보차저는 감소된 공기 밀도를 설계 한계까지 보상하고 그 이후에는 출력 감소가 급격히 증가하기 때문입니다. 항상 제조업체의 특정 경감 곡선을 사용하십시오. 아래 값은 대표적인 값입니다.

온도 경감

표준 25°C 정격 온도 이상에서는 발전기가 대략적으로 정격을 줄입니다. 25°C 초과 시 5.5°C(10°F)당 1% 대부분의 터보차저 엔진에 적용됩니다. 최고 주변 온도가 45°C(표준보다 20°C 높음)인 열대 환경에서는 추가 온도가 예상됩니다. 3~4% 전력 감소 . 결합된 고도와 온도 감소는 곱셈적으로 적용됩니다. 두 요소가 동시에 적용됩니다.

정격 감소 후 필요한 명판 kVA를 찾으려면: 필수 명판 kVA = 필수 유효 kVA ¼ (고도 계수 × 온도 계수)

예: 고도 1,500m(계수 0.94) 및 주변 온도 40°C(계수 0.97)에서 129kVA 유효 요구 사항은 다음과 같습니다. 129 ¼ (0.94 × 0.97) = 129 ¼ 0.912 = 최소 141kVA 명판 이므로 다음 표준 크기를 선택하십시오. 150kVA .

일반적인 부하 유형 및 크기 조정 승수

프라임 전력과 대기 등급 비교: 올바른 등급 등급 선택

디젤 발전기는 엔진이 주어진 출력을 얼마나 오래 유지할 수 있는지를 정의하는 여러 등급 분류로 판매됩니다. 의도된 정격 등급을 초과하는 발전기를 사용하면 조기 엔진 고장이 발생합니다. 네 가지 주요 ISO 8528 등급 등급은 다음과 같습니다.

• 대기(ESP — 비상 대기 전원) - 유틸리티 정지 동안에만 비상 사용을 위한 최대 출력; 과부하는 허용되지 않습니다 ; 일반적인 사용은 연간 200시간으로 제한됩니다. 이는 명판에서 가장 높은 kVA 등급이지만 주 전력이나 자주 사용하는 애플리케이션에는 적합하지 않습니다.
• 프라임 파워(PRP — 프라임 정격 출력) - 유틸리티 공급이 없는 경우 무제한 시간 동안 연속 작동; 12분에 1시간 동안 10% 과부하 허용 ; 동일한 엔진 대기 등급의 약 80~90% 등급; 독립형 현장, 건설 전력, 광산 운영에 적합
• 연속 전력(COP) — 무제한 시간 동안 일정한 전력으로 기본 부하 작동 과부하는 허용되지 않습니다 ; 대기 등급의 약 70~80%; 섬 발전 및 기본 부하 애플리케이션에 사용됨
• 제한된 시간 실행 전력(LTP) - 비응급 용도로 정의된 제한된 기간 동안 작동; 일반적으로 연간 최대 500시간

"100kVA 대기/90kVA 프라임"으로 판매되는 발전기는 사용 방법에 따라 두 가지 다른 전력 제한 . 정전 중에만 사용되는 병원 백업 발전기의 경우 100kVA 대기 정격이 적용됩니다. 유일한 전원으로 지속적으로 작동하는 광산 캠프 발전기의 경우 90kVA 기본 정격이 적용되며 규모 계산에서는 100kVA가 아닌 90kVA를 기준으로 사용해야 합니다.

3상 발전기와 단상 발전기 및 부하 분산

약 15~20kVA 이상의 발전기는 거의 항상 3상(3Φ)입니다. 3상 전력이 보다 효율적인 전력 공급을 제공하고 3상 모터에 필요하기 때문입니다. 혼합 부하(일부 3상 모터와 단상 부하)에 대한 3상 발전기의 크기를 결정할 때 위상 균형이 중요한 고려 사항이 됩니다.

3상 발전기는 균형 부하에 대해 정격이 지정됩니다(각 위상의 전력이 동일함). 단상 부하가 3상 전체에 고르지 않게 분산되면 부하가 가장 높은 위상이 전체 발전기 출력을 제한하고 모터와 전자 장치에 해를 끼치는 전압 불균형을 일으킬 수 있습니다. 대부분의 발전기 제조업체는 다음을 지정합니다. 두 위상 간의 단상 부하 불균형은 위상당 발전기 정격 전류의 25%를 초과해서는 안 됩니다. .

3상 발전기에 대한 부하 목록을 준비할 때 각 단상 부하를 특정 위상에 할당하고 대략적인 이상을 전달하는 위상이 없는지 확인하십시오. 전체 부하의 1/3 전체 kVA의 12.5% . 실제로는 부하를 최대한 균등하게 분배하고 설치 중에 전기 기술자와 균형을 확인하십시오.

비선형 부하에 대한 크기 조정: UPS 시스템 및 VFD

비선형 부하(UPS 시스템, 가변 주파수 드라이브, 스위치 모드 전원 공급 장치 및 배터리 충전기)는 비정현파 전류를 끌어와 고조파 왜곡 발전기의 전압 출력으로. 이러한 고조파 성분은 교류 발전기 권선에 추가 가열을 일으키고 발전기의 자동 전압 조정기(AVR)를 방해하여 전압 불안정을 일으킬 수 있습니다.

주로 비선형 부하를 공급하는 발전기 크기 조정에 대한 업계 지침:

• UPS 시스템 — 발전기 크기를 다음과 같이 설정합니다. UPS kVA 정격의 1.5~2배 ; 50kVA UPS에는 최소 75~100kVA 발전기가 필요합니다. 이는 발전기 시동 후 처음 몇 분 동안의 고조파 경감, UPS 입력 역률 및 배터리 재충전 수요를 설명합니다.
• 가변 주파수 드라이브(VFD) — VFD는 모터 시동 서지를 줄이지만 고조파를 발생시킵니다. 발전기 크기를 다음과 같이 조정하세요. 모든 VFD 부하에 필요한 kVA의 1.25배 ; VFD 부하가 총 발전기 부하의 50%를 초과하는 경우 "12펄스" 또는 낮은 THD 발전기로 발전기를 지정합니다.
• 데이터센터/서버 부하 — 최신 서버 전원 공급 장치의 역률은 0.95~0.99이며 적당한 고조파 함량을 갖습니다. 크기 총 IT 부하의 1.25~1.5배 배전 장치(PDU) 손실 및 냉각 장비를 고려하기 위해

전체 크기 조정 예: 산업 워크샵

산악 지역의 제조 작업장 해발 1,200m 최고 주변 온도는 다음과 같습니다. 38°C 다음 부하에 대한 주요 발전기가 필요합니다.

크기 계산:

1. 총 주행 부하: 53.6 kW
2. 최대 모터 서지 추가: 공기 압축기 서지(45kW) - 작동 중(15kW) = 30kW
3. 최대 순간 수요: 53.6 30 = 83.6 kW
4. PF 0.8에서 kVA로 변환: 83.6 ¼ 0.8 = 104.5 kVA
5. 80% 로딩 헤드룸 적용: 104.5 ¼ 0.8 = 130.6 kVA
6. 1,200m에서 고도 감소(터보차저, 계수 ≒ 0.953): 130.6 ¼ 0.953 = 137kVA
7. 38°C에서 온도 감소(계수 ≒ 0.975): 137 ¼ 0.975 = 140.5 kVA
8. 표준 발전기 크기 선택: 150kVA 프라임 등급

일반적인 크기 조정 실수와 이를 방지하는 방법

• 모터 기동 서지 무시 - 소형화의 가장 빈번한 원인; 구동 부하를 쉽게 처리하는 발전기는 대형 모터가 시동되면 즉시 작동될 수 있습니다. 항상 최대 모터 시동을 포함하여 최대 수요를 계산합니다.
• kW와 kVA를 혼동함 — 0.8 역률에서 "100kW 발전기"를 인용하는 공급업체는 125kVA를 제공합니다. 25% 축소를 방지하려면 인용된 수치가 kW인지 kVA인지 확인하세요.
• 주요 전력 애플리케이션에 대기 정격 사용 — 독립형으로 계속 작동하는 발전기는 (더 높은) 대기 정격이 아닌 주요 전력 정격에 맞게 크기를 조정해야 합니다. 연속 사용을 위해 대기 수치를 사용하면 엔진 과부하 및 조기 고장이 발생합니다.
• 최소 하중을 확인하지 않고 "안전"을 위한 대형화 — 50kW 부하용으로 설치된 500kVA 발전기가 10% 용량으로 작동하여 심각한 습식 쌓임을 유발합니다. 최소 작동 부하는 정격 용량의 30~40%이어야 합니다.
• 고도 및 온도 경감 생략 — 고도 2,000m의 100kVA 발전기는 91kVA만 전달할 수 있습니다. 이를 고려하지 않으면 높은 고도에서 만성적인 과부하가 발생할 수 있습니다.
• 향후 부하 증가를 고려하지 않음 — 오늘날의 부하에 딱 맞는 크기의 발전기에는 확장 공간이 없습니다. 현실적인 성장 예측을 추가합니다(일반적으로 10~20% 추가 용량 5년 이내에 확장이 예상되는 시설의 경우)