Cílem tohoto příspěvku je seznámit Vás s problematikou malých motorgenerátorů s výkonem nejčastěji do 10kW a zamyslet se nad provozem, údržbou a revizemi těchto zdrojových soustrojí.
V dnešní práci se čím dál častěji s těmito zařízeními setkáváme a je třeba řešit správnou volbu při koupi tohoto zdrojového zařízení. Pak je tu otázka provozování, což je údržba, ale také otázka: "Jaké zařízení náš generátor může napájet?" A pak jsou zde pravidelné či mimořádné revize a to se nabízí další otázka: "Jak postupovat při revizi? Co všechno má obsahovat taková revize generátoru?". Na tyto všechny otázky bych chtěl tímto příspěvkem odpovědět. Začněme tedy od začátku. Rostoucí požadavky na mobilitu zdrojů elektrického proudu přinášejí na trh a do běžného používání zdroje elektrické energie poháněné spalovacími motory. Převážně se jedná o soustrojí malého výkonu (běžně do 10kW), která lze vybrat z nabídky na trhu, určená pro pozemní použití a námořní použití, pro průmysl, rekreaci i domácnost. Pro zdrojová soustrojí používaná v letectví platí jiné předpisy a normy než kterým se budu věnovat v tomto příspěvku. Probíraná soustrojí jsou určena pro výrobu jednofázového nebo více fázového střídavého nebo stejnosměrného proudu o napětí do 500V (nejčastěji 1x230V nebo 3x230/400V.
Pohled norem:
ČSN 33 2000-5-551, ed.2 – Instalace nízkého napětí......... "Nízkonapěťová zdrojová zařízení" Stanoví požadavky na volbu a provedení zdrojových soustrojí nízkého a malého napětí určených pro trvalé nebo občasné napájení všech částí instalace. Jako zdrojová zařízení se předpokládá využití:
Nejčastěji se užívají k napájení těchto zařízení:
Výkon a pracovní charakteristiky generátoru musí být takové, aby nehrozilo nebezpečí poškození zařízení připojením, nebo odpojením jakéhokoli předpokládaného zatížení v důsledku změny napětí či frekvence (otáček).
Požadavek na ochranu při poruše – ochrana před dotykem neživých částí
Pokud jsou v jedné instalaci či části instalace, podle použitých zdrojů napájení, použity různé ochrany při poruše, pak musí být tyto ochrany zvoleny tak a musí být provedena taková opatření, aby nemohl nastat žádný vliv narušení těchto ochran. Což může mít třeba vliv na použití oddělovacího transformátoru, aby nedošlo vlivem použití hlídače izolačního stavu HIS k narušení vyhodnocovacího obvodu regulace motorgenerátoru. (Vysvětlení: HIS injektuje do obvodu stejnosměrný "hlídací" proud, který by mohl ovlivnit, jak regulaci, tak ochranu generátoru).
Dalším požadavkem je, že zdrojové soustrojí musí být zapojeno tak, aby veškerá opatření v elektroinstalaci spojená s ochranou pomocí proudových chráničů zůstala účinná při každé zamýšlené kombinaci napájecích zdrojů. V případě, kdy zdrojové soustrojí napájí elektroinstalaci jako spínaná alternativa normálního napájení, nesmí ochrana automatickým odpojením od zdroje spoléhat pouze na spojení s uzemněným bodem veřejné distribuční sítě. Musí být zajištěn vhodný zemnič. Dále musí být zajištěno, aby zdroj nemohl pracovat paralelně s distribuční sítí, což musí být zajištěno zejména:
(Poznámka: musí být přepnuty všechny pracovní vodiče – včetně středního "N" vodiče)
Požadavky na instalace se statickými měniči
Tyto statické měniče jsou dneska velmi často užívány v automobilech pro přeměnu z 12V stejnosměrného napětí na 230V střídavého napětí. Většinou se jedná o výkon kolem 1kW, ale jsou i s vyšším výkonem. I tyto měniče by mohly být zdrojem úrazu a proto je nutno provádět pravidelné revize či zkoušky dle návodu k obsluze vydaným výrobcem. Některé měniče jsou uzpůsobeny jen pro napájení spotřebičů a nářadí třídy II, ale některé mohou napájet i třídu I. Pokud se jedná jen o třídu II, pak je toto z pohledu ochrany obdobné jako u ochrany elektrickým oddělením. Zde pokud dojde ke zkratu pracovních vodičů, tak musí dojít k výpadku měniče a na výstupu nesmí být napětí vyšší než je 50V. Toto by se mělo dát otestovat testovacím rezistorem o odporu 1,5W. Pokud je možno připojit zařízení třídy I, tak musí dojít k omezení napětí i v případě jedné poruchy, což je porucha (zkrat) mezi zemí a pracovním vodičem. Toto lze opět otestovat rezistorem o odporu 1,5W. Napětí na výstupu i v tomto případě se musí snížit pod 50V.
Technická norma zabývající se problematikou pohonů a samotných generátorů i malého výkonu je řada norem ČSN ISO 8528–1..9 Střídavá zdrojová soustrojí poháněná pístovými spalovacími motory.
ČSN ISO 8528-1: Použití, jmenovité údaje a vlastnosti – zde jsou uvedeny základní charakteristiky zdrojových soustrojí s vysvětlením základních pojmů, jako například:
Třída provedení:
G1 –stanovení základních parametrů napětí a frekvence příklad: osvětlení, jednoduchá zařízení
G2 – požadavky na charakteristiku napětí jsou téměř stejné jako u distribuční sítě, při změně zatížení se mohou vyskytnout dočasné, avšak přijatelné odchylky napětí či frekvence příklad: osvětlení, čerpadla, ventilátory
G3 – přísné požadavky na charakteristiky napětí, frekvence a tvar vlny příklad: telekomunikace či tyristorově řízená zatížení
G4 – nejpřísnější požadavky na charakteristiku napětí, frekvence a tvaru vlny
příklad: zařízení pro zpracování dat, elektronika, lékařské přístroje,
Výkonnost se má udávat v kW při účiníku (cos f) 0,8.
Příklad: generátor má 100kVA a při účiníku (cos f) 0,8 je to 80kW.
ČSN ISO 8528-2: Motory
Zde jsou uvedeny požadavky na pohánějící motor, zejména
ČSN ISO 8528-3: Střídavé generátory pro zdrojová soustrojí
Zde jsou uvedeny požadavky na samotné generátory na zařízení zdroje proudu
Definice jmenovitého výkonu, čímž je myšleno zdánlivý výkon a činný výkon je zdánlivý výkon násoben účiníkem, který je (cos f) 0,8.
Dále pak jsou zde definovány další parametry jako jsou:
Asynchronní generátory pro vybuzení napětí potřebují jalový proud, což obstarává budící zařízení. Tyto generátory jsou schopné dodávat trvalý zkratový proud jen se speciálním budícím zařízením.
ČSN ISO 8528-4: Řídící a spínací přístroje
Tato část stanoví požadavky na spínací a řídící přístroje zdrojových soustrojí, a to zejména pro ty s vyšším výkonem, které se používají jako záložní zdroje a to třeba i nepřerušovaného napájení například nemocnice atd.. Je zde uveden i požadavek na paralelní provoz pokud je v instalaci výjimečně umožněn – fázování atd.. Zdrojová soustrojí u výkonu nad 100kW mají být vybaveny kmitoměrem a počítadlem provozních hodin. Toto je vhodné i malých zdrojových soustrojí.
ČSN ISO 8528-5: Zdrojová soustrojí
Zde jsou uvedeny kritéria pro návrh zdrojových soustrojí jako celku, a to zejména těch s vyšším výkonem. Jsou zde uvedeny mezní provozní hodnoty pro jednotlivé třídy zdrojových soustrojí.
ČSN ISO 8528-6: Metody zkoušení
Zde jsou uvedeny metody zkoušení charakteristik zdrojových soustrojí jako celku.
ČSN ISO 8528-7: Technické údaje pro specifikaci a návrh
Tato část stanovuje podmínky a parametry pro provedení a konstrukci zdrojových soustrojí.
ČSN ISO 8528-9: Měření a hodnocení mechanických vibrací
Tato část popisuje měření a hodnocení vnějších mechanických vibrací zdrojového soustrojí.
ČSN ISO 8528-8: Požadavky a zkoušky pro zdrojová soustrojí malého výkonu
Tato část bude předmětem následujícího rozboru provozu právě výše uvedených zdrojových soustrojí malého výkonu, protože právě tato část stanovuje požadavky, minimální vlastnosti a typové zkoušky pro zdrojová soustrojí malého výkonu (do cca 10kW) pro užití v průmyslu, domácnostech a při rekreaci, kromě zdrojových soustrojí v letectví.
Běžnými uživateli jsou většinou laici. Zdrojové soustrojí je buď přenosné nebo převozné či pojízdné. Elektrický výkon je připojen vidlicemi (mimo SELV a PELV). Zdrojové soustrojí má být připraveno k použití bez jakýchkoli dodatečných úprav provedených uživatelem.
Požadavky na mechanickou odolnost a bezpečnost:
Mezní teplotní hodnoty na částech zdrojového soustrojí.
Povrchové části |
|
teplota |
druh povrchu |
35ºC |
kovové povrchy |
60ºC |
povrchy s nízkou tepelnou vodivostí (umělé hmoty) |
Držadla a části v jejich blízkost |
|
30 º C |
kovové povrchy |
50 º C |
povrchy s nízkou tepelnou vodivostí (umělé hmoty) |
Ostatní části |
|
90 º C |
části ochranného rámu |
>150 º C |
části které nesmí vyčnívat za profil ochranného rámu (výfuk) |
Ochrana před vnějšími vlivy
Ochrana před vniknutím cizích těles – musí odpovídat alespoň IP 2X (dle ČSN EN 60529)
Ochrana před vniknutím vody – musí odpovídat alespoň IP X3 (dle ČSN EN 60529)
Výsledné krytí by tedy mělo být minimálně IP23.
Podmínky pro spuštění a provoz
Zdrojová soustrojí pro která platí norma ČSN 8528-8 musí být schopná startu a provozu v rozsahu teplot od -15°C do + 40°C.
Generátor a jeho údaje
Pro zdrojová soustrojí malého výkonu jsou uvedeny dvě třídy nepravidelnosti tvaru křivky napětí:
Výkonnostní štítek
Výkonnostní štítek zdrojového soustrojí musí být trvale upevněn na neodnímatelné části soustrojí a musí obsahovat tyto údaje:
Požadavky na ochranu musí být v souladu s ČSN 33 2000-4-41:1992 s následujícími výjimkami:
Ochrana elektrickým oddělením musí odpovídat 413.5 ČSN 33 2000-4-41 s těmito výjimkami:
Zdrojová soustrojí musí vyhovovat ochraně před dotykem neživých částí, jak je uvedeno výše, bez zásahu uživatele, tudíž je to povinnost výrobce uvádět na trh jen takovéto výrobky, které tyto požadavky splňují. Výrobce mimo jiné značkou CE na zdrojovém soustrojí deklaruje shodu s těmito požadavky.
Dále jsou na zdrojová soustrojí kladeny následující požadavky, které musí splňovat:
V návodu k obsluze daného zdrojového soustrojí musíme najít příslušné pokyny bezpečnostního opatření včetně délky přívodních kabelů a povolených průřezů.
Bezpečnostní požadavky musí být ověřeny vizuální kontrolou a pokusy o zkrat s odporem smyčky 1,5W za zásuvkou.
Zdrojová soustrojí v sítích TN a TT vybavené proudovými chrániči, musí mít v návodu na obsluhu stanoveno požadované zemnění s maximální hodnotou zemního odporu. Proudové chrániče musí být instalovány na vhodném místě a musí být chráněny před vlhkem, vysokými teplotami a mechanickými vibracemi.
Bezpečnostní požadavek musí být ověřen vizuálně, zkušebním testem (chodem) a kontrolou návodu pro obsluhu.
Pokud má být zdrojové soustrojí použito pro dodávku proudu do stávajících rozvodných sítí, musí být přizpůsobena požadavkům ochranných opatření použitých v daných případech. Pro stanovení obvyklého vybavovacího proudu pro nadproudové jističe zdrojového soustrojí, musí být odpor smyčky zemního zkratu do 1,5W za zásuvkou. Bezpečnostní požadavek musí být ověřen vizuální kontrolou a pokusy o zkrat s odporem smyčky 1,5W za zásuvkou.
Neřízený generátor
Pro zdrojová soustrojí s neřízeným generátorem (kompoudní transformátor) je omezení zatížení snížením otáček a napětí, které se začne projevovat se vzrůstajícím zatížením.
Řízený generátor
Pro zdrojová soustrojí s řízeným generátorem zůstává napětí se vzrůstajícím zatížením ve stanovených mezních hodnotách. Výkon generátoru se zvýší v poměru k zatížení. Výkon zdrojového soustrojí je principiálně omezen pístovým spalovacím motorem (a výkonem generátoru). Generátor je třeba chránit proti tepelnému přetížení, pokud je použito funkce odstavení nesmí se znovu samovolně zapnout.
Zkraty na jakýchkoliv elektrických výstupech zdrojového soustrojí nesmí způsobit mechanické nebo elektrické poškození, které mohou mít vliv na bezpečnost. Toto však neznamená, že by se při pravidelných revizích toto zkoušelo.
Návod na obsluhu by měl obsahovat zejména tyto bezpečnostní pokyny:
Jak vybírat zdrojové soustrojí při koupi?
Základní podmínkou je jeho určení a výkon. Dále je třeba pohlížet na serióznost výrobce či prodejce. V případě určení se jedná zejména požadavek na věrohodnost a "čistotu" průběhu napětí. Pokud se jedná o osvětlení a motory bez elektroniky, tak požadavek není tak přísný jako v případě použití zdrojového soustrojí k napájení výpočetní techniky. I toto je nutné se dočíst v návodu obsluze takového zdrojového soustrojí. Některé zdrojové soustrojí jsou přímo nevhodné až nebezpečné pro napájení elektroniky a může dojít i k jejímu poškození.
Jak provádět revize?
Na tuto otázku je jednoduchá odpověď. S nejlepším svědomím a vědomím jak je generátor vyroben a konstruován, abychom byli schopni zhodnotit z hlediska bezpečnosti jeho stav. Dle výše uvedeného je nám jasné, že se nejedná o univerzální zařízení, které může "bezpečně" napájet jakákoli zařízení či instalaci.
Počátkem, jako u každé revize, by mělo být studium průvodní dokumentace, návodu k obsluze a veškerých informací o zdrojovém soustrojí. Dneska je toto možné i pomocí internetu, kde najdeme spoustu takových zdrojů k jednotlivým zdrojovým zařízením, protože většinou provozovatel neví kde dokumentaci má a revizi potřebuje nejlépe včera. Důležité je tedy zjistit, jak je to se samotnou ochranou, abychom ji mohli ověřit a následně hodnotit. Znalost provedení ochrany zdrojového soustrojí je potřebná i pro samotné měření či funkční zkoušky ochrany, abychom zdrojové soustrojí místo revize nezničili. Toto je samotná revize samotného zdrojového soustrojí, ale je většině případů je toto soustrojí součástí dočasné instalace, byť sestavené z prodlužovacích přívodů, nářadí a spotřebičů či mobilních buněk jako to bývá běžné na staveništi či montáži v terénu mimo dosah distribuční sítě.
Při revizi těch větších generátorů například 50, 100, 250kVA je to jednodušší, protože zde se jedná pouze o přemístitelné zařízení pomocí jeřábů a lze umístění chápat jako stabilní. Téměř vždy se jedná o síť TN-S s doplněným proudovým chráničem s nastavitelným reziduálním proudem. V takovémto případě je postup při revizi téměř shodný jako v případě napájení z distribučního transformátoru, protože poruchový proud (zkratový proud) vybaví standardní nadproudové prvky jako jsou jističe.
Závěr a zhodnocení
Dle výše uvedených požadavků na "malá" zdrojová soustrojí se v praxi můžeme setkat třeba s připojením zdrojového soustrojí ke staveništnímu rozvaděči přes vidlici 32A pětikolík, který je určen do sítě TN-S, ale zdrojové soustrojí je buď s ochranou elektrickým oddělením či IT. Výsledkem je nefunkční ochrana proudovým chráničem, protože zdrojové soustrojí nemá PE vodič spojený s "uzlem" generátoru a tudíž se neuzavře poruchový proud. Je třeba vyhodnocovat rizika, odstraňovat je a výše uvedený případ je opravdu velké riziko.
Další informace k této problematice naleznete v přednášce Petra Létala