Pomieszczenia z zespołami prądotwórczymi - podstawowe wymagania

Projekt budowlany

Podstawą rozpoczęcia prac projektowych w zakresie instalacji zespołu prądotwórczego jest dobór jego mocy. Zagadnienia te zostały omówione w publikacjach [2, 3].

Projekt może opracować osoba posiadająca odpowiednie uprawnienia budowlane, będąca jednocześnie członkiem Polskiej Izby Inżynierów Budownictwa.

Podstawę opracowania stanowią warunki zabudowy (w odniesieniu do obiektów użyteczności publicznej są to warunki lokalizacji inwestycji celu publicznego) wydane przez właściwy urząd administracji państwowej oraz warunki techniczne instalacji wydane przez przedsiębiorstwo energetyczne [2].

Podczas projektowania należy spełnić wymagania warunków zabudowy, warunków technicznych instalacji oraz wymagania obowiązujących norm i przepisów, w tym Rozporządzenia Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 roku w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (tekst jednolity DzU z 2015 r., poz. 1422).

Zgodnie z § 181 pkt 1 ww. Rozporządzenia „Budynek, w którym zanik napięcia w elektroenergetycznej sieci zasilającej może spowodować zagrożenie życia lub zdrowia ludzi, poważne zagrożenie środowiska, a także znaczne straty materialne, należy zasilać co najmniej z dwóch niezależnych, samoczynnie załączających się źródeł energii elektrycznej, oraz wyposażać w samoczynnie załączające się oświetlenie awaryjne (zapasowe lub ewakuacyjne). W budynku wysokościowym jednym ze źródeł zasilania powinien być zespół prądotwórczy”.

Projekt należy opracować zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Transportu, Budownictwa i Gospodarki Morskiej z dnia 25 kwietnia 2012 r. w sprawie szczegółowego zakresu i formy projektu budowlanego (DzU z 2012 r., poz. 462, z późniejszymi zmianami w szczególności Rozporządzenie Ministra Infrastruktury i Rozwoju z dnia 22 września 2015 r. zmieniające rozporządzenie w sprawie szczegółowego zakresu i formy projektu budowlanego – DzU z 2015 r., poz. 1554).

Projekt budowlany po opracowaniu należy uzgodnić z rzeczoznawcą ds. zabezpieczeń ppoż. oraz z rzeczoznawcą ds. bhp. Uzgodniony projekt podlega uzgodnieniu i sprawdzeniu pod względem zgodności z wydanymi warunkami technicznymi przyłączenia w przedsiębiorstwie energetycznym, które wydało warunki techniczne przyłączenia.

W przypadku zastosowania rozwiązań nietypowych warto rozważyć uzgodnienie projektu pod względem ppoż. w Wojewódzkiej Komendzie PSP. Po wyrażeniu zgody na zastosowanie rozwiązań zamiennych, najczęściej po wykonaniu ekspertyzy technicznej i pod warunkiem spełnienia dodatkowych wymagań określonych w postanowieniu, projekt należy uzgodnić z rzeczoznawcą ds. zabezpieczeń ppoż. (art. 6a pkt 2 oraz art. 6b Ustawy o ochronie przeciwpożarowej DzU z 2016 r. poz. 191 i 298).

Kolejnym krokiem jest wystąpienie przez inwestora do właściwego terytorialnie Urzędu Nadzoru Budowlanego, w celu uzyskania pozwolenia na budowę. Instalacja i wykonanie wszelkich prac związanych z instalacją zespołu prądotwórczego może nastąpić po uprawomocnieniu się wydanego pozwolenia na budowę [2, 4].

Warunki instalowania zespołu

Zespół prądotwórczy pracujący w układach zasilania awaryjnego może być instalowany w kontenerze ustawianym na fundamencie betonowym poza budynkiem lub w specjalnie do tego celu przygotowanym pomieszczeniu, powszechnie nazywanym agregatornią. Zarówno w pierwszym, jak i w drugim przypadku, instalacja zespołu wymaga czerpni powietrza oraz odprowadzenia spalin i odpowiedniej wentylacji pomieszczenia. Problem ten powinien zostać rozwiązany przez projektanta instalacji sanitarnych na podstawie wymagań określonych przez producenta zespołu.

Zespół prądotwórczy instalowany przez producenta w kontenerze stanowi kompletne urządzenie pod względem elektrycznym oraz sanitarnym. Natomiast w przypadku adaptowania pomieszczenia do celów instalacji zespołu prądotwórczego, należy spełnić wszelkie wymagania określone przez producenta [2].

Na rys. 1 (patrz: zdjęcie główne wraz z opisem) został przedstawiony poglądowo przykład instalacji zespołu prądotwórczego w pomieszczeniu.

Instalacja odbiorcza budynku objętego zasilaniem awaryjnym powinna być przystosowana do zasilania z zespołu prądotwórczego. W tym celu obwody objęte układem zasilania awaryjnego muszą spełniać warunki ochrony przeciwporażeniowej zarówno przy zasilaniu z sieci elektroenergetycznej, jak również przy zasilaniu z generatora zespołu prądotwórczego.

Dobierając parametry zespołu należy uwzględnić: rodzaj, moc i tryb pracy odbiorów, np. prądy rozruchowe silników, pobór mocy biernej, odkształcenie prądu oraz niesymetrię obciążenia [2, 4].

Zespół prądotwórczy wraz z wyposażeniem zaleca się instalować w wydzielonym pomieszczeniu. Pomieszczenie to powinno być łatwo dostępne, dobrze wentylowane, suche i w razie potrzeby ogrzewane, aby minimalna temperatura przy braku pracy silnika napędowego zespołu wynosiła co najmniej 5°C.

Silnik spalinowy wymaga czerpni i kanałów dolotowych świeżego powietrza oraz przewodów odprowadzających spaliny oczyszczone w układzie wydechowym.

Pomieszczenie, w którym zostanie zainstalowany zespół prądotwórczy, należy wyposażyć również w rozdzielnicę zasilania potrzeb własnych, oświetlenie, gniazda odbiorcze oraz instalację elektryczną sterowania wentylacją, oraz innymi urządzeniami uwzględnionymi w projekcie w zależności od potrzeb [2, 6].

Układ automatyki SZR należy wyposażyć w blokadę elektryczną i mechaniczną oraz odpowiednio oznakować. Blokady te mają uniemożliwić podanie napięcia z dwóch źródeł jednocześnie oraz uniemożliwić wsteczne podanie napięcia z generatora zespołu prądotwórczego do wyłączonej spod napięcia sieci elektroenergetycznej.

W polu linii zasilania podstawowego powinna być kontrolowana obecność napięcia. Jeśli zespół może być uruchamiany zdalnie lub samoczynnie, to w jego pobliżu należy przewidzieć możliwość wprowadzania blokady przed zdalnym lub samoczynnym uruchomieniem, na przykład podczas prac konserwacyjnych.

Zespoły prądotwórcze powinny być wyposażone w układ do normalnego zatrzymywania ręcznego lub automatycznego, który odcina dopływ paliwa (silnik wysokoprężny) lub wyłącza zapłon (silnik o zapłonie iskrowym).

Urządzenie do awaryjnego zatrzymywania (ręcznego lub samoczynnego) jest wymagane w przypadku zespołów spalinowo-elektrycznych zdalnie sterowanych oraz zespołów w obudowie, do wnętrza której mają dostęp ludzie. W drugim przypadku przycisk do awaryjnego zatrzymywania powinien być umieszczony zarówno wewnątrz, jak i na zewnątrz obudowy.

Ręcznie sterowany układ do awaryjnego zatrzymywania jest wymagany, jeżeli można zatrzymać zespół prądotwórczy w czasie krótszym niż przy zastosowaniu układu do normalnego zatrzymywania. Dopuszcza się rezygnację z układu do awaryjnego zatrzymywania zespołów spalinowo-elektrycznych małej mocy (0,8–12(20) kW) [3].

Zespoły ruchome należy przyłączać przewodami giętkimi o żyłach miedzianych, przeznaczonymi do ciężkich warunków pracy, odpornymi na działanie wody, z powłoką o zwiększonej grubości [3].

Tłumienie drgań

Dla wielu zastosowań masywny fundament dla zespołu prądotwórczego nie jest konieczny. Zespoły z wbudowanymi izolatorami drgań mogą zredukować przekazywane drgania o 60–80%, a umieszczenie sprężynowych izolatorów pomiędzy generatorem wraz z silnikiem napędowym i ramą nośną konstrukcji zespołu może odizolować więcej, niż 95% drgań [7].

W zastosowaniach, w których wartość amplitudy przekazywania drgań do budynku jest bardzo ważna, może być wymagane mocowanie zespołu prądotwórczego na niezależnym fundamencie izolującym od drgań pozostałą część budynku.

Silnik napędowy i alternator zespołu prądotwórczego muszą być odizolowane od konstrukcji nośnej, na której są zamontowane.

Niektóre zespoły prądotwórcze, szczególnie modele o mocy do około kilkuset kW, wykorzystują izolatory drgań z gumy, które są wstawiane do maszyny pomiędzy silnik/alternator i podstawę. Metalowa rama tych zespołów prądotwórczych zwykle może być przykręcana bezpośrednio do fundamentu, podłogi lub konstrukcji pośredniej [6, 7].

Zespoły prądotwórcze, które nie zawierają wbudowanych wibroizolatorów, powinny być zainstalowane za pomocą elementów izolujących drgania, takich jak: elastyczne podkładki antywibracyjne, wibroizolatory sprężynowe lub wibroizolatory powietrzne.

Elastyczne podkładki antywibracyjne mają różną tłumienność, a w przybliżeniu ich skuteczność przyjmuje się 75%. W zależności od budowy, mogą one również mieć różną tłumienność w zależności od temperatury, ponieważ w niskich temperaturach gumowy czynnik izolujący jest znacznie mniej elastyczny, niż w temperaturach wyższych [7].

Rys. 2. ilustruje sprężynowy izolator drgań wymagany do mocowania zespołów prądotwórczych, które nie zawierają wbudowanych wibroizolatorów. Na rysunku przedstawione są: dolna podkładka gumowa, korpus izolatora, śruby mocujące, sprężyna podpierająca, śruba regulacyjna i nakrętka zabezpieczająca. Izolatory tego typu należy umieszczać zgodnie z dokumentacją producenta zespołu prądotwórczego. Izolatory mogą być umieszczane niesymetrycznie na obwodzie zespołu prądotwórczego, ponieważ muszą być rozmieszczane przy uwzględnieniu środka ciężkości maszyny.

Liczba wymaganych izolatorów jest różna w zależności od klasy izolatorów i masy zespołu prądotwórczego.

Dla zapewnienia skutecznej izolacji, wibroizolatory typu sprężynowego muszą być prawidłowo dobrane i zainstalowane. Masa zespołu prądotwórczego powinna dostatecznie ściskać wibroizolator dla umożliwienia swobody ruchu, ale nie można dopuścić do tzw „dobijania” wibroizolatora do podłoża podczas pracy. Uzyskuje się to poprzez dobieranie typu wibroizolatorów i ich liczby do masy zespołu prądotwórczego wraz z osprzętem [7].

Układ chłodzenia i wentylacji

Silnik spalinowy, generator oraz układ wydechowy są źródłami ciepła mającymi wpływ na warunki pracy zespołu prądotwórczego. Wzrastająca temperatura w pomieszczeniu zespołu prądotwórczego stanowi zagrożenie dla zgromadzonego tam paliwa.

W celu odprowadzenia nagrzanego powietrza i konieczności utrzymywania w pomieszczeniu odpowiedniej temperatury, konieczna jest wentylacja nawiewno-wywiewna.

Powietrze chłodzące zasysane jest przez wentylator zamocowany na chłodnicy.

Przekroje czerpni (wlotu) i wyrzutni (wylotu) muszą zapewniać swobodny przepływ powietrza do pomieszczenia i z pomieszczenia agregatorni. Orientacyjnie powierzchnia przekroju czerpni oraz wyrzutni powinny być większe o 50% od powierzchni wlotu chłodnicy.

W celu sprawnego wyrzucania nagrzanego powietrza, agregatownia powinna być wyposażona w wentylator wyciągowy. Czerpnię i wyrzutnię należy chronić przed wpływami atmosferycznymi. W tym celu w otworach czerpni i wyrzutni instalowane są żaluzje sterowane automatycznie.

Podczas gdy zespół prądotwórczy nie pracuje, żaluzje są zamknięte. Zostają one automatycznie otwarte z chwilą uruchomienia zespołu [2, 5].

Wraz z otwarciem żaluzji czerpni i wyrzutni automatycznie muszą zostać uruchomione wentylatory nawiewne i wywiewne.

W przypadku zespołów pracujących w trybie automatycznym, pomieszczenie agregatorni należy ogrzewać tak, aby utrzymywana była stała temperatura otoczenia wynosząca powyżej 5°C, jednakże niezależnie od pory roku – nie więcej niż 30°C [5].

Zaleca się instalowanie nagrzewnic elektrycznych wyposażonych w termostat, zasilanych z rozdzielnicy potrzeb własnych agregatorni, która jest zasilana z sieci elektroenergetycznej.

Po uruchomieniu zespołu prądotwórczego układ automatyki samorozruchu oraz samozatrzymania przełącza zasilanie agregatorni na zasilanie z zespołu prądotwórczego z jednoczesnym odłączeniem zasilania nagrzewnic [2].

Dodatkowe wymagania

Zespoły prądotwórcze należy instalować według instrukcji dostarczonych przez producenta urządzenia, koniecznie zgodnie z aktualnie obowiązującymi przepisami oraz normami.

Większość urządzeń tego typu wymaga dostępu dla obsługi po obu stronach silnika oraz od strony sterowania lub prądnicy.

Szczegółowe przepisy mogą wymagać dodatkowej przestrzeni roboczej (zespoły z prądnicami SN) np. dla obsługi sprzętu elektrycznego, ale generalnie minimalna przestrzeń robocza równa jest szerokości generatora prądotwórczego po obu stronach i do obejścia urządzenia z jednej strony dookoła osi podłużnej.

Położenie części układu paliwowego lub elementów układu rozdziału energii elektrycznej mogą wymagać dodatkowej przestrzeni roboczej.

Pomieszczenie zespołu prądotwórczego (także obudowa) powinno mieć dostęp dla wyjmowania gabarytowych podzespołów, np. silnika. Dostęp ten może być zapewniony przez szerokie otwory drzwiowe lub inne rozwiązania.

Najczęściej optymalny projekt pozwalać będzie na przenoszenie całego zespołu prądotwórczego do pomieszczenia agregatorni.

W przypadku budynku o większej wysokości normalnym staje się umieszczanie generatorów prądotwórczych na dachach. Instalację taką można wykonać, jeśli konstrukcja dachu budynku ma odpowiednią nośność i może przenieść obciążenie zespołu i osprzętu towarzyszącego [7].

Gdy zespół prądotwórczy jest zamontowany na dachu budynku, nadal należy uważać, by układ wydechowy silnika nie zanieczyszczał powietrza przy czerpni powietrza dla budynku lub sąsiednich nieruchomości [7].

Montaż zespołu prądotwórczego na dachu ma swoje wady i zalety, które można podsumować w kilku punktach.

Zalety:

• nieograniczone powietrze wentylacji dla układu;
• brak potrzeb (lub małe potrzeby) kanałów wentylacyjnych;
• krótkie przebiegi układu wydechowego;
• mniejsze problemy z hałasem;
• mniejsze ograniczegnia związane z miejscem;
• zespół prądotwórczy jest odizolowany od obsługi, dla lepszej niezawodności systemu.

Wady:

• aby posadowić zespół prądotwórczy na dachu, jego konstrukcja może wymagać wzmocnienia;
• przeniesienie sprzętu na dach może być drogie (dźwig lub demontaż);
• ograniczenia przepisowe;
• dłuższe przebiegi kabli;
• ograniczone przechowywanie paliwa przy zespole prądotwórczym - doprowadzenie paliwa (i ewentualny powrót) musi przebiegać przez budynek;
• trudniejsza obsługa zespołu prądotwórczego.

Podsumowanie

Poprawnie dobrane zespoły prądotwórcze, które są zainstalowane przez producenta w kontenerze lub poprawnie zaprojektowanej agregatorni, spełniają większość wymagań stawianych układom zasilania awaryjnego stosowanych często w rozbudowanych układach zasilania budynków.

Właściwy dobór parametrów zespołu prądotwórczego zapewnia dobrą jakość dostarczanej energii elektrycznej.

Z drugiej strony, zespoły, zwłaszcza te o większych mocach znamionowych, mają również swoje wady. Głośna praca (średnio 65–80 dB), znaczne masy i duże rozmiary, odpowiedniej wielkości zbiornik paliwa, układ zasilania powietrzem i układ wydechowy, wszystko to powoduje, że urządzenia te powinny być instalowane w osobnych budynkach, z dala od budynków mieszkalnych bądź miejsc pracy ludzi, tak aby spełnione były warunki ochrony ppoż i bhp [5].

Na zakończenie należy podkreślić, że artykuł nie stanowi recepty na realizację zasilania awaryjnego budynku przy zastosowaniu zespołu prądotwórczego. Zwraca jedynie uwagę na pewne istotne problemy, które należy rozwiązać dla zachowania bezawaryjnej pracy i spełnienia funkcji, do której jest przeznaczony zespół prądotwórczy.

Ciekawym rozwiązaniem dla obiektów wymagających ciągłego zasilania jest zastosowanie dynamicznego systemu zasilania składającego się z zespołu prądotwórczego połączonego sprzęgłem z kinematycznymi zasobnikiem energii. Takie rozwiązanie określa się mianem źródeł zasilania bezprzerwowego

Literatura

1. T. Sutkowski, Rezerwowe i bezprzerwowe zasilanie w energię elektryczną, COSiW SEP, Warszawa 2007.
2. J. Wiatr, M. Orzechowski, Poradnik projektanta elektryka, DWM, Warszawa 2012.
3. E. Musiał, Problemy zasilania z zespołów spalinowo-elektrycznych, Konferencja „Automatyka, pomiary, zakłócenia” Jurata, 19–21 maja 2005 r.
4. K. Kuczyński, Podstawowe wymagania przy instalacji zespołu prądotwórczego, „elektro.info” 5/2015.
5. T. Martyniak, J. Nawrocki, B. Antończyk, Optymalizacja doboru agregatów prądotwórczych oraz wytyczne ich zabudowy w pojazdach specjalnych, „Szybkobieżne Pojazdy Gąsienicowe” nr 1, 2005.
6. Materiały firmy Delta Power.
7. Materiały firmy Cummins Power Generation.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!