Inbetriebnahme und Prüfung von Aggregaten mit ohmschen/reaktiven Lastbänken

Bei der Untersuchung der Hauptunterschiede zwischen ohmscher und ohmscher/reaktiver Lastprüfung – und warum letztere notwendig ist – ist es wichtig, sich auf die Betrachtung des Notstromerzeugungssystems einer Anlage als Ganzes zu konzentrieren, indem das gesamte System getestet wird, um systemweite Schwachstellen zu identifizieren Zeitpunkt der Inbetriebnahme und in regelmäßigen Testintervallen, um den Vorschriften der Aufsichtsbehörden zu entsprechen (siehe Abbildung 1).

Blindlasttests sind vor allem in Gesundheitseinrichtungen, Rechenzentren, Lebenssicherheits- und unternehmenskritischen Anwendungen wichtig, wo der Nachweis der Fähigkeit zur bestimmungsgemäßen Bereitstellung elektrischer Energie durch von den Entwicklern festgelegte behördliche Standards und Vorschriften vorgeschrieben ist. Beispiele für typische Notstromquellen sind gas- und dieselbetriebene Kolbenmotorgeneratoren, flüssigkeits- und gasbetriebene Turbinengeneratoren, Rotations-USV-Systeme und Batterie-USV-Systeme.

Die Standards für die Zertifizierung verstehen

Auch wenn das Verständnis der Hauptvorteile von Blindlasttests nicht unbedingt im Vordergrund steht, ist es für beratende Ingenieure und Facility Manager wichtig, die spezifischen Code-Anforderungen für die Installation, Leistung und Prüfung von Notstromsystemen zu verstehen.

Die National Fire Protection Association (NFPA) veröffentlicht und aktualisiert diese Standards regelmäßig unter Einbeziehung von Beiträgen von Fachleuten, Ingenieuren und Mitgliedern von Branchen, die entsprechende Ausrüstung und Dienstleistungen anbieten. Zu den anwendbaren NFPA-Ressourcen gehören:

Spezifische Vorschriften wie NFPA 101, Artikel 7.9.2.4 schreiben vor, dass Notstromgeneratoren gemäß NFPA 110 installiert, getestet und gewartet werden müssen. Bestimmungen zur Wartung und Prüfung von Notstromgeneratoren finden sich in NFPA99, Artikel 4.4, der sich mit Problemen befasst wie zum Beispiel:

Spezifizierende Ingenieure und Facility Manager sollten Zugriff auf die neuesten Versionen dieser NFPA-Standards haben. Sie sind online unter www.nfpacatalog.org verfügbar. Einzelne Bundesstaaten und Kommunen verfügen ebenfalls über Standards, Codes und Vorschriften für geschäftskritische Einrichtungen.

Hauptgrund für Lasttests

Typischerweise laufen Aggregate nach der Werksprüfung des Herstellers selten unter Volllastbedingungen. Obwohl sie möglicherweise in Übereinstimmung mit den gesetzlichen Anforderungen getestet werden, die den Einsatz tatsächlicher Lasten ermöglichen, kann diese Praxis im Laufe der Zeit zu Bedingungen führen, die die Leistung und Zuverlässigkeit beeinträchtigen können. Moderne Dieselaggregate, die den strengen Tier-Level-Emissionsstandards der US-Umweltschutzbehörde (Environmental Protection Agency) entsprechen, sind für den Betrieb bei Lasten von mehr als 50 % für optimale Lebensdauer und Leistung ausgelegt. Darüber hinaus kann der Einsatz von Partikelfiltern zur Nachbehandlung, die zur Erleichterung der Regeneration auf eine bestimmte Abgastemperatur angewiesen sind, durch den Niedriglastbetrieb beeinträchtigt werden und infolgedessen den Abgasstrom aufgrund von Ablagerungen einschränken, was zu einem höheren als dem empfohlenen Abgasgegendruck führen kann. Dies kann die Leistung eines Hubkolbenmotor-Generators einschränken und/oder den Bedarf an außerplanmäßiger Wartung erhöhen.

Wenn mehrere Einheiten installiert sind, werden sie häufig einzeln für regelmäßige und jährliche Tests mit einer Testlast betrieben, die weit unter den vom Hersteller empfohlenen Werten liegt. Der Einsatz einer ohmschen/reaktiven Lastbank mit großer Kapazität kann das gleichzeitige Testen mehrerer Einheiten ermöglichen und so den Zeitaufwand für die Durchführung und Dokumentation obligatorischer Tests reduzieren. Durch ohmsche/reaktive Lastbänke können die Parallelschaltungssteuerungen unter realistischen Bedingungen durchgeführt werden.

Auch hier ist das Testen der Lastbank eine entscheidende Komponente für die Erfüllung regulatorischer Anforderungen. Heutige Dieselaggregate, die elektronische Motor- und Emissionskontrollen verwenden, um aktuelle und zukünftige EPA-Emissionsanforderungen zu erfüllen, sind darauf angewiesen, dass die Motoren mit den vom Hersteller empfohlenen Lastniveaus und Temperaturen betrieben werden.

Die NFPA-Testrichtlinien beziehen sich auf ein Mindestlastniveau von 30 % bzw. auf die vom Hersteller empfohlenen Werte. Branchenverbände wie EGSA und die großen Hersteller von Motorgeneratoren empfehlen Belastungstests auf höheren Ebenen, um sicherzustellen, dass die maximalen Vorteile der Belastungstests erzielt werden können.

Wie bei der regelmäßigen Wartung sind in allen Anwendungen im Gesundheitswesen regelmäßige Tests gesetzlich vorgeschrieben, um die Einhaltung der Vorschriften der Aufsichtsbehörde sicherzustellen. In Gesundheitseinrichtungen ist es üblich, außerhalb der Spitzenzeiten, wenn die Belastung am niedrigsten ist, regelmäßig Stromaggregattests durchzuführen. Diese Vorgehensweise verhindert zwar die Möglichkeit schwerwiegender Unterbrechungen bei großen und/oder kritischen Lasten, testet das Aggregat jedoch nicht ausreichend unter Worst-Case-Bedingungen.

Der Fall für reaktive Lastbanktests

Die Möglichkeit, variierende Blindlasten realistischer zu simulieren, ist der wichtigste Vorteil einer Lastbank, die sowohl kVA- (ohmsche) als auch kVAR- (reaktive) Lasten bereitstellt. Die entscheidenden Unterschiede zwischen Tests mit einer rein ohmschen Lastbank und einer ohmschen/reaktiven Lastbank werden in Tabelle 1 verglichen. Eine rein ohmsche Lastbank kann angemessene Tests der einzelnen Antriebsmaschine und der Lastverteilung (einschließlich Lastzuschaltung/Lastabwurf) ermöglichen ) Steuerungen einer Triebzuganlage. Eine reaktive Lastbank ermöglicht jedoch das Testen des Generators, der Lastverteilung und der Übergangsreaktionen, da sie Lasten anwenden kann, die denen im normalen Betrieb des Aggregats nahe kommen (siehe Tabelle 2).

Die Motorregler von Aggregaten reagieren auf Lasten, indem sie die Motordrehzahl reduzieren. Abbildung 2 vergleicht das Übergangsverhalten eines großen Diesel-Standby-Generators beim Anlegen einer Blocklast unter Verwendung von reinen Lastbänken und Lastbänken mit ohmscher/reaktiver Last. Der resultierende anfängliche synchrone Spannungsabfall (Vdip1) unter Verwendung der 75 %-Last bei einem Leistungsfaktor von 0,80 führt zu einem Spannungsabfall, der etwa 25 % größer ist als bei äquivalenten rein ohmschen Lastanwendungen. Der mit der Motordrehzahl verbundene Spannungseinbruch (Vdip2) ist aufgrund des standardmäßigen V/Hz-Spannungsreglers des Herstellers in beiden Fällen ähnlich.

Beim Testen mit einer rein ohmschen Lastbank würde ein System, das empfindlich auf vorübergehende Spannungseinbrüche reagiert, nicht unbedingt einen Hinweis auf einen Stromversorgungs- oder Systemzustand liefern, der zu einem potenziellen Problem während des Betriebs führen würde. Halbleitersteuerungen und Netzteile reagieren besonders empfindlich auf Transienten und können bei Lastwechseln unerwartet abschalten, sofern sie nicht speziell durch eine spezielle Stromquelle unterstützt werden, die in der Lage ist, die mit der Blocklast der Aggregate verbundenen Spannungs- und Frequenztransienten zu bewältigen.

Beim Testen von Generatorsystemen mit mehreren Einheiten ist die Fähigkeit zur gleichmäßigen Aufteilung der Blindlasten (kVAR) entscheidend, um die maximale Nennleistung des Stromsystems zu erreichen. Wenn die Lastverteilungssteuerungen nicht richtig konfiguriert sind (z. B. Statikeinstellungen, Querstromkompensation und Mess- und Steuergerätepolaritäten), kann es sein, dass rein ohmsche Tests nicht bestimmen können, wie die Blindlast von einem einzelnen Generator akzeptiert wird. Darüber hinaus funktionieren die parallel geschalteten Schaltgeräte und Schutzrelais unter Umständen bei Anwendungen mit ohmscher Last ausreichend, die Prüfung der Blindlastbank ermöglicht jedoch eine Lastannahme und -abweisung, die die realen Bedingungen genauer simuliert (siehe Abbildung 3).

Auswahl der richtigen ohmschen/reaktiven Lastbank

Bei der Auswahl einer ohmschen/reaktiven Lastbank ist es wichtig, wichtige Merkmale zu berücksichtigen, darunter einfache Bedienung, On-Board-Diagnose, Messung, die Möglichkeit für einen Bediener, mehrere Einheiten von einem einzigen Controller aus zu steuern, und Daten-Download-Funktionen. Lastbanken, die automatisches schrittweises Laden und Dauer sowie Datenerfassungs- und Berichtsfunktionen bieten, sind hilfreich bei der Bereitstellung der notwendigen Aufzeichnungen zum Nachweis der Einhaltung der Anlagen- und Regulierungsanforderungen.

Der Anschluss von Lastbänken an eine Anlage erfordert normalerweise den vorübergehenden Anschluss der dreiphasigen Stromleiter an den Lastbus. Elektroprüf- und Lastbankvermieter können die erforderlichen Lastbänke, Transformatoren und Kabel bereitstellen, um die richtige Betriebsspannung für die zu prüfenden Geräte bereitzustellen.

Der Beweis liegt im Testen

Spezifizierende Ingenieure können und sollten reaktive Lastbanktests fördern, da dies die beste Möglichkeit ist, das gesamte System zu testen, um systemweite Schwachstellen während der Inbetriebnahme und in regelmäßigen Testintervallen zu identifizieren, um die Vorschriften der Regulierungsbehörden einzuhalten. Ohne Testnachweis bleibt das Design hypothetisch. Das Testen von Systemen mit der richtigen Größe und Art der ohmschen/reaktiven Lastbank validiert das Design des Stromerzeugungssystems (siehe Tabelle 3).

Bei bestehenden Installationen liefert eine ordnungsgemäße reaktive Lastbankprüfung Echtzeitdaten und sachliche Beweise für Zuverlässigkeit, Funktionalität und Kapazitätsreduzierung aufgrund veralteter Geräte. Darüber hinaus bietet das Testen einer reaktiven Lastbank eine im besten Fall simulierte reale Bedingung, bei der Spannungsabfall, thermische Erwärmung, Oberschwingungen und Effizienz effektiver analysiert werden können als nur mit einer ohmschen Last.

Vollständige Systemintegrationstests kritischer Systeme während der Inbetriebnahme schaffen eine genaue Grundlage für die laufende Betriebsleistung und sind ein wertvolles Instrument, um ein höheres Maß an Vertrauen in das Notstromsystem zu schaffen.

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