Tìm hiểu về cấu tạo nguyên lý hoạt động
Máy phát điện chạy dầu hay còn gọi là máy phát điện công nghiệp có công suất từ 5-4.000 kVA. Có vai trò quan trọng trong việc duy trì nguồn diện phục vụ sản xuất kinh doanh cho các công trình.
Trong bài viết này, AKS sẽ giúp bạn hiểu về nguyên lý hoạt động, thành phần cấu tạo cơ bản, và ứng dụng của máy phát điện chạy dầu diesel.
1. Nguyên lý hoạt động của máy phát điện chạy dầu
Máy phát điện chạy dầu diesel là một thiết bị sản xuất ra điện. Giống như nhà máy điện, nó cho phép người dùng sản xuất ra điện tại chỗ. Máy phát điện diesel gồm hai thành phần chính là động cơ diesel và đầu phát.
Về nguyên lý hoạt động, khi động cơ diesel hoạt động sẽ đốt cháy nhiên liệu (dầu diesel) để tạo ra chuyển động quay – một dạng cơ năng. Đầu phát được liên kết với động cơ thông qua mặt bích để tiếp nhận mô men quay sẽ chuyển hóa thành điện năng nhờ tính chất của cảm ứng điện từ.
Tại Việt Nam, máy phát điện chạy dầu có thể lắp ráp trong nước hoặc nhập khẩu đồng bộ. Máy được tích hợp bộ điều khiển thông minh, dễ dàng trong vận hành và có tính năng bảo vệ an toàn.
>>>>>Xem thêm: Thu mua máy phát điện cũ TPHCM
2. Thành phần cấu tạo của máy phát điện chạy dầu
Ở phần trên, chúng ta đã biết máy phát điện gồm 2 phần chính là động cơ và đầu phát. Động cơ tạo ra cơ năng, và đầu phát chuyển hóa cơ năng thành điện năng – là điện chúng ta sử dụng trong sản xuất và sinh hoạt.
Ngoài ra động cơ và đầu phát còn có thêm các bộ phận khác để tạo nên một tổ máy phát điện hoàn chỉnh:
– Bộ điều khiển: Để khởi động/tắt máy và giám sát máy trong quá trình vận hành;
– Hệ thống nhiên liệu: Cung cấp nhiên liệu cho động cơ hoạt động;
– Khung đế (sắt-xi);
– Vỏ chống ồn: Bảo vệ máy và giảm tiếng ồn.
>>>>Đọc thêm: Cho thuê máy phát điện TPHCM
2.1. Động cơ diesel cho máy phát điện
Động cơ được ví như “linh hồn” và chiếm tới 70% giá trị trong một tổ máy phát điện. Động cơ có tác dụng chuyển hóa năng lượng từ dầu diesel (đốt cháy cùng với khí) tạo ra chuyển động quay và truyền mô men quay sang đầu phát để phát ra điện.
Máy phát điện chạy dầu hiện nay đều dùng động cơ diesel 4 thì, có tubor tăng áp cho khí nạp. Tùy theo công suất máy, động cơ thể sử dụng từ 3 tới 20 xi lanh (với dung tích từ 1 đến 100 lít). Các xi lanh được bố trí theo hai kiểu: Kiểu thẳng hàng (chữ L – line) với động cơ 3 – 6 xi lanh, kiểu chữ V (đối xứng) với động cơ từ 8 – 20 xi lanh.
Động cơ diesel cho máy phát điện được sản xuất bởi các hãng như: Cummins (USA), Doosan (Hàn Quốc), Mitsubishi (Nhật Bản), Perkins (UK), Volvo (Thụy Điển), MTU (Đức)… Các hãng này sản xuất động cơ hoàn thiện (đồng bộ gồm cả két nước và hệ thống lọc) cung cấp cho các công ty lắp ráp máy phát điện (cùng với đầu phát và bộ điều khiển) để tổ hợp thành một tổ máy hoàn chỉnh bán ra thị trường.
Về cơ bản, động cơ diesel của các hãng có cách thức hoạt động giống nhau, dựa trên nguyên lý của động cơ đốt trong. Điểm khác biệt nằm ở các thiết bị điện tử được tích hợp thêm như: Bộ điều tốc bằng điện tử, phun nhiên liệu bằng điện tử thông qua ECU (một dạng hộp đen).
Do thời điểm và lưu lượng nhiên liệu được tính toán chính xác thông qua hộp đen nên động cơ trang bị ECU sẽ vào tải êm và tiết kiệm nhiên liệu hơn động cơ điều khiển phun nhiên liệu bằng cơ khí thông thường. Động cơ dùng ECU có giá thành cao hơn động cơ thường.
>>>>>Xem thêm: Cho thuê máy phát điện Bình Dương
2.2. Đầu phát điện
Đầu phát có vai trò biến đổi năng lượng từ động năng thành điện năng. Quá trình biến đổi này dựa trên tính chất cảm ứng điện từ, hiện tượng vật lý mà từ trường biến thiên tạo ra dòng diện.
Trong một tổ máy phát điện, đầu phát là thành phần quan trọng thứ hai sau động cơ. Nếu động cơ là ”linh hồn” thì đầu phát là bộ phận quyết định chất lượng điện đầu ra của tổ máy.
Máy phát diesel hiện nay thường sử dụng đầu phát tự động kích từ không chổi than, tự động điều chỉnh điện áp. Các hãng đầu phát nổi tiếng như Stamford (UK), Leroy Somer (Pháp), Mecc Alte (Italia)… đều cho ra điện áp với độ ổn định ± 1%. Nhờ sai số ít mà giúp các các thiết bị tiêu thụ được vận hành an toàn
2.3. Bộ điều khiển máy phát điện
Phần lớn các dòng máy phát điện diesel hiện nay đều được tích hợp bộ điều khiển thông minh, giúp người dùng dễ dàng khởi động/tắt máy, quan sát các thông số trong quá trình vận hành hay cài đặt các tính năng an toàn.
>>>>>Tham khảo thêm: Máy phát điện Nhật bãi
Bộ điều khiển thông minh có 3 chức năng chính:
– Hiển thị các thông số vận hành: Điện áp, tần số, dòng điện, mức nhiên liệu, áp suất dầu bôi trơn, nhiệt độ nước làm mát, số giờ vận hành …;
– Cảnh báo: Khi các thông số chạm ngưỡng cảnh báo, bộ điều khiển sẽ phát ra tín hiệu còi đèn để người vận hành nắm bắt thông tin và khắc phục;
– Bảo vệ an toàn: Khi các thông số vượt quá ngưỡng cảnh báo (VD: Khi nhiệt độ nước làm mát quá cao, áp suất dầu bôi trơn quá thấp, quá tải, quá dòng …), bộ điều khiển sẽ ra lệnh dừng máy. Đây cũng là tính năng quan trọng mà hãng Deepsea đem lại cho khách hàng thông qua việc bảo vệ thiết bị.
Hai chế độ vận hành: Bộ điều khiển thông minh cho phép người dùng có thể cài đặt hai chế độ vận hành: Chế độ vận hành bằng tay (manual) hoặc chế độ vận hành tự động (auto). Với chế độ manual, khi mất điện người dùng cần khởi động trực tiếp; Với chế độ auto, khi mất điện, bộ điều khiển sẽ tự động ra tín hiệu khởi động máy phát.
Hãng sản xuất: Các thương hiệu bộ điều khiển được dùng phổ biến trong máy phát điện chạy dầu gồm: Deepsea (UK), ComAp (Czech), Deif (Đan Mạch) … Ngoài ra một số hãng máy phát điện sản xuất bộ điều khiển riêng độc quyền theo thương hiệu như Power Comand của Cummins Power Generator, Power Wizard của FG Wilson…
2.4. Hệ thống nhiên liệu cho máy phát điện chạy dầu
Hệ thống nhiên liệu có vai trò cung cấp dầu diesel cho máy hoạt động. Với máy công suất từ 750 kVA trở xuống thường sẽ có bồn dầu đi kèm. Bồn nằm trong khung đế máy với dung tích đủ cho máy vận hành trong 8 giờ liên tục. Bồn dầu đáy sẽ được kết nối với động cơ theo đường ống độc lập là đường hút và đường hồi.
Những máy có công suất lớn hơn sẽ dùng bồn dầu ngoài với dung tích tối thiểu đủ cho 8 giờ hoạt động liên tục. Tùy theo yêu cầu vận hành của công trình, bồn dầu ngoài có thể có dung tích lên tới 24 giờ.
Ngoài việc đảm bảo nhiên liệu cho máy hoạt động, hệ thống này còn được thiết kế và thi công nhằm đảm bảo yêu cầu về phòng cháy chữa cháy cho từng công trình.
2.5. Khung đế máy phát điện chạy dầu
Khung đế hay còn gọi là sắt-xi máy là phần chịu toàn bộ tải trọng của máy. Động cơ và đầu phát liên kết trực tiếp với sắt-xi qua các ”bát” cao su giảm chấn. Giống như phần móng của ngôi nhà, sắt-xi to khỏe vững chãi sẽ giúp máy chạy đầm và ít rung lắc.
Khung đế máy thường được làm từ thép dập với chiều dày tối thiểu 6 mm, đảm bảo độ cứng và vững để thiết bị không bị biến dạng khi di chuyển. Ngoài ra sắt-xi được thiết có lỗ xỏ càng xe nâng để tiện cho việc vận chuyển.
2.6. Vỏ chống ồn máy phát điện chạy dầu
Vỏ chống ồn có tác dụng: Bảo vệ máy trước những tác động của thời tiết (mưa, nắng …); Giảm độ ồn khi vận hành và cuối cùng nhờ cánh cửa trang bị khóa an toàn nên giúp máy tránh được phá hoại từ kẻ xấu
Vỏ chống ồn máy phát điện diesel được làm từ thép tấm dày tối thiểu 2 mm. Vỏ được sơn tĩnh điện mặt trong và ngoài, đủ điều kiện hoạt động ngoài trời. Vật liệu tiêu âm được làm từ mút tiêu âm chuyên dụng hoặc bông thủy tinh ốp vào mặt trong của vỏ máy.
Với máy phát điện từ 300 kVA trở xuống thường dùng vỏ nhập khẩu nguyên chiếc đồng bộ theo máy. Với các máy công suất lớn, có thể dùng vỏ tiêu âm nhập khẩu hoặc loại sản xuất tại Việt Nam để tiết kiệm chi phí (công suất máy từ 1000 kVA trở lên, vỏ sản xuất tại Việt Nam có giá chỉ bằng ½ so với vỏ nhập khẩu).
Ở khoảng cách 7 m, độ ồn của máy phát điện được trang bị vỏ dao động từ 65 đến 80 dB tùy theo công suất máy và loại vỏ.
Một số công trình sử dụng máy công suất lớn từ 1000 kVA trở lên có thể lựa chọn phương án dùng vỏ dạng container. Máy được đặt hoàn toàn trong vỏ, bao gồm cả bồn dầu. Phương án này chi phí khá cao, nhưng bù lại đạt tuổi thọ tối đa do sản xuất theo đúng tiêu chuẩn vỏ container trong vận tải biển quốc tế.
3. Các chế độ vận hành (thời gian khác thác) của máy phát điện chạy dầu
Đối với máy phát điện công nghiệp chạy dầu diesel của Cummins, Doosan, Mitsubishi, và Isuzu… do HQC cung cấp được phép khai thác theo 3 chế độ dưới đây.
Để mô tả rõ hơn về 3 chế độ này,AKS sẽ lấy ví dụ máy phát điện Cummins China, model C1100D5, công suất liên tục (prime) là 1000 kVA, công suất dự phòng (standby) là 1100 kVA:
Vận hành ở chế độ dài hạn (continuous): Là chế độ vận hành không giới hạn số giờ chạy mỗi năm.
Điều kiện của chế độ này: Trong khoảng thời gian 24 giờ, mức tải trung bình không vượt quá 70% công suất liên tục (prime). Với máy C1100D5 ở trên công suất dài hạn là 1000*70% = 700 kVA. Không giới hạn thời gian.
Vận hành ở chế độ liên tục (prime): Là chế độ chạy 100% công suất. Prime giới hạn mỗi năm chỉ được chạy 500 giờ. Do vậy, với máy C1100D5, công suất liên tục là 1000*100% = 1000 kVA. Mỗi năm C1100D5 chỉ được chạy ở mức công suất 1000 kVA không quá 500 giờ (cộng gộp).
Vận hành ở chế độ phòng (standby):Standby là chế độ chạy dự phòng 110% công suất liên tục (prime), hay còn gọi là chạy quá tải. Điều kiện vận hành ở chế độ này là sau mỗi 12 giờ chạy máy, thì được chạy standby trong vòng 1 giờ. Do vậy, với máy C1100D5 ở trên công suất quá tải là 1000*110% = 1100 kVA. Mỗi năm C1100D5 chỉ được chạy ở công suất 1100 kVA không quá 25 giờ (cộng gộp).
4. Các thông số cơ bản của máy phát điện chạy dầu
4.1. Công suất
Công suất máy phát điện thường dùng đơn vị tính là kVA (kilo-volt-ampe). Nó thể hiện tổng lượng điện mà máy phát điện sản sinh ra, giá trị kVA càng cao thì máy có công suất càng lớn.
Máy phát điện chạy dầu có công suất phổ biến từ 5 kVA đến 3.000 kVA. Giá trị của một tổ máy được quyết định bởi công suất mà nó sản sinh ra. Công suất càng lớn giá trị càng cao.
Công suất liên tục (prime power) là công suất đại diện cho một tổ máy phát điện. Khi chúng ta nói với nhau ”máy phát điện 500 kVA”, thì 500 kVA được hiểu là công suất liên tục (prime). Nó cũng là công suất tối đa thông thường dùng trong vận hành. (Xem thêm về chế độ vận hành ở phần 3)
Công suất dự phòng (standby power): là công suất cực đại của một tổ máy phát điện hay còn gọi là công suất quá tải. Thường công suất standby bằng 110% công suất liên tục. Stanby chỉ được dùng trong các trường hợp khẩn cấp cần tăng tải. (Xem thêm về chế độ vận hành ở phần 3)
4.2. Điện áp
Thông số điện áp của máy phát điện ký hiệu là V, đơn vị tính là Vôn (voltage). Với máy phát điện chạy dầu 3 pha có 2 loại điện áp, thường được ghi là 380/220 V hoặc 400/230 V.
– Điện áp pha là 380 V (hoặc 400 V) là điện áp chênh lệch giữa 2 dây pha (2 dây pha bất kỳ trong trong 3 dây).
– Điện áp dây là 220 V (hoặc 230 V). Là điện áp chênh lệch giữa một dây pha (bất kỳ) với dây trung tính.
4.3. Cường độ dòng điện
Trong máy phát điện, thông số ”cường độ dòng điện cực đại” thường được dùng để tính tiết diện của dây cáp dẫn điện. Từ công suất dự phòng (kVA) của tổ máy ta có thể tính nhanh dòng điện như sau: I(ampe) = P(kVA)*1.44 với điện áp là 400 (V), I(ampe) = P(kVA)*1.52 với điện áp là 380 (V).
4.4. Hệ số công suất
Hệ số công suất (power factor) của máy phát điện chạy dầu ký hiệu là cosφ với độ lớn bằng 0.8.
4.5. Tần số (Frequency)
Tần số máy phát điện ở Việt Nam và hầu hết các nước trên thế giới là 50 Hz. Ngoài ra còn có máy phát điện tần số 60 Hz được dùng phổ biến tại Nhật và Mỹ.
4.6. Mức tiêu hao nhiên liệu
Theo thống kê, mức tiêu hao nhiên liệu (lít/giờ) của máy phát điện chạy dầu diesel trong một giờ bằng công suất (kVA) * 0.22 đến 0.23. Trong đó 0.22 – 0.23 là suất tiêu hao trung bình của máy để phát ra công suất 1 kVA trong 1 giờ.
Mức tiêu hao nhiên liệu được thể hiện trong catalogue của mỗi tổ máy ở các mức tải 50%, 75%, 100% và 110% công suất.
Ví dụ, với một tổ máy phát điện công suất liên tục 1000 kVA. Khi đó mức tiêu thụ nhiên liệu như sau:
– Chế độ 50% tải: 100 – 115 lít/giờ
– Chế độ 75% tải: 165 – 172,5 lít/giờ
– Chế độ 100% tải: 220 – 230 lít/giờ
– Chế độ 110% tải: 242 – 253 lít/giờ
đọc thêm : cho thuê máy phát điện Bình Dương
5. Ứng dụng của máy phát điện chạy dầu.
Máy phát điện chạy dầu diesel có công suất từ 5 – 3.000 kVA được ứng dụng rộng rãi sản xuất, kinh doanh và sinh hoạt.
5.1. Máy phát điện cho các nhà máy công nghiệp.
Hầu hết các nhà máy công nghiệp cần máy phát dự phòng trong các trường hợp mất điện lưới để duy trì hoạt động sản xuất và phòng chống cháy nổ. Tuy nhiên, một số nhà máy sau đây việc trang bị máy phát điện là gần như bắt buộc:
– Các nhà máy sản xuất linh kiện điện tử – là đối tác của các công ty lớn như Samsung, Apple,… họ cần máy phát điện để đảm bảo tiến độ trong sản xuất và cấp hàng.
– Các nhà máy chế biến thực phẩm, sữa, thức ăn gia súc, sản xuất thép… cần máy phát điện để duy trì nguồn điện liên tục tránh sản phẩm bị hỏng khi đang sản xuất. Ví dụ, trong các nhà máy sữa, nếu mất điện đột ngột, nếu không có máy phát dự phòng sẽ khiến sản phẩm mất bảo quản và hư hỏng.
– Các nhà máy dược phẩm cần duy trì nhiệt độ ổn định cho các phòng lạnh bảo quản thuốc cũng cần trang bị máy phát để đảm bảo nguồn điện liên tục.
5.2. Máy phát điện cho các bệnh viện, trung tâm dữ liệu
Bệnh viện và trung tâm dữ liệu là các nơi cần duy trì nguồn điện liên tục và không được phép gián đoạn. Khi đó cần thêm cả thiết bị lưu điện UPS để duy trì nguồn điện chờ máy phát khởi động (thời gian máy phát khởi động và cấp điện khoảng 20 – 30 giây).
Với các trung tâm dữ liệu (data center) thì bắt buộc nguồn điện phải duy trì liên tục. Neeus mất điện, toàn bộ hệ thống thông tin bị tê liệt, mất dữ liệu, thiệt hại sẽ vô cùng lớn. Do vậy, ngoài nguồn điện lưới các data center còn cần thêm UPS và một hoặc hai nguồn điện dự phòng từ máy phát.
Trong các bệnh viện, nếu mất điện đột ngột không có thể gây thiệt hại về cả người và tài sản. Các bệnh nhân thở oxi, lọc máu, hoặc đang phẫu thuật cần nguồn điện phục vụ thiết bị.
5.3. Máy phát điện chạy dầu cho trang trại chăn nuôi
Các trang trại chăn nuôi tập trung cũng là công trình bắt buộc phải dùng máy phát điện. Phần lớn các trang trại thường nằm sâu trong rừng, đường truyền tải xa, dễ bị sự cố hoặc sụt áp, không ổn định.
Trang trại nuôi tập trung cần duy trì nguồn điện liên lục cho hệ thống quạt gió làm mát, đồng thời cấp oxi cho gia súc, gia cầm. Nếu nguồn điện bị gián đoạn từ 30 phút trở lên, chuồng nuôi bị tăng nhiệt độ và thiếu oxi, vật nuôi sẽ bị chết ngạt.
5.4. Máy phát điện cho tòa nhà cao tầng: chung cư, khách sạn, tòa nhà văn phòng
Theo QCVN 06:2021/BXD quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về an toàn phòng cháy chữa cháy (PCCC) cho nhà và công trình, tòa nhà có nhiều cao PCCC từ 28 m trở lên phải được trang bị máy phát điện dự phòng với công suất tối thiểu đảm bảo hoạt động của mạng điện ưu tiên gồm: Điện cho bơm nước sinh hoạt, bơm nước chữa cháy, hệ thống báo cháy tự động, hệ thống bảo vệ chống khói, thang máy chữa cháy, chiếu sáng công cộng, thiết bị báo cháy, camera quan sát, thông báo cháy và điều khiển thoát nạn và các phụ tải khác theo quy định của tiêu chuẩn thiết kế hiện hành.
Với các chung cư cao cấp, tòa nhà văn phòng hay khách sạn, máy phát điện ngoài đảm bảo phục vụ PCCC, cần duy trì trạng thái sinh hoạt, làm việc bình thường như có điện lưới. Do vậy, cần trang bị hệ thống máy phát điện có công suất tương đương với công suất của trạm biến áp. (Nguồn dự phong backup 100% cho nguồn điện lưới.)
Với các tòa nhà chung cư trung cấp hay giá rẻ thì công suất máy phát điện cần tối thiểu như quy định trên.
5.5. Máy phát điện cho các trạm viễn thông BTS
Trạm viễn thông hay còn gọi là trạm thu phát sóng di động (BTS – Base Transceiver Station) của các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông (Viettel, Mobiphone, Vinaphone…) luôn cần máy phát điện dự phòng để không làm gián đoạn thông tin khi xảy ra mất điện lưới.
Các trạm BTS thường dùng máy phát điện chạy dầu diesel từ 5 đến 100 kVA, hoặc lớn hơn tùy vào công suất trạm (hay tổng trạm). Ở các tỉnh miền núi như Tây Bắc, một số trạm BTS chưa có điện lưới, máy cần vận hành 24/7 để phát điện cho trạm.
5.6. Máy phát điện chạy dầu cho các công trình khác
– Hệ thống kho lạnh, siêu thị, trung tâm thương mại… những nơi cần trang bị máy phát điện để duy trì nhiệt độ ổn định cho bảo quản thực phẩm.
– Các công trường đang thi công cần trang bị máy phát điện dự phòng để đảm bảo tiến độ triển khai.
– Các công trình khai thác dầu ngoài khơi, các hầm mỏ khai thác than, khoáng sản.. cần nguồn điện dự phòng hoặc thay thế cho điện lưới để phục vụ khai thác.
