大楼紧急发电设备设置之主要目的不外是大楼遇到停电时，能对防灾设备提供紧急救灾电力，使得以有效扑灭初期火灾，确保避难逃生警报设备、避难逃生设备及消防水系统之运作，并迅速恢复大楼重要负载供电，使大楼监控安全系统尽快恢复其功能，以保障大楼居住人之安全与权益。 　　
　 大楼紧急发电设备设置之发电机为上述遇到事故或灾害时紧急停电时使用。发电具有直流与交流二种，一般采用交流。为了防灾电源及资讯传输电源通信设备等需求，在紧急时期必须确保最低需量之电力，在紧急时期必须确保最低需量之电力，通常称为预备电源或紧急电源。紧急电源依法令规定包括紧急电源专用受电设备、自备发电机设备及蓄电池设备，按建筑物用途、规模、防灾设备之种类，其设置之种类、容量、设置场所、构造上之基准有相关之规定。
　　本文针对其中构造上比较复难而常用之大楼用紧急发电设备之规划设计及维护之实务进行介绍与探讨。

发电设备之种类

大楼紧急用发电设备之原动机须具备之特性包括启动性佳、动作确实且可靠性高、机组自动化容易、运转及维护简单及高效率。内燃引擎设计有柴油引擎、瓦斯引擎、汽油引擎及气涡轮机四种。其中柴油引擎具有许多优点，诸如使用容易、启动确实、设备费用低、燃料处理容易、可达到高效率运转，因此大楼紧急发电设备多数采用之一。惟亦有些缺点，包括噪声大、振动大、水汽式即需多量冷却水等，致近年来在国外被渐点优势之气涡轮机所取代，由于气涡轮机具小型轻量，不需要冷却水等长处，但是亦有其缺点，例如换气量多、效率差等。
　　 ●引擎种类
　　 包括柴油、汽油、气涡轮及瓦斯等四种，其用法如下：
　　 （1） 起动：
　　 空气起动（压缩），电动机（Self motor）以手动或自动方式（20秒~30秒）。
　　 （2） 冷却：
　　 水冷式（大型）及自冷式（小型），25~30HP程度。
　　 （3） 预备电源：
　　 电灯负载之1/2，动力负载之1/2，（变压器容量之25~30%）。供给给排水泵、污水与扬水泵、消防泵、电梯（1~2台）及其他紧急用设备之用电。
　　 （4） 设置方式：
　　 固定式常用发电设备，固定式紧急用发电设备及移动式发电设备。
　　 ●柴油引擎
　　 起动方式有二种，小型引擎之起动方式是事先充电蓄电池，起动时运转自备马达（Self-motor），将引擎发动，而大型者以辅助空气压缩机将压缩之空气自动送至空气槽，起动时将空气阀启开予以发动之方式。遇到停电时自动在45秒至1分钟后执行运转或手动操作，进行起动运转之二种方法。
　　 ● 发电机电压
　　 （1） 高压用（3.3kV或6.6kV）
　　 （2） 低压用（220V、420V、其他）

设施、装置与系统

　● 燃料系统
　　 柴油引擎之燃料以柴油及A重油使用为主，惟为了防止大气污染，如锅炉燃料采用煤油 场合愈来愈多，而基于主燃料油槽共同柴油引擎亦使用煤油，改烧煤油之际，须注意煤油润滑性较低，因此，必须采取燃料喷射油泵改善对策，或视其实际需要添加机油（spindle oil）混合使用。至于气涡轮引擎之燃料一般采用煤油、柴油及A重油等液体燃料。
　　 燃料之储存依日本消防法，对于储存场所、构造及油槽容量均有严格规定，参见表1。
　　 ● 引进冷却系统
　 引擎冷却方式以气冷式、水冷散热器式、水冷放流式、水冷水槽循环式及水冷冷却水塔式为主。
　　 水冷散热器式用于小型引擎或用水不便之处，比其他水冷方式之系统结构简单。
　　 冷却水槽之水量W（m3）以下式求之：
　 此处；
　　 H：运转时间 P：原动机出力（PS） q：冷却水放热量（kcal/ps·h） C：水之比热 t1：起动时之冷却水水温（℃） t2：引擎出口之冷却水容许水湿（℃）
　　 ● 换气系统
　　 紧急发电设备之换气方式有自然换气方式与强制换气方式二种，强制换气方式之电力须 由自备发电回路供应。
　　 换气量由引擎燃烧所需空气量及抑制室温上升必需之空气量决定之一。
　　 ● 排气系统
　　 原动机之排气经由消音器、排气管、烟道排放至室外，柴油引擎排气量约10~15 （m3/ps·h），排气通常有二种方式，即排放至锅炉烟窗内或烟道引至屋顶方式。
　　 ● 保护方式
　　 发电设备发生故障时，除了显示警报外，视其严重性启断断路器，将原动机停止予以保 护，详如表2所示。
　　 ● 起动方式
　　 引擎之起动方式可分为压缩空气起动方式与自备马达起动之电气起动方式。至于柴油引 擎是采用空气起动方式，事先将空气压缩机压缩之空气储存于空气槽中，当起动时将这些空气经过分配阀及起动阀轮送至气缸内，将引擎发动之方式；或用空气马达（air-motor）进行旋转运动，将引擎予以发动等二种方法。电气起动方式由蓄电池之电力驱动自备马达，自备马达之小齿轮（pinion）与引擎之飞轮附属齿轮咬合传导转矩以起动引擎方式。至于气涡轮机先以空气或电气起动方式将气轮机轴旋转，使得空气经过压缩机、空气加热器至燃烧室。当回转速度达到设定值以上时，将燃烧喷射将入燃烧室，以点火塞予以点火完成运转程序。
　　 空气起动方式使用于中、高速度直接喷射式柴油引擎之起动方式，而电气起动方式则多采用于高速柴油引擎。

发电机室

　发电机室之位置选择时必须考虑下列条件： 靠近发电室或分电盘室：
　　 1） 不致形成高温多湿之环境
　　 2） 机器之搬运方便容易
　　 3） 产生之噪音及振动不致于造成附近太大的影响
　　 4） 室内之换气容易
　　 5） 冷却水获得容易 至于发电机室内之机器配置必须考虑下列因素：
　　 6） 法令上规定应保留之距离是否符合。应保留距离参见表3。
　　 ● 发电机室之面积计算
　　 B：发电机室之必要面积（m2） β：面积系数（参见表4） P：引擎之轴马力（P.S.）
　　 ● 发电机室之基础
　　 发电机之基础必须能够承受引擎运转产生动态荷重之强度，以及运转引起之振动，不致 影响到建筑物。
　　 发电机之基础分为独立基础与利用建筑物之地中栋之基础二种。大楼内设置发电设备时，多数采用后者之方式。这个方式必须采取妥适之防振措施，即发电机与原动机连结而成之共同台架下面必须用橡胶垫或弹簧插装于基础之间，以防止振动之传导。
　　 ● 容量计算
　　 发电设备容量计算之间，为了了解负载之特性、发电机及原动机之特性，必须检讨下列 项目。针对发电机之正常负载容量所需之输出PG1，容许电压降条件下之输出PG2，过电流承受量为条件之输出PG3及容许逆向电流下之输出PG4等予以分别算出后，依其最大值决定之。
　　 1） 正常运转负载容量之输出PG1
　　 发电机正常运转时之负载电流，使得发电机电枢线圈发热而受限制之容量称之。发电 机之负载中若有些属于单相负载时，一般容易形成不平衡，致发电机各相之电流值有差异，必须予以列入考虑。
　　 此处，P1、P2、P3：各相之负载容量（kVA） 设P1 P2 P3时，合计负载容量P为 P=P1+P2+P3（kVA）
　　 当负载平衡时，P1=P2=P3，而（2）式即成为：PG1=P
　　 2） 容许电压降条件下之输出PG2 PG2系发电机在起动阶段流通慝甚大的起动电流时，由于内部阻抗产生瞬间电压降， 基于容许值所决定的输出容量，通常电动机之瞬间容许电压降约30%，干线及分支配线为10%条件下，发电机端即容许20%的电压降。基此，求其容量即
　　 PG2=Pas2×（1/Vd-1）×X'd[kVA]…………（3）
　　 此处；
　　 Pas2：瞬间最大起动容量[kVA]
　　 Vd：容许电压降率（原则上取0.2）
　　 X'd：暂态感抗与次暂态感抗之平均值（标准0.25）
　　 Pas2因电动机之起动方式，电动机种类及容量而异。
　　 3） 过电流承受力为条件之输出PG3
　　 PG3是考虑承担负载大的起动电流下，发电机须在短时间实施过载运转，基于该容许 量决定之输出。

   此处，
　　 Pes3：短时间最大起动电力[kw]
　　 Peb3：Pes3负载承担下起动时之基载[kVA] ：原动机之短时间最大输出（原则上采 =1.1） ● 机器配置之注意事项
　　 发电机室决定配置时，必须注意下列事项：
　　 1） 柴油引擎发电机之基础位置选择在与建筑物基础无关之地点。
　　 2） 各种辅机之配置宜考量各种配管愈短、变曲愈少之位置，且将各种辅机尽可能予以 集中配置。
　　 3） 冷却水槽、燃料槽设在从外面给油给水方便之位置。
　　 4） 柴油引擎及发电机周围，必须保留一些器材搬运、分解检修及人员通行所需空间。
　　 5） 配电盘宜设在发电机端子引出口附近，柴油引擎操作时容易看见仪器盘之位置。
　　 6） 配管坑与配线沟避免交叉，如须使用同一坑沟宜分隔使用。
　　 7） 配电盘周围宜保留适当空间供门扇开关及维护点检使用。
　　 ● 运转方式与起动时间
　　 1） 自动起动系接收停电检知信号（参见图1及图2），确认后自动将原动机起动，电压 建立后，主断路器投入，或电压建立后信号送出以供监控之用。停电后起算，主断路器投入或电压建立信号后之时刻，至负载切换装置之切换操作完成等一连串程序所需时间，如属即时型系统，应在10秒以内完成。其他型式系统即须40秒以内执行完毕。切换装置倘若配置于受电设备内时，必须依程序逐一切换时，宜事先与制造厂商研议，设计合适的系统，以利紧急供电重要负载。
　　 紧急发电设备当商用电源停电时，为了自动由常用电源切换至紧急电源，必须配备起动信号检出器，目前常用低电压电驿UV（Under Voltage Relay）。通常紧急发电设备若属于高压之发电机时，均设于高压侧之常用电源回路；而低压型发电机时，均装在常用电源回路内，参见图1及图2。
　　 电气式起动装置，必须具备蓄电池与自备起动马达间配线电阻值及蓄电池容量，得反复起5次为原则。至于空气式起动装置之必备条件为空气槽至原动机之配管，能够使原动机起动5次以上不致于发生任何异状。
　　 机组在全载连续运转中，为了确保原动机运转所需空气量，发电机室内或装甲箱装设抽象气装置，以保持其吸气口部份之温度在40℃以下，以利机组之正常运转。

柴油发电机设备之特性

● 柴油引擎之回转速度特性，依照发电机设计为基准，除非特别另行指定外，通常采用下 列原则。惟额定回转速度订为100%速度为准。
　　 1） 启断额定负载时之回转速度变动率，在暂态状况为15%以内，平常状态为5%以内为 原则，调整至稳定所需时间为8秒以下。
　　 2） 额定负载投入时之回转速度变动率，在暂态状况为10秒以内，平常状态为5%以内， 而调整至稳定所需时间为8秒以下。 至于无法实施额定负载投入之增压机，除了特别指定外，投入负载率如表7所示。

维护与点检

  ● 柴油发电机组之维护与点检周期或组件整修及耐用时间随厂家及机型而有些差异，本文概略将中小型机组之各类定期点检及维护予与介绍。
　　 机组经过长时间运转，随着运转时间之累积，而发生初步故障、偶发故障及磨耗故障，这些阶段性故障虽然没有明显分界，但却不易捉摸，透过周期维护点检，可看出端倪，随着与特定机组接触中，即不难了解其故障转型期，以利全程掌握，进行适切维护，得以防范事故于未然。
　　 1）初期故障
　　 机组建造竣工运转初期发生之故障，其多数性于商品诞生隐藏于内部潜在缺陷或不良因素为起因，经过实际运转中细心诊断，并透过组配件及设备之改良与改修，逐年减低故障率，渐渐迈入稳定运转时期。
　　 2） 发故障
　　 制品在最为安定之时期所发生之故障，由于偶尔产生之过大应力等影响为导因，机组之 异常随机发生之症状，依照状态监视及定期点检，可达成某些程度之防范。
　　 3） 磨耗故障
　　 常因运转年久，构成组配件材料之本体寿命，引起磨耗劣化，导致故障发生，经由周详 计划实施定期点检，整修维护，适时更换关键性零件，得以抑低故障率至最低。除此之外，对已近时限之机组宜进行设备之老旧状态评估，供机组寿命延长化或更新实施计划研拟参考，并尽早付诸实行，以确保大楼紧急供电之需求，可达成业主及居住人赋予使命。

结束语

近年来建筑物向于深层化、高层化及大规模化，且随着资讯科技IT时代之来临，更加高功能化，致大楼之使用内容亦形成功能多样化。
　 2001年6月10日报载台汽车中仑站开关多功能用途大楼，首件民间投资开发车站，将设商场、旅馆及八个长途巴士转运站，与建为地下五楼、地上十五楼大型建筑物。除此之外，正在与建中之台北信义区之金融中心大楼，将于一二年开始营运，以及台湾高铁公司正在大兴土木建造之除了台北以外九个车站，信义大楼已在2000年5月10启用。 如此庞大、复杂、智慧型、科技大楼，一旦电力跳脱，整楼功能顿失，运作全停，几乎瘫痪。为了挽救危机，紧急发电系统及时起动给补供电，让大楼电源于极短时间恢复正常，使得大楼运作恢复如初。
　 于此，大楼用紧急电发系统，从机组选择、规划、设计、施工过程将决定系统先天性优劣特质，如果启用后又能勤于执行维护计划，如此必然直接影响机组之功能，发挥应有功效，达成大家所期待之紧急供电之重大任务。