cuaderno técnico nº 196 producción de energía eléctrica integrada

Cuaderno Técnico nº 196

Producción de energía eléctricaintegrada en emplazamientosindustriales y edificios comerciales

Terence HAZEL

Cuaderno Técnico Schneider n° 196 / p. 2

La Biblioteca Técnica constituye una colección de títulos que recogen las novedades electrotécnicasy electrónicas. Están destinados a Ingenieros y Técnicos que precisen una información específica omás amplia, que complemente la de los catálogos, guías de producto o noticias técnicas.

Estos documentos ayudan a conocer mejor los fenómenos que se presentan en las instalaciones, lossistemas y equipos eléctricos. Cada uno trata en profundidad un tema concreto del campo de lasredes eléctricas, protecciones, control y mando y de los automatismos industriales.

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La reproducción total o parcial de este Cuaderno Técnico está autorizada haciendo la mención obligatoria:«Reproducción del Cuaderno Técnico nº 196 de Schneider Electric».

Cuaderno Técnico n o 196

Terence HAZELIngeniero diplomado en 1970 por la Universidad deManitoba, Canadá, trabajó durante un año en Perth,Australia, como ingeniero de coordinación de energíay después en Francfort, Alemania, como consultor,antes de incorporarse a Merlin Gerin en 1980.

Después de haber sido durante 15 años responsablede los equipos técnicos de numerosos proyectos enel campo de la distribución eléctrica y el control deprocesos industriales, está actualmente en la secciónde estudios de ofertas del Departamento deProyectos Industriales, lo que implica frecuentesencuentros con los clientes para los estudiospreliminares de diseño y elección de los diversossistemas de distribución.

Como miembro activo del IEEE, redacta artículos yparticipa en conferencias sobre la distribución de laenergía eléctrica en la industria.

Trad.: J.M. Giró

Original francés: junio 2000

Versión española: febrero 2001

Producción de energía eléctricaintegrada en emplazamientosindustriales y edificios comerciales


Terminología

Arranque autónomo:Capacidad de un grupo electrógeno de arrancarsin alimentación eléctrica externa.

Curva de carga:Curva de la corriente en función del tiempo, quemuestra el límite admisible antes de serperjudicial para un equipo.

Conmutador estático:Interruptor rápido, normalmente constituido porcomponentes de electrónica de potencia, quepuede conmutar una carga alimentada por unondulador o SAI sobre otra fuente de energía sinocasionar retardo ni transitorios inaceptables.

Desenganche:Desconexión voluntaria de cargas nopreferentes cuando la potencia total disponibleno es suficiente para alimentar la carga total dela explotación.

Distorsión de la onda de tensión:Diferencia entre la forma de onda de la tensiónreal y la de la onda senoidal pura, normalmenteexpresada en términos de distorsión armónicatotal:

2h

1

UTHD

U,

en donde Uh es la tensión armónica y U1 es lafundamental de la onda de tensión.

Estabilidad de red:Una red se considera estable si unaperturbación limitada a la entrada origina a lasalida una perturbación también limitada. Si unared de distribución eléctrica es estable, lasfluctuaciones de carga, los defectos, lasconexiones y desconexiones del servicio noproducirán fluctuaciones importantes de latensión o de la frecuencia.

Estatismo de la frecuencia:Variación absoluta de la frecuencia entre elrégimen estabilizado en vacío y el régimenestabilizado a plena carga; suele ser del 4%. Elaumento de la potencia suministrada provocauna bajada de la frecuencia en los gruposelectrógenos que funcionan sólo de este modo.

Puesta en servicio de un equipo:Desarrollo de ensayos y ajustes en el lugar deutilización hechos con la tensión real del equipo.Un ejemplo sería la puesta en servicio de ungrupo electrógeno.

Puesta en servicio de un sistema:Conjunto de ensayos y ajustes adicionales,hechos en el lugar de utilización de los equipos,una vez recibidos separadamente, para deasegurar el funcionamiento correcto delconjunto. Un ejemplo sería el verificar el

funcionamiento en paralelo de varios gruposelectrógenos, incluidas funciones tales como lasincronización, la desconexión de cargas nopreferentes, etc.

Razón X/R:Es la razón que expresa, para una reddeterminada, la razón de su inductancia a suresistencia. Esta razón determina la constantede tiempo de la componente continua de lacorriente de cortocircuito, que es un factorimportante para determinar el calibre de losinterruptores automáticos AT.

Regulación de velocidad isócrono:Regulación de velocidad estabilizada quepermite un margen muy pequeño de variaciónrespecto al valor de referencia.

Relé de control de sincronismo (synchro-check):Relé de verificación cuya misión es actuarcuando los vectores de dos tensiones deentrada están dentro de la tolerancia prevista.

Relé de corriente máxima manteniendo latensión:Relé de protección de corriente máxima con unaentrada de tensión que contrasta la respuestanormal de un relé en una entrada de corriente.Se utilizan los alternadores debido a que éstosproporcionan una corriente de cortocircuitomucho menor que la de una conexión a red depotencia equivalente.

Reparto de carga:Gestión centralizada y envío de órdenes deajuste para cargar adecuadamente cada grupoelectrógeno. Se trata de repartir la carga entrelos grupos en función de sus potenciasnominales.

Subestación de una unidad de proceso:Centro de Transformación (CT) que contiene elequipo de distribución eléctrica necesario parala alimentación de cargas de un factoría oexplotación industrial. Normalmente contiene laaparamenta MT, los transformadores depotencia y distribución y la aparamenta de BT.

Tensión residual:Tensión de un juego de barras después decortar la fuente de alimentación. Esta tensiónproviene de las máquinas giratorias conectadasal juego de barras.

Reserva de energía mecánica giratoria:Diferencia entre la potencia total de un conjuntode grupos electrógenos conectados a una red yla energía que suministran realmente.

Sincronoscopio:Instrumento que permite indicar si dos tensionesalternas aguas arriba y aguas abajo de uninterruptor automático tienen la mismafrecuencia y están en fase.


Producción de energía eléctrica integrada enindustrias y edificios comerciales

En las zonas industriales aisladas, los grupos electrógenos de corriente alterna seutilizan normalmente como fuente principal de energía eléctrica. Pero también seutilizan mucho, tanto en la industria como en el sector servicios, como fuente deenergía de emergencia. Este Cuaderno Técnico cita la mayor parte de lascuestiones que deben de estudiarse cuando se hace una instalación de gruposelectrógenos de corriente alterna de hasta 20 MW de potencia.

1 Tipos de grupos electrógenos p. 62 Potencia nominal p. 73 Ejemplos de aplicaciones 3.1 Grupos de emergencia p. 9

3.2 Grupos de generación o producción p. 11

4 Funcionamiento de los grupos 4.1 Arranque y parada de los grupos electrógenos p. 134.2 Funcionamiento isócrono p. 14

4.3 Funcionamiento en paralelo con la red pública p. 14

4.4 Funcionamiento en paralelo de varios grupos electrógenos p. 15

5 Esquemas de conmutación de 5.1 Conmutación automática sin corte de red p. 16alimentaciones y sincronización 5.2 Conmutación por retorno a la alimentación normal p. 16

5.3 Sincronización del interruptor del grupo de emergencia p. 16

5.4 Sincronización de los interruptores automáticos de acoplamiento p. 17de juego de barras o de entrada de red

6 Protección del grupo electrógeno 6.1 Principio general de protección p. 186.2 Protección eléctrica p. 19

6.3 Protecciones del motor p. 21

7 Conexión de grupos electrógenos 7.1 Conexión lado línea p. 22 a la red eléctrica 7.2 Conexión lado neutro p. 22

8 Desenganche p. 239 Interfaces entre el grupo y la red 9.1 Reparto usual de funciones entre el fabricante del grupo p. 24

electrógeno y el fabricante de la aparamenta eléctrica en general

9.2 Intercambios de información p. 24

9.3 Integración de grupo en el sistema de mando y control p. 25de la red eléctrica

10 Instalación y mantenimiento de 10.1 El emplazamiento p. 26los grupos electrógenos 10.2 Entrada de aire y sistema de escape p. 26

10.3 Conformidad con la reglamentación local p. 26

10.4 Herramientas especiales y piezas de recambio p. 27

11 Conclusión p. 27Bibliografía p. 28


1 Tipos de grupos electrógenos

El arrastre de grupos electrógenos utilizadospara aplicaciones industriales o del sectorterciario queda normalmente asegurado pormotores diesel, turbinas de gas o máquinas devapor. Las turbinas se utilizan principalmentepara grupos electrógenos de centrales eléctricasde producción, mientras que se prefieren losmotores diesel en la producción de energíaeléctrica de emergencia.

Los temas estudiados en este CuadernoTécnico no dependen del tipo de motor utilizado.

Por tanto, usaremos el término general de«grupo electrógeno» sin distinción del tipo demotor. La elección del motor queda determinadapor elementos tales como la disponibilidad ycondiciones de abastecimiento de un tipodeterminado de fuel; consideraciones éstas queno entran en el marco de este CuadernoTécnico. Sin embargo, debido a que lautilización de motores diesel está muyextendida, se darán con frecuencia datosespecíficos referidos a este tipo de grupos.

Fig. 1: Diferentes medios de producción local de electricidad.

Sobre esta líneas, un ejemplo de un instala-ción muy compleja de tratamiento de aceitey producción de energía eléctrica. Cuentacon dos grupos electrógenos arrastradospor una turbina de gas con una potenciaaproximada de 100 MW.(Foto GE Energy Products France S.A.)

Sin embargo, en la mayor parte de instala-ciones industriales, el objetivo principal noes la producción de la energía eléctrica. Lainstalación podrá tener uno o varios gruposelectrógenos que producirán la energíaeléctrica de emergencia necesaria y, aveces, la de consumo local. La foto de laderecha corresponde a un grupoelectrógeno diesel de 1 MW.(Foto Houvenaghe/Hennequin S.A)


2 Potencia nominal

La potencia útil de un grupo electrógeno esprobablemente el criterio más importante adefinir. La potencia obtenida de un grupoelectrógeno se deduce normalmente a la vistadel diagrama de las potencias activa/reactivarepresentado en la figura 2 .

La potencia activa que suministra un grupoelectrógeno depende del tipo de combustibleutilizado, de las condiciones del lugar, incluida latemperatura ambiente, la temperatura del fluidode refrigeración, la altitud y la humedad relativa.

Depende también de las características de lacarga, como son la posibilidad de sobrecarga ylas variaciones de carga en el tiempo. La normaISO 3046-1 indica, para motores diesel, tresvariantes para la definición de la potencianominal y concreta la definición de las diversascapacidades de sobrecarga.

Se definen, por tanto, estas nociones:

n potencia continua: el motor puede entregar el100% de su potencia nominal durante un tiempoilimitado. Es la noción utilizada para grupos deproducción,

n potencia principal (PRP): el motor puedeentregar una determinada potencia «base»durante un tiempo no limitado y el 100% de lapotencia nominal durante un tiempo limitado. Notodos los fabricantes entienden lo mismo por«potencia base». Un ejemplo típico sería una

potencia de base de un 70% de la nominal yun 100% de la carga nominal durante 500 horasal año,

n potencia de emergencia: es la potenciamáxima que la máquina puede entregar duranteun tiempo limitado, generalmente menos de 500horas al año. Esta definición no debe deaplicarse a los grupos electrógenos que trabajanexclusivamente como emergencia. Puesto queel motor no está en condiciones de entregar unapotencia superior, conviene aplicar un factor deseguridad de al menos un 10% para ladeterminación de la potencia de emergencianecesaria.

La capacidad de sobrecarga se define como lapotencia adicional de un 10% durante 1 hora enun periodo de 12 horas de funcionamiento. Si lapotencia nominal se determina por la potenciade emergencia, ya no queda margen para lasobrecarga.

La mayor parte de los fabricantes admite unasobrecarga normal respecto a la potenciacontinua y a la potencia principal, pero teniendoen cuenta las excepciones se aconseja siempreprecisar la capacidad de sobrecarga necesaria yprecisar la definición de potencia nominal. Porejemplo, un mismo grupo diesel puede quedardefinido por: una potencia continua de 1550 kW,una PRP de 1760 kW y una potencia de socorrode 1880 kW.

Fig. 2: Diagrama de las potencias activa/reactiva y sus límites de funcionamiento.

Eje de potenciaactiva

Eje de potenciareactiva

Potencia nominal del motor

Punto de funcionamientonormal: cos = 0,8

Maquina sobreexcitadaMáquina subexcitada

Límite decorriente

en el estator

Límite deestabilidad

Pn

Qn

Límite de corrientede excitación


Cuando se utiliza un grupo electrógeno comofuente principal de energía eléctrica, convienetener en cuenta los siguientes aspectos:

n capacidad para funcionar en paralelo conotros grupos y/o con la red,

n prever largos períodos de mantenimiento,

n asegurar el arranque autónomo,

n tener en cuenta la velocidad: una velocidadlenta aumenta la esperanza de vida del grupo(de ahí el límite de 750 rpm para los motoresdiesel).

Y, si el grupo se utiliza como grupo deemergencia:

n asegurar la rapidez y fiabilidad del arranque yde la conmutación de carga,

n efectuar la instalación de manera que sepuedan desconectar las cargas no preferentes(«desenganche», según la definición dada en laterminología) para evitar sobrecargas o pérdidasde sincronismo,

n permitir pruebas periódicas con carga,

n asegurar el funcionamiento en paralelo con lared si el grupo debe utilizarse para soportar lospicos de demanda,

n proporcionar, si es necesario, la corrientemagnetizante para los transformadores dedistribución.

Una aplicación frecuente de los gruposelectrógenos es alimentar los onduladores(normalmente llamados SAI o UPS) durante loscortes de la red pública. La impedanciarelativamente elevada del grupo en comparacióna la de la red puede provocar perturbaciones enla forma de la tensión debido a las corrientesarmónicas producidas por los onduladores. Losfabricantes de grupos desclasificangeneralmente sus máquinas hasta un 60% a finde asegurar una forma de tensión correctacuando han de alimentar onduladores noequipados con filtros antiarmónicos. La potencianecesaria viene dada por la fórmula:

SAI c arga bats.

SAI

P kW P kWP c argas aux.

Rendimiento

En una primera aproximación, para determinarla potencia de grupo electrógeno sin conocer lascaracterísticas detalladas del ondulador, lapotencia en kW de la carga de la batería seestimará como del 25% de la potencia en kWentregada por el ondulador. El rendimiento delondulador se puede estimar de un 90%.

Las características definitivas de un grupoelectrógeno se escogerán en función de lasexplicaciones que fijan los límites aceptables dedistorsión de la tensión y las característicasreales del ondulador, tales como su rendimientoy las corrientes armónicas.


3 Ejemplos de aplicaciones

3.1 Grupos de emergencia

El esquema de la figura 3 representa unejemplo típico de alimentación de cargaspreferentes en un edificio comercial, un pequeñoemplazamiento industrial o una alimentación desocorro de una subestación de una unidad deproceso de un emplazamiento industrialimportante.

En situación normal, tanto las cargaspreferentes como las no preferentes, sealimentan directamente de la red. Cuando seproduce un corte de red, el interruptorautomático de acoplamiento Q3 abre, el grupoelectrógeno arranca y después el interruptorautomático Q2 conecta el alternador pasando lacarga a ser alimentada por el grupo deemergencia.

Las cargas críticas no pueden soportar ningúncorte, por breve que éste sea, y se alimentan deforma continuada mediante un ondulador.

El ondulador está equipado con un interruptorestático cuya misión (de by-pass) es la deconectar la carga directamente a la alimentaciónsi aparece cualquier defecto de funcionamientoen el interior del ondulador.

Para este tipo de aplicaciones la potencia de losgrupos electrógenos está normalmente entre los250 y 800 kVA.

La ventaja de este esquema es su claridad ysimplicidad. Todas las cargas preferentes estánconectadas al mismo juego de barras que elgrupo electrógeno, lo que evita la necesidad dedesconexión y conexión. Por lo que se refiere ala autonomía del ondulador, puede ser desolamente 10 minutos, puesto que sualimentación queda garantizada por el grupoelectrógeno. Se recomienda que el ondulador yel circuito by-pass estén alimentados por elmismo juego de barras preferente.

Fig. 3: Esquema típico de una red de alimentación eléctrica de una pequeña industria.

G

Alimentaciónde socorro

Q2Q1Q3

Cargas normales Cargasde socorro

Cargas críticas

Entrada de red

~=

Interrup.estático

Ondulador

=~


Fig. 4: Ejemplo de sistemas de alimentación de emergencia en una gran instalación industrial.

GG

Cargaspreferentes

Cargaspreferentes

Cargas no preferentes

Cuadro deemergencia delCT principal

Cuadro MT de un CT secundario típico

Hacia los juegos de barraspreferentes de losCT secundarios

Cargaspreferentes

SCA

Entradas de red

33 kV

6 kV

6 kV

(SCA: Sistema de conmutación automática)


En un emplazamiento o polígono industrialimportante, es normal tener un sistema dealimentación de emergencia centralizado, comoel que se ve en la figura 4 .

El cuadro de emergencia principal suele estaralimentado directamente por la red, aunque enciertos lugares se puede alimentar desde ungrupo electrógeno que funcionepermanentemente. El cuadro de emergenciaestá diseñado de manera que permite a losgrupos electrógenos funcionar en paralelo ytambién conectarse a la red pública.

La conmutación automática de la alimentaciónhacia alimentación de emergencia se hace encada subestación. Puesto que el cuadro deemergencia está permanentemente alimentado,es posible conmutar rápidamente sin corte

de alimentación (tal como se describirá enapartado 5.1).

La utilización de una alimentación deemergencia centralizada tiene las siguientesventajas:

n menos grupos electrógenos en la instalación(normalmente es suficiente con dos),

n el sistema de emergencia permanentementealimentado permite utilizar esquemas detransferencia rápida,

n la disponibilidad de la alimentación deemergencia, incluso durante las operaciones demantenimiento de un grupo.

Los grupos electrógenos utilizados para estasinstalaciones suelen ser de 1 a 4 MW.

3.2 Grupos de generación o producción

En los emplazamientos aislados, no conectadosa la red pública, la alimentación de energíaeléctrica proviene de un cierto número degrupos electrógenos, como en el esquema deprincipio de la figura 5 . El número de grupos, n,dependerá de la potencia necesaria, perotambién de la necesidad de mantenimientoperiódico de uno de ellos, por lo que la energíanecesaria deberá poder quedar asegurada por(n -1) grupos, sin necesidad de desconexión decargas.

La potencia de los grupos electrógenos debeescogerse de manera que éstos funcionen almenos a un 50% de su carga nominal. Una tasade carga menor es perjudicial para el grupo. Porejemplo, un grupo electrógeno diesel cargado amenos del 30% girará en frío, dificultando unabuena combustión y provocando unadegradación rápida del aceite de lubricación.

Conviene examinar también las condiciones defuncionamiento con (n -2), que podría ser elcaso de avería de un grupo cuando uno de losgrupos ya está parado por mantenimiento.

El mayor factor de carga inicial que puedeutilizarse con n grupos instalados de maneraque no se necesite la desconexión de cargas noprioritarias cuando (n -2) grupos funcionan,puede deducirse de la expresión:

n 2F

n 1.

Así, por ejemplo, el factor de carga más elevadopara n = 6 será de 80%.

La instalación de interruptores automáticos deacoplamiento entre los juegos de barras facilitalas operaciones de mantenimiento.

Generalmente, durante el funcionamientonormal, todos estos interruptores automáticosestán cerrados. Los cálculos de las corrientesde cortocircuito deben hacerse siempre teniendoen cuenta n grupos electrógenos, porque debede ser posible conectar en paralelo un grupoelectrógeno de reserva antes de parar otro pormantenimiento.

Una alimentación eléctrica producida a nivellocal es normalmente mucho menos potente quela alimentación eléctrica de la red pública. Por lotanto, si se quiere mantener la estabilidad delsistema durante las condiciones de defecto, esmuy probable que sea necesario disponer de unsistema de desconexión automática de cargas odesenganche.

Para determinar la parte de la carga que hayque desenganchar es conveniente hacer unasimulación dinámica de la red en diversascondiciones de defecto, por ejemplo, en caso decortocircuito o de caída de un grupoelectrógeno. Hay que determinar de antemanocuáles son las configuraciones de explotaciónválidas. El estudio detallado del desenganche,cerrando o sin cerrar los interruptoresautomáticos de acoplamiento, aumentaría lacomplejidad, sabiendo que haría falta definircriterios específicos para cada caso. Para lamayor parte de las instalaciones, la simulacióndinámica y la definición de los criterios dedesenganche puede limitarse al caso de laconfiguración habitual.


La figura 5 muestra esquemáticamente cadagrupo electrógeno alimentando en paralelo lared industrial a través de un transformador y deun interruptor automático de conexión. En uninstante dado todos estos interruptoresautomáticos de conexión están cerrados, salvoel del grupo electrógeno en situación demantenimiento. Un esquema de este tipo tienelas siguientes ventajas:

Fig. 5: Emplazamiento industrial sin conexión a la red general. Todos los interruptores automáticos identificadoscomo «D» está normalmente cerrados.

Subestaciones

Subestación típica

G

Grupo electrógenofuera de servicio

(en mantenimiento)

Y

Transformadorde puesta a tierra

Subestaciones

Y

G G G G G

D D D D D

D D D

D D

D D D

D D

D D

D

n flexibilidad en la elección de la tensión delalternador,

n reducción de la corriente de cortocircuitomáxima en el cuadro principal,

n posibilidad de puesta a tierra del alternadormediante una impedancia elevada (lo quereduce los riesgos de perjudicar al alternador).


4 Funcionamiento de los grupos electrógenos

4.1 Arranque y parada de los grupos electrógenos

Cuando se utilizan grupos electrógenos parasuministrar la energía eléctrica en caso deemergencia, es importante tomar ciertasprecauciones para asegurar su puesta enservicio y su conexión rápida y correcta en casode necesidad.

Un ejemplo de las precauciones que hay quetener en cuenta son la lubricación y elmantenimiento de la temperatura del agua derefrigeración constante, cuando el grupo estáparado. El fabricante del grupo debe entregar oproporcionar una lista de estas precauciones yel diseño de la instalación debe de prever ladisponibilidad de todas las alimentacionesauxiliares necesarias durante los periodos en losque el grupo está parado.

El fabricante puede garantizar un tiempo dearranque de unos 15 segundos desde la ordende arranque hasta el cierre del interruptorautomático del grupo. Hay que evitar pedir alsuministrador un tiempo más corto porque estoaumenta mucho el coste del grupo sin aportaruna ganancia de tiempo apreciable. En todos loscasos las cargas críticas deben mantenersealimentadas mediante onduladores.

Para el arranque de grupos electrógenos seutilizan normalmente dos técnicas: la batería deacumuladores y el aire comprimido, usándoseesta última normalmente en grupos electrógenosde gran potencia. El sistema de arranque debede estar diseñado para poder realizar 3 intentosconsecutivos de arranque. Debe de tener unsistema de supervisión que permita unmantenimiento preventivo, evitando así el falloen el momento del arranque. El motivo másfrecuente de fallo en el arranque es el fallo de labatería. En algunos casos puede suponer unarazón para escoger el arranque por airecomprimido.

Cuando un grupo electrógeno debe de funcionaren paralelo con otra fuente de energía hará faltasincronizar el grupo (según la descripción quese dará en el apartado 5.3) y cargarloprogresivamente.

Para un grupo electrógeno que funcione solo, laconexión de la carga al grupo podrá hacerse enuno o en varios escalones. Las variaciones defrecuencia y tensión dependerán de la

importancia de las cargas conectadas en cadapaso. De hecho, a un grupo electrógeno se lepuede aplicar un 90% de su capacidad, sin quesu frecuencia varíe más de un 10% y su tensiónmás de un 15%.

Sin embargo, dependiendo el tipo de carga quehay que alimentar, se pueden citar otroscondicionantes que también afectan a lasvariaciones de frecuencia y de tensión. Sedeterminarán las características de arranque delos motores, como las corrientes de arranque yel tipo (directo o en estrella-triángulo, etc. ...).También será necesario prever más escalonesde conexión cuando las tolerancias en lafluctuación de tensión o frecuencia seanpequeñas.

Antes de parar un grupo electrógeno hay quereducir su carga a cero transfiriendo la carga aotras fuentes y después abrir el interruptorautomático del grupo. El grupo deberá giraralgunos minutos en vacío para permitir surefrigeración antes de pararlo. En ciertos casoses necesario continuar el sistema derefrigeración después de parado el grupo, paraeliminar el calor latente de la máquina. Paradejar el grupo fuera de servicio, habrá queseguir las recomendaciones indicadas por elfabricante.

Las operaciones para poner un grupo enservicio o fuera de servicio de forma correctadeberán quedar aseguradas por el equipo demando y control del grupo.

Es necesario hacer funcionar un grupoelectrógeno periódicamente. Para unainstalación que pueda soportar un corte breve,cuando abre el interruptor automático dealimentación normal se da automáticamenteorden de arranque al grupo electrógeno, quetoma entonces la carga, pasándose a laalimentación de emergencia. Después de untiempo de funcionamiento determinado, sepuede abrir el interruptor automático dealimentación de emergencia y cerrar elinterruptor «normal».

En las instalaciones en las que cualquierinterrupción de la alimentación podría provocarpérdidas inaceptables de la explotación, seránecesario tener la posibilidad de proceder


ocasionalmente a un test o prueba defuncionamiento completa del grupo sin tener queprovocar previamente el corte de la alimentacióneléctrica. Para esto, es necesario utilizar unequipo de sincronización a fin de que el grupo,una vez en marcha, pueda, cuando estépreparado, asegurar la alimentación de lainstalación tomando sobre sí la carga (verpárrafo 5.3). El interruptor automático delalternador (o el interruptor automático deacoplamiento de los juegos de barras, según elesquema) se cerrará y el grupo quedará puestoen paralelo con la alimentación principal. Estoprovoca la apertura del interruptor automático deentrada de red pasando las cargas a seralimentadas por el grupo electrógeno.

La transferencia de nuevo a la alimentaciónnormal se hará de la misma manera, sin corte.

4.2 Funcionamiento isócrono

Los grupos electrógenos están diseñadosnormalmente para funcionar de modo aislado(llamado también modo isócrono o en isla). Eneste caso la frecuencia estará controlada por elregulador de velocidad del grupo. Lassobrecargas que sobrepasan la potencia máximadel grupo electrógeno (potencia de socorro talcomo se ha definido en el apartado 2) provocanuna disminución de la frecuencia, lo que podríahacer actuar el sistema de desconexión dealgunos receptores (desenganchado).

4.3 Funcionamiento en paralelo con la red pública

Como se ha indicado anteriormente, hay casosen los que debe de estar previsto el funciona-miento en paralelo. Puesto que la red públicatiene una potencia muy superior, su frecuencia ysu tensión se van a imponer. El regulador develocidad controlará la potencia activaentregada por el grupo electrógeno y elregulador de tensión la potencia reactiva. Elequipo auxiliar del grupo electrógeno debe deestar programado, dependiendo de la

El regulador de tensión del grupo asegurará laestabilidad de la tensión del circuito alimentado.

Un grupo electrógeno está normalmente previstopara funcionar con un factor de potencia de 0,8y puede, por tanto, alimentar la mayor parte delas cargas industriales sin añadir un equipo decompensación de potencia reactiva.

configuración, para poder activar los reguladoresde velocidad y de tensión a fin de controlar lavelocidad y la tensión en caso defuncionamiento aislado (isócrono), o controlar lapotencia activa y reactiva en el caso defuncionamiento en paralelo. Las informacionesnecesarias para este objetivo se toman decontactos auxiliares del cuadro general y seenvían al grupo electrógeno.

Puesto que el funcionamiento en paralelo sólodura unas centésimas de milisegundo, no esnecesario sobrecalibrar el cuadro para lapotencia de cortocircuito acumuladacorrespondiente a la utilización simultánea delas dos alimentaciones (normal y deemergencia).

Evidentemente, cuando el equipo está previstopara funcionamiento permanente en paralelo, noes necesario abrir el circuito de alimentaciónnormal después de que el grupo tome la carga.

En este caso, por el contrario, es necesarioprever el cuadro para la potencia decortocircuito total (alimentación normal +alimentación de socorro).


4.4 Funcionamiento en paralelo de varios grupos electrógenos

Normalmente, para el funcionamiento enparalelo, se utilizan grupos electrógenos depotencias similares. Hay tres esquemas tipo:

a) Todos los grupos, salvo uno, están ajustadospara suministrar una potencia activa y reactivafijas. Un grupo trabaja en modo isócrono yentrega las potencias activa y reactivanecesarias para mantener la frecuencia y latensión del sistema dentro de límites admisibles.Toda orden de modificación de la frecuencia dela tensión se enviará al grupo electrógeno queestá en modo isócrono. Todas las fluctuacionesde potencia serán absorbidas por este grupoelectrógeno únicamente y, por tanto, unesquema con esta configuración difícilmenteserá aplicable a instalaciones en las que haygrandes variaciones de carga.

b) Todos los grupos electrógenos están enmodo «estatismo». Las potencias activa yreactiva están repartidas de igual forma entrelos diferentes grupos electrógenos oproporcionalmente a su potencia nominal en elcaso de que sean grupos de potenciasnominales diferentes. Las fluctuaciones decarga provocan variaciones de tensión y

Fig. 6: Funcionamiento en paralelo utilizando un repartidor de carga.

velocidad según una recta característica conpendiente negativa, perdiéndose en general un4% para variaciones de carga comprendidasentre el 0 y el 100%. Puesto que lasincronización de grupos electrógenos con otrafuente de energía no puede hacerse ajustandoesta recta característica, este esquema nopuede normalmente utilizarse cuando se ha defuncionar en paralelo con otras fuentes deenergía.

c) Todos los grupos electrógenos estánconectados a una unidad de control de repartode carga, de manera que se reparte la potenciaactiva y reactiva. La figura 6 representa unejemplo de esta configuración. El regulador develocidad de cada grupo recibe la referencia deajuste de la potencia activa del repartidor depotencia activa, el cual asegura también laregulación de la frecuencia.

De la misma forma, cada uno de los reguladoresde excitación recibe la referencia de ajuste de lapotencia reactiva del repartidor de potenciareactiva, asegurando a la vez la regulación detensión. Este esquema permite una granvariación de la carga sin fluctuaciones de lafrecuencia o de la tensión.

Carga

GG G

Reparto de kW yregul. de frecuencia

Regulador de velocidad

Reguladorde excitación

Reparto de kVAr yregul. de tensión


5 Esquemas de conmutación de alimentaciones y sincronización

5.1 Conmutación automática sin corte de red

Se utiliza normalmente una conmutaciónautomática cuando es necesario alimentar lacarga mediante un sistema de emergencia en elmenor tiempo posible cuando se produce uncorte de red. La conmutación debe de serimposible cuando la falta de alimentación sedebe a un defecto en el juego de barras, porquecon un defecto de este tipo, el cierre delinterruptor de la alimentación de emergenciaprovocaría también la pérdida de estaalimentación y podría, además, ser perjudicial opeligroso para los equipos.

Normalmente se utilizan dos técnicas deconmutación según que la instalación puedasoportar o no una breve interrupción de laalimentación.

Conmutación con tensión residual

Este esquema de conmutación es el másutilizado y comprende las siguientes etapas:

n abrir el interruptor principal para separar lacarga de la alimentación,

n arrancar el grupo electrógeno,

n desenganchar las cargas que el grupoelectrógeno no podrá alimentar,

n cerrar el interruptor automático del grupoelectrógeno cuando éste está en condiciones desoportar la carga y cuando la tensión residual enel juego de barras es inferior al 30%.

Conmutación rápidaSe utiliza un esquema de conmutaciónrápida cuando el sistema no tolera cortes enla alimentación.

En este caso, es necesario mantenerdisponible una alimentación de emergenciacapaz de tomar la carga con energíasuficiente antes de que los motores hayantenido tiempo de pasar al ralentí. El intervalode tiempo permitido para una conmutación deeste tipo es de aproximadamente 150 ms.

Para evitar esfuerzos mecánicos ysobreintensidades durante las conexiones nosincronizadas, es necesario dar la orden decierre al interruptor automático dealimentación de emergencia en el momentoen el que la tensión suministrada por losmotores que están desacelerando está casien fase con la tensión de emergencia en elmomento de cierre del interruptor automático.

La aparamenta utilizada en la conmutacióndebe de tener en cuenta el tiempo de cierredel interruptor automático para prever elmomento adecuado de establecer laconexión. Si no se puede hacer en elintervalo de tiempo de unos 150 ms, debede impedirse la conmutación rápida ysustituirse por una conmutación con tensiónresidual, con desenganche de cargas, si esnecesario.

5.2 Conmutación por retorno a la alimentación normal

Cuando vuelve la red, es decir, cuando serestablece la alimentación normal, habrá queconmutar la carga de la alimentación de

emergencia a la alimentación normal. Estaoperación suele iniciarse manualmente, segúnse ha descrito en la sección 4.1.

5.3 Sincronización del interruptor del grupo de emergencia

Cuando un grupo electrógeno debe de funcionaren paralelo, es necesario prever su sincroniza-ción con la red. La sincronización consisteesencialmente en ajustar la frecuencia y latensión del grupo electrógeno a valorespróximos a los de la red. Puesto que las

fluctuaciones de la frecuencia y la tensión de lared son porcentualmente pequeñas, paraconseguir el sincronismo es necesario poderajustar tanto la velocidad del motor como latensión del alternador.


5.4 Sincronización de los interruptores automáticos de acoplamiento de juego debarras o de entrada de red

Cuando se utilizan varios grupos electrógenosdiferentes es frecuente conectarlos a juegos debarras diferentes para facilitar las operacionesde mantenimiento. En este caso es posible tenerdurante algunos instantes grupos electrógenosque alimentan cargas de juegos de barrasdiferentes, no interconectadas. Para conectarentre sí los juegos de barras cuando seanecesario, habrá que proceder a lasincronización de los grupos de uno y otro ladodel interruptor automático de acoplamiento.

En este caso, es necesario normalmente tenerun equipo de sincronización específico, porqueel equipo de grupo electrógeno permite engeneral sincronizar únicamente a un lado o alotro del interruptor automático.

Puede producirse una situación similar cuando,al estar la instalación alimentada por variosgrupos electrógenos, es necesario conectar lacarga también a la red de distribución pública.La sincronización deberá efectuarse para cerrarel interruptor automático de conexión a la red.

La sincronización necesita un ajuste de tensióny velocidad. Como se ha dicho anteriormente enla sección 4.4, la sincronización de un conjuntode grupos electrógenos es posible cuando unode los grupos está en modo isócrono, o biencuando hay una unidad de control de reparto decarga, pudiendo modificar la potencia entregada(y por tanto la velocidad) de todos los grupos.

Cuando un grupo electrógeno está en modoisócrono, las órdenes de reajuste de la tensión yde la velocidad se transmiten a este grupo y losotros grupos seguirán según sus característicasde estatismo. Cuando se utiliza una unidad decontrol de reparto de carga, las señales defrecuencia, en más o en menos, se enviarán alcontrol de reparto de carga que, a su vez,enviará las señales adecuadas a los reguladoresindividuales de cada uno de los grupos.

Los reguladores de tensión utilizados en estecaso están conectados a los transformadores detensión del juego de barras con los que lasincronización deberá quedar asegurada ypueden también regular su excitación enconsecuencia sin recibir una orden separadapara el ajuste de la tensión.

En los dos casos de las figuras, se puede dar laorden de cierre al interruptor automático cuandola frecuencia, la tensión y el defasaje soncorrectos.

Ciertos fabricantes de unidades de control dereparto de carga ofrecen también la posibilidadde ajustar la tensión además de ajustar lavelocidad. Por tanto, al redactar lasespecificaciones del equipo de sincronización esnecesario dejar claras cuáles son lasnecesidades funcionales, permitiendo así a lossuministradores ofrecer la mejor solución.

La velocidad del motor de arrastre y la tensióndel alternador se ajustan cerrando momentánea-mente los contactos conectados al regulador develocidad y al regulador de tensión. Cuando latensión del alternador está prácticamente enfase con la tensión de la red, el interruptorautomático de grupo electrógeno recibe la ordende cierre.

Normalmente, la sincronización se realizaautomáticamente, con la ayuda de relés quemiden las tensiones, frecuencias y defasaje delgrupo y de la red. El relé de sincronizaciónajusta automáticamente la velocidad y la tensióndel grupo y cierra el interruptor automáticocuando el defasaje entre la tensión del grupo yla tensión de la red es suficientemente pequeño.

Puede utilizarse un único equipo desincronización automático para varios gruposelectrógenos con la condición de ir seleccionadoen cada momento el transformador de tensióncorrespondiente y distribuir las órdenes deajuste de la tensión y la velocidad así como la

orden de cierre al interruptor automáticocorrespondiente.

En todos los casos es aconsejable prever unasincronización manual, o bien para el caso deavería del sistema de sincronización automático,o para utilizarlo cuando la sincronización sólo seha de efectuar en muy raras ocasiones. Para lasincronización manual, el operador utilizabotones-pulsadores para las órdenes de ajustede la tensión y la velocidad.

Un sincronoscopio permitirá al operador sabercuándo la tensión de red y de grupo estánsuficientemente en fase para poder cerrar elinterruptor automático. Para la sincronizaciónmanual se aconseja utilizar relés de protección«synchro-check» que impiden el cierre delinterruptor automático si no se cumple elconjunto de condiciones de frecuencia, tensión ydefasaje.

La sincronización del interruptor automático delgrupo electrógeno es normalmente una funciónque incluye el equipo de control del grupo.


6 Protección del grupo electrógeno

6.1 Principio general de protección

Puesto que los grupos electrógenos son fuentesde energía eléctrica, los relés de protección demáxima corriente deben de estar conectados alos transformadores de corriente del neutro delos arrollamientos del estator para prevenir losdefectos en los arrollamientos del alternador.

Para el funcionamiento en paralelo con otrosgrupos electrógenos o con la red pública sonnecesarios relés de protección adicionales anivel del interruptor automático del grupoelectrógeno para los defectos lado red del grupoelectrógeno. Para estos relés de protección se

instalan transformadores de corriente a nivel delinterruptor automático del grupo electrógenoprotegiendo así la conexión global del mismo.

Como puede verse en la figura 7 , normalmentese conectan relés direccionales de potenciaactiva y reactiva al transformador de corrientedel neutro del alternador. También puedenconectarse a los transformadores de corrienteasociados al interruptor automático.

El emplazamiento concreto dependerá delreparto de funciones, como se describe en elapartado 9.1.

25

51 67

67N

49T

E

64F

87G

27

59

59N

81

46 49 51 32P 32Q 51V

51G

Punto neutro del alternador

Resistancia de puesta a tierra del neutro

Fig. 7: Protecciones recomendadas de un grupo electrógeno.


6.2 Protección eléctrica

La figura 7 muestra las proteccionesrecomendadas que son las siguientes,enumeradas con sus códigos convencionales:

n protecciones conectadas a transformador decorriente del neutro del alternador:

o 32P: relé direccional de potencia activa,

o 32Q: relé direccional de potencia reactivapara la pérdida de excitación (grupos > 1 MVA),

o 46: componente inversa (grupos > 1 MVA),

o 49: imagen térmica,

o 51: corriente máxima,

o 51G: defecto a tierra,

o 51V: corriente máx. manteniendo la tensión,

o 87G: protección diferencial del alternador(para grupos > 2 MVA).

(Nota: 46, 49, 32P y 32Q pueden también estarconectados a los transformadores de corrientede las fases).

n protecciones conectadas a lostransformadores de tensión:

o 25: «synchro-check» (únicamente parafuncionamiento en paralelo),

o 27: falta de tensión,

o 59: sobretensión,

o 81: frecuencia fuera de límites (máxima ymínima).

n protecciones conectadas a lostransformadores de corriente al lado de la línea(solamente para funcionamiento en paralelo):

o 67: corriente máxima direccional (no esnecesario si se utiliza el 87G),

Protección Ajuste Acción

27 0,75 Un, T ≈ 3 s Parada generalT > tiempo de 51, 51V y 67

32P 1-5% si es turbina, Parada general 5-20% si es diesel; T = 2 s

32Q 0,3 Sn, T = 2 s Parada general

46 0,15 In, curva tiempo inverso Parada general

49 80% capacidad térmica = alarma Disparo sólo del interruptor automático,120% capacidad térmica = disparo la sobrecarga puede ser temporalconstante de tiempo 20 minutos funciónconstante de tiempo 40 minutos parada

51 1,5 In, 2 s Parada general

51G 10 A, 1 s Parada general

51V 1,5 In, T = 2 s Parada general

59 1,1 Un, 2 s Parada general

81 Frecuencia máxima: 1,05 fn, 2 s Parada generalfrecuencia mínima: 0,95 fn, 2 s

87G 5% In Parada general

67 In, 0,5 s Parada general

67N Is0 ≈ 10% de la corriente de defecto Parada generala tierra, 0,5 s

25 Frecuencia < ± 1 Hz, tensión < ± 5%, Impedir el cierre durante la sincronizaciónángulo de defasage < 10o

49T 120 oC Disparo sólo del interruptor automático,la sobrecarga puede ser temporal

64F 10 A, 0,1 s Parada general

Protección mecánica Parada general sin bloqueo

Fig. 8: Regulación recomendada de los relés y actuación que producen.


Fig. 9: Corriente de cortocircuito de un grupo electrógeno, con paso retardado del eje cero de las fases 1 y 3 (la fase2 corta correctamente debido a que el cortocircuito se produce en ella cuando la tensión era máxima en esta fase;por tanto se tiene una corriente de cortocircuito, defasada 90o, que empieza desde cero, sin componente continua).

o 67N: corriente máxima direccional homopolar(sobre TI toroidal, para una mejor sensibilidad.

n protecciones mecánicas generales de grupo,conectadas a los detectores:

o 49T: temperatura del estator (recomendadapara alternadores de más de 2 MVA),

o 49T: temperatura de los cojinetes(recomendada para alternadores de más de 8MVA),

o 64F: protección de tierra del rotor.

La tabla de la figura 8 da algunos ejemplos deajustes típicos de cada una de estasprotecciones e indica las acciones quedesencadenan. Esta información ha de serverificada con el fabricante de grupo electrógenopara cada aplicación. Una parada generalsignifica la desconexión y bloqueo del interruptorautomático del grupo, corte de la excitación yparada de la entrada de fuel o gasoil al motor.

Particularidades de las corrientes decortocircuito con grupos electrógenosSegún la tabla anterior, el interruptor automáticodel grupo debe actuar para aislar eficazmente elgrupo de la red. Teniendo presente los valores

relativamente bajos de las corrientes decortocircuito transitorias y permanentes esconveniente prestar especial atención a laelección de los relés de protección y su ajuste.Por otra parte, para que las pérdidas en elalternador sean bajas, el fabricante procura quela resistencia estatórica sea baja. Todo estoimplica un valor elevado de la razón X/R y portanto, que la componente continua de lacorriente de cortocircuito tenga una constantede tiempo muy larga.

La norma CEI 60056 define las condiciones deensayo de los interruptores automáticos MT.Estas normas están dictadas para corrientes decortocircuito que tengan una componentecontinua con una constante de tiempo de 45 ms.Ahora bien, debido a que la corriente decortocircuito de un grupo electrógeno puedesobrepasar con mucho este valor, el fabricantedel interruptor automático debe escogerloadecuadamente y demostrar que es válido paraesta aplicación.

Posible retardo del interruptor automáticoLa corriente de cortocircuito de un grupo puedetener además de una componente continuaimportante, la particularidad de no atravesar el

Separación de loscontactos delinterruptor automático

Aparición de uncortocircuito trifásico

Tensión aguasarriba del defecto

Corriente de defecto


6.3 Protecciones del motor

El grupo electrógeno también debe de tenerprotección para la máquina de arrastre. Se trata,sobre todo, del nivel y la temperatura del aceite,el nivel y la temperatura del agua y latemperatura del escape. La protección deldefecto a tierra del rotor está normalmente

integrada en estas protecciones debido a lanecesidad de inyectar una corriente continua enel rotor. Cuando actúa una protección mecánica,la orden de parada deberá abrir el interruptorautomático, pero sin permitir su rearme.

eje de cero después de varios períodos, lo queprovoca una dificultad mayor para cortar lacorriente de cortocircuito (figura 9 ). Esto sedebe a que la componente alterna decrecemucho más rápidamente que la componentecontinua.

Para una interrupción correcta, los interruptoresautomáticos MT necesitan que la corriente de

cortocircuito sobrepase de forma natural el ejecero. Por tanto, en ciertos casos se deberetardar la apertura del interruptor automático eltiempo necesario para que se pueda sobrepasarel eje. Este retardo debe tenerse en cuenta en elestudio de la coordinación de los relés deprotección y además podría reducir laestabilidad del sistema.


7 Conexión de grupos electrógenos a la red eléctrica

7.1 Conexión lado línea

Los grupos electrógenos tienen una capacidadlimitada para soportar sobretensiones. Cuandose prevé el funcionamiento en paralelo degrupos electrógenos MT con la red, hay queprever también en los bornes del grupo unaprotección contra descargas de rayo.

Esta protección consiste normalmente enconectar condensadores de sobretensión(normalmente de 0,3 µF) y pararrayos olimitadores de sobretensión fase-tierra en la cajade conexión del grupo. Estas precauciones noson necesarias en los grupos electrógenos BTporque éstos quedan protegidos contra lasdescargas de rayo por la presencia de lostransformadores de suministro aguas arriba.

Cuando la protección contra sobretensionesestá puesta en la caja de conexión del grupo

electrógeno, se recomienda instalar lostransformadores de tensión también en estacaja. Si el espacio disponible dentro de la cajaes insuficiente, podrán integrarse fácilmente lostransformadores de tensión en el equipo decircuito aguas abajo.

Los transformadores de corriente debeninstalarse en la caja de conexión del puntoneutro del alternador. Si la protección diferencialdel grupo excluye el cable (o las fundas de lasbarras) de conexión lado línea, lostransformadores de corriente se instalan en lacaja de conexión lado línea del alternador. Si laprotección diferencial del grupo incluye el cable(o las fundas de las barras) de la conexión ladolínea, los transformadores de corriente seinstalan en el cuadro aguas abajo.

7.2 Conexión lado neutro

Grupo autónomoUn grupo electrógeno que no funciona enparalelo con otra fuente, debe de estarconectado a tierra a través de una resistenciaconectada entre el punto de neutro y la tierra. Elfabricante del grupo electrógeno puedeproporcionar una curva que indique la corrientede defecto que soporta en función del tiempo.La resistencia de conexión a tierra y los ajustesde los relés de protección deben de ser funciónde esta curva. En general la corriente de defectode un grupo MT debe de mantenerse inferior a30 A para evitar cualquier daño al estator.

Funcionamiento en paralelo con la redpública o con otros grupos electrógenos

Cuando varios grupos electrógenos funcionanen paralelo o en paralelo con la red, es difícilmantener la corriente de defecto de tierra dentrode valores aceptables.

La corriente máxima de defecto a tierra será lasuma de las corrientes de defecto a tierra detodas las fuentes, por lo que fácilmentesobrepasará el valor dado en la curva deresistencia antes citada. Reducir este valormáximo limitando la corriente de defecto a tierraa un valor muy bajo para cada una de lasfuentes tendría como consecuencia el reducir en

exceso la corriente de defecto de cada una delas fuentes cuando hay sólo uno o dos gruposfuncionando. Por esto se aconseja no conectara tierra los puntos neutros, sino utilizartransformadores de puesta a tierra en cadajuego de barras como se ve en la figura 5 .

Cuando se trabaja con el interruptor automáticode acoplamiento de barras cerrado hay quedejar conectado a tierra uno solo de estostransformadores. En cambio cuando elinterruptor automático de acoplamiento de losjuegos de barras está abierto, habrá queconectar a tierra un transformador en cada unode los juegos de barras. Esto permitirá tener unvalor constante de corriente de defecto a tierraindependientemente del tipo y número defuentes utilizadas simplificando además muchoel sistema de protección a tierra.

Si se produce un defecto a tierra en uno de lostransformadores de puesta a tierra habrá queaislarlo, pero no será necesario parar elfuncionamiento de los grupos electrógenosconectados a este juego de barras. Funcionarprovisionalmente con un sistema no conectadoa tierra, no supone un peligro inmediato para losgrupos . Será decisión del personal demantenimiento decidir el funcionamientoposterior del sistema.


8 Desenganche

El desenganche es necesario normalmente paraasegurar que los elementos esenciales de unproceso o de una industria disponen desuficiente energía durante los picos de consumoo cuando se producen perturbaciones en la redeléctrica. En un sistema de distribucióneléctrica, la única energía adicional disponiblees la que proporciona la reserva giratoria de lasmáquinas. Por tanto, los emplazamientosalimentados únicamente por gruposelectrógenos tienen poca reserva y son muysensibles a la inestabilidad producida por lasperturbaciones como por ejemplo un defecto enel sistema de distribución eléctrica.

Hay que considerar la utilización deldesenganche en tres casos diferentes:

n aumento progresivo de la carga,

n fallo de un grupo electrógeno,

n defectos eléctricos.

El desenganche en cada uno de los tres casoscitados debe de estudiarse para conseguir unaalimentación eléctrica fiable del equipamiento deuna industria. En general el sistema dedesenganche debe verificar permanentementeel equilibrio entre la carga y la potenciadisponible para desconectar las cargas nopreferentes y mantener de esta manera laestabilidad del sistema. A continuación sedescriben los efectos y los remedios de cadauno de los casos citados.

Aumento progresivo de la cargaEs posible que en ciertos períodos de tiempo lacarga exceda de la potencia nominal disponiblede grupos electrógenos. Como se ha dicho, losgrupos electrógenos para la producción eléctricaestán previstos para una sobrecarga del 10%durante una hora. Así, cuando se produce unaumento progresivo de la carga, el sistema dedesenganche puede efectuar, en tiempo real,todos los cálculos y dar las órdenes dedesenganche a las cargas no esenciales.

El operador puede reconectar las cargas noesenciales después de este período desobrecarga.

Fallo de un grupo electrógenoEl fallo de un grupo electrógeno puede provocarbruscamente una reducción importante de lapotencia disponible respecto a las necesidadesde la carga. Por tanto, para asegurar laestabilidad de la red de distribución, esnecesario provocar el desenganche inmediatode las cargas no preferentes. Sin estedesenganche se producirá la desconexión porsobrecarga o por bajada de la tensión o de lafrecuencia, produciendo, probablemente, uncorte de toda la alimentación eléctrica.

El sistema de desenganche debe estarprogramado para enviar inmediatamente lasórdenes de desconexión necesarias. Eldesenganche puede hacerse en menos de200 ms, tiempo que es generalmente suficientepara impedir la pérdida de estabilidad delsistema, que podría llevar accidentalmente auna caída total de la red de distribución interna.

Defectos eléctricosLos defectos eléctricos se detectan mediante losrelés de protección, que provocan el disparo delos interruptores automáticos y aislan de estamanera el equipo defectuoso. Durante el tiempode eliminación del defecto, la tensión en unazona con defecto puede bajar prácticamente acero, lo que puede provocar la ralentización detodos los motores de la instalación.

Al eliminar el defecto, los motores absorberánuna corriente adicional para volver a alcanzar suvelocidad normal. Esta corriente puede provocaruna caída o una bajada de tensión importanteen ciertas zonas de la instalación, haciendodisparar uno tras otro a los interruptoresautomáticos que alimentan las partes sanas dela instalación. Para impedir esta pérdida deestabilidad es necesario tener un sistema dedesenganche que gestione las bajadas detensión y/o de frecuencia.

Para determinar las cargas que hay que eliminarpor desenganche, así como los valores detensión y de frecuencia que lo provocan, esnecesario efectuar un estudio de la estabilidadde la red. Este tipo de estudio modeliza larespuesta dinámica de los sistemas cuando seproducen perturbaciones y permite preparar unaestrategia de desenganche.


9 Interfaces entre el grupo electrógeno y la red

9.1 Reparto usual de funciones entre el fabricante del grupo electrógenoy el fabricante de la aparamenta eléctrica en general

Suele suceder que el grupo electrógeno loproporciona una empresa diferente de la quesuministra el cuadro eléctrico al que vaconectado. Por tanto, es útil limitar al máximoposible los interfaces entre estos dos sistemas.Antes de acabar el diseño de la instalación esimportante que los dos suministradores tenganuna reunión de coordinación. Durante estareunión determinarán el reparto de trabajos, lasinterconexiones y el intercambio deinformaciones y se preparará un plan oprograma general. Esta especie de pliego decondiciones técnicas deberá permitir a cada unode los suministradores efectuar el estudio, lafabricación, el montaje, los ensayos y el envío alemplazamiento previsto de forma independiente.La recepción de los equipos respectivos se haráconjuntamente y después se efectuarán todaslas interconexiones. Si se ha hecho el esfuerzode conseguir interconexiones sencillas, es fácildefinir con claridad las responsabilidades de cadauno.

Cada suministrador debe de ser responsable dela totalidad del equipo que entrega. Hay queevitar que el material proporcionado por unsuministrador se instale en el equipo del otroproveedor.

Un ejemplo clásico es el módulo de excitacióndel grupo electrógeno; éste debe de estar entreel material proporcionado por el suministradordel grupo y no por el fabricante del cuadroeléctrico.

Cuando un grupo electrógeno puede funcionaren paralelo, es necesario instalar en la

aparamenta el conjunto de relés de protecciónque permiten eliminar los defectos que seproducen entre el alternador y el cuadroeléctrico. Esta protección debe de figurar entrelos materiales proporcionados por el fabricantedel cuadro. La aparamenta de protección delalternador puede suministrarla tanto elfabricante del grupo como el del cuadro. Las dossoluciones son válidas y se necesita en los doscasos un intercambio de información, puestoque las diferencias de ajuste de los relés debenser dadas por el fabricante del grupo mientrasque las referencias de la protección general dela instalación deberá proporcionarlas elfabricante del cuadro.

Para una protección diferencial en el grupo, esmuy frecuente que el transformador de corrientelado línea sea instalado en el cuadro y el delneutro en la caja de conexión de neutro delalternador. Las características de estostransformadores de corriente debe definirlas elfabricante de los relés de proteccióndiferenciales y cada uno de los fabricantes debeproporcionar el transformador de corriente ainstalar en su equipo. No es necesario y nisiquiera recomendable por las razonesindicadas que uno de los fabricantesproporcione los transformadores de corriente ainstalar en el equipo del otro proveedor.

Las alimentaciones auxiliares del grupo debende ser independientes de las del cuadro. Elgrupo debe de tener su propia alimentación decorriente continua de emergencia mediante unabatería de acumuladores.

9.2 Intercambios de información

Los intercambios de información necesariosentre el grupo electrógeno y el cuadro eléctricodeben de reducirse al mínimo posible. Losintercambios se harán mediante contactos sinpotencial y con señales analógicas de 4 a20 mA.

El significado de cada señal (p. ej., cerrar parauna acción como puede ser cerrado para elinterruptor automático en posición «abierto») y laduración mínima de cada señal (p. ej., duraciónde la señal de cierre de 500 ms) debe quedarclaramente indicada en la documentación quese refiere al sistema de interconexión.


Hay que utilizar circuitos de seguridad positiva.En estos circuitos se utilizan contactos quecierran para la acción y contactos normalmenteabiertos que cierran para dar una autorización opermiso. Estos circuitos se llaman de«seguridad positiva» porque la ruptura de un hilono provocará una acción o autorización nointencionada.

Para estar seguros de que los mecanismosescogidos son adecuados, debe de precisarse latensión a aplicar a los contactos sin potencialasí como la carga de estos contactos.

Con este tipo de sistema de interconexionescada proveedor puede diseñar, fabricar yensayar su equipo de forma independiente.Deben de evitarse las conexiones directasmediante circuitos serie debido a la dificultad dedefinición, de instalación y de reparación. Elnúmero de informaciones que hay que utilizar nojustifica este tipo de interconexión. Lasinformaciones que normalmente hay queintercambiar entre el cuadro y el grupo son:

9.3 Integración de grupo en el sistema de mando y control de la red eléctrica

Para evitar el corte de la alimentación eléctricaes necesario efectuar un mantenimientopreventivo.

Puesto que el objetivo es asegurar que elmantenimiento se efectuará antes de que seproduzca un defecto, este mantenimientopreventivo puede ser muy eficaz con lacondición de que se disponga de la informaciónnecesaria para llevarlo a cabo.

La información necesaria puede ser recogida ytransmitida al operador mediante un sistema demando-control de la red eléctrica. Estainformación puede consistir en el tiempo de

funcionamiento de los grupos electrógenos, losvalores de temperatura de los arrollamientos delalternador y de los cojinetes, así como elconsumo de determinadas cargas.

El sistema de mando y control puede tambiénproporcionar la información necesaria para losdesenganches descritos en la sección 8 y paraefectuar los cálculos necesarios para el repartoy distribución de cargas.

El sistema de mando y control permite tambiénal operador reconfigurar su red interior dedistribución, lo que es muy útil para efectuarrearranques de motores después de unincidente o defecto.

n informaciones del grupo electrógeno:

o preparado para el arranque (información),

o preparado para la carga (información),

o orden de disparo por defecto,

o alarma general (información),

o tensión del alternador (del transformador detensión, para sincronización),

n las informaciones hacia el grupo electrógenoson:

o orden de arranque,

o estado del interruptor automático, 0/1(información),

o tensión del juego de barras (deltransformador de tensión para sincronización),

o funcionamiento solo o en paralelo(información),

o tipo de defecto (información)


10 Instalación y mantenimiento de los grupos electrógenos

La instalación de grupos electrógenos exige unaestrecha colaboración entre diversas áreastécnicas, como son la eléctrica, la deconstrucción, la de los procesos industriales de

10.1 El emplazamiento

Es conveniente que el emplazamiento de grupoesté próximo al lugar de utilización para reducirlas caídas de tensión y las pérdidas en loscables.

Al estudiar el transporte e instalación de ungrupo electrógeno hay que tener en cuenta susdimensiones y su peso. En el edificio receptorde la instalación hay que prever también elespacio necesario para mantenimiento, incluidoel desmontage completo del grupo y disponerdel equipo necesario encima del mismo para

10.2 Entrada de aire y sistema de escape

Al definir la potencia de un grupo electrógeno esimportante tener en cuenta las condiciones de laentrada de aire y de salida de humos de escape.En ciertos casos el emplazamiento del grupoobligará a utilizar largas canalizaciones y estotendrá una importancia decisiva en la definiciónde la potencia nominal del motor.

poder levantarlo. El fabricante del grupo deberáindicar todas las exigencias que se refieren a lasnecesidades de espacio y de accesibilidad enlos pliegos de especificaciones de la obra civil.

Normalmente, la emisión de ruido será un graveproblema. La solución consiste en insonorizar elgrupo o el emplazamiento o la obra civil o losdos a la vez. La insonorización es una incidenciasignificativa en el coste y por tanto debe deestudiarse y definirse antes de encargar elequipo. Se vigilará también que la base deapoyo del grupo no propague el ruido.

Hay que prestar atención también a que laentrada de aire esté suficientemente alejada dela salida de humos.

Los grupos electrógenos de emergencia debende ser capaces de funcionar en diversascondiciones. En ciertas regiones donde sonfrecuentes las tormentas de arena, la entrada deaire debe estar equipada de un filtro para laarena, lo que aumenta el precio del grupo.

10.3 Conformidad con la reglamentación local

En muchos países existe una reglamentaciónlocal especial. Además las exigencias relativas alas emisiones y las exigenciasmedioambientales obligarán al diseño delsistema de alimentación de carburante, incluidala capacidad máxima del depósito de uso diarioy el sistema o foso de recogida de fugas (doblepared, etc. ...).

También es obligatorio respetar la normativalocal que se refiere a la detección y proteccióncontra incendios. Los detectores de incendiodeben de instalarse en todos los locales quecontengan los grupos electrógenos. Laprotección contra el fuego debe de serautomática donde sea posible. La lucha contrael fuego consiste normalmente en inundar el

fabricación y la mecánica. Cuando se estudiauna instalación de grupos electrógenos hay quetener presentes las siguientes consideraciones.


10.4 Herramientas especiales y piezas de recambio

Los grupos electrógenos requieren unmantenimiento periódico y, pasados algunosaños de utilización, una revisión completa. Enlos dos casos, se necesitan herramientasespeciales, que deben definirse en el pedido delgrupo, debiendo después verificar su recepción

11 Conclusión

Los grupos electrógenos formados por un motory un alternador se instalan normalmente enemplazamientos industriales y edificioscomerciales tanto para constituir el suministroprincipal de energía como para asegurar laalimentación de las cargas críticas esencialescuando hay un corte en la red de distribuciónpública.

Es importante entender perfectamente lascaracterísticas eléctricas y mecánicas de losgrupos electrógenos y conocer las normas queles afectan a fin de escoger correctamente elequipo.

La integración del grupo electrógeno en elsistema general de alimentación de unemplazamiento concreto tiene consecuenciasque afectan en la elección de la mayor parte delequipamiento eléctrico. Por ejemplo, habrá quetener en cuenta el aporte de energía queproporcionan los grupos electrógenos para

calcular la potencia de cortocircuito total que hayque prever en la determinación de laaparamenta eléctrica.

Los sistemas de protección eléctrica de lainstalación deben tener en cuenta lascaracterísticas peculiares de los gruposelectrógenos para asegurar una proteccióncorrecta de las personas y de los bienes y paraevitar los disparos intempestivos que provocancortes inadecuados de la energía eléctrica. Elsistema de mando y control debe de permitirdiversas configuraciones de las conexiones dela red y de los grupos para asegurar unaalimentación eléctrica fiable.

El ingeniero responsable del diseño del sistemaglobal de distribución eléctrica debe resolvernumerosos problemas. Un primer paso paraasegurar que la red diseñada cumplirá con lasexigencias necesarias es ser consciente de losproblemas que se pueden presentar y de lassoluciones que se les pueden aplicar.

emplazamiento o local con gas inerte. Esto debeunirse al cierre automático de las aberturas deventilación, entradas de aire y puertas. Lareglamentación local se refiere también amedidas como en número y emplazamiento de

los paneles de aviso, el emplazamiento delcuadro de mando de la centralita contraincendios, así como el tipo de gas inerte que sepuede utilizar.

y que hay que comparar con las listas dadas enlos manuales de mantenimiento. Las piezas derecambio necesarias para la primera revisióngeneral deben de proporcionarse además de lasnecesarias para el funcionamiento normal.


Bibliografía

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