GRUPOS ELECTROGENOS
INTRODUCCIÓN Los grupos electrógenos se instalan normalmente en emplazamientos industriales y edific edificios ios comerc comercial iales es tanto tanto para para consti constitui tuirr el sumini suministr stro o princi principal pal de energí energía a como como para para asegurar la alimentación de las cargas críticas esenciales cuando hay un corte en la red de distribución pública. Es importante entender perfectamente las características eléctricas y mecánicas de los grupos electrógenos y conocer las normas que les afectan a fin de escoger correctamente el equipo. La integración del grupo electrógeno en el sistema general de alimentación de un emplazamiento concreto tiene consecuencias que afectan en la elección de la mayor parte del equipamiento eléctrico. Por eemplo! habrá que tener en cuenta el aporte de energía que proporcionan los grupos electrógenos para calcular la potencia de cortocircuito total que hay que pre"er en la determinación de la aparamenta eléctrica. Los sistemas de protección eléctrica de la instalación deben tener en cuenta las características peculiares de los grupos electrógenos para asegurar una protección correcta de las personas y de los bienes y para e"itar los disparos intempesti"os que pro"ocan cortes inadecuados de la energía eléctrica. El sistema de mando y control debe de permitir di"ersas configuraci configuraciones ones de las cone#iones cone#iones de la red y de los grupos para asegurar una alimentació alimentación n eléctrica fiable.
GRUPOS ELECTROGENOS
FUNDAMENTOS TEÓRICOS 1. DEFINICION.-
$n grupo electrógeno! popularmente conocido como planta eléctrica o generador eléctrico! es un equipo que permite garantizar energía de forma autónoma ya sea durante periodos cortos de tiempo o como fuente de generación e#clusi"a de energía. %u funcionamiento "iene dado por un generador de electricidad que se mue"e por medio de un motor de combustión interna. %egún el tipo de empleo y las horas de funcionamiento! un grupo electrógeno puede tener tres modalidades de uso& '
' '
(e emergencia& El grupo electrógeno se utiliza frente a la posibilidad de pérdidas periódicas o habituales de potencia de la red eléctrica que pueden ocasionar! entre otras cosas! pérdidas económicas! pérdida de producción! de datos archi"ados y de productos! de animales o i ncluso de "idas humanas. %er"icio principal& El grupo electrógeno suministra electricidad en lugares donde no hay red eléctrica disponible. )sta es la solución más adecuados para puntos aislados. *uncionamiento continuo& El grupo electrógeno sir"e para cubrir de manera continua las necesidades eléctricas en aquellos lugares donde no se tenga la suficiente potencia de red eléctrica.
Tipos de grupos electrógeos El arrastre de grupos electrógenos utilizados para aplicaciones industriales o del sector terciario queda normalmente asegurado por motores diesel! turbinas de gas o máquinas de "apor. Las turbinas se utilizan principalmente para grupos electrógenos de centrales eléctricas de producción! mientras que se prefieren los motores diesel en la producción de energía eléctrica de emergencia. La elección del motor queda determinada por elementos tales como la disponibilidad y condiciones de abastecimiento de un tipo determinado de fuel. %in embargo! debido a que la utilización de motores diesel está muy e#tendida! se darán con f recuencia datos específicos referidos a este tipo de grupos.
Figur! 1" (iferentes medios de producción local de electricidad.
En la figura + "emos un eemplo de una instalación muy complea de tratamiento de aceite y producción de energía eléctrica. ,uenta con dos grupos electrógenos arrastrados por una turbina de gas con una potencia apro#imada de +-- /. %in embargo! en la mayor parte de instalaciones industriales! el obeti"o principal no es la producción de la energía eléctrica.
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Figur! #" otor de grupo electrógeno diesel
La instalación podrá tener uno o "arios grupos electrógenos que producirán la energía eléctrica de emergencia necesaria y! a "eces! la de consumo local. La foto de la figura 0 corresponde a un grupo electrógeno diésel de + /.
#. C$ASIFICACION DE $OS %RU&OS E$ECTRO%ENOS. Los grupos electrógenos con motores de combustión interna se clasifican como sigue& a1 (e acuerdo al tipo de combustible& 2 ,on motor a gas 3LP1 ó natural. 2 ,on motor a gasolina. 2 ,on motor a diesel. 2 %istema 4ifuel 3diesel5gas1 b1 (e acuerdo a su instalación. 2 Estacionarias. 2 ó"iles. c1 Por su operación. 2 anual. 2 %emiautomática 2 6utomática 367%1 2 6utomática 3sincronía5pea8 sha"ing1 d1 Por su aplicación. 2 Emergencia. 2 ,ontinua. Los grupos electrógenos para ser"icio continuo! se aplican en aquellos lugares en donde no hay energía eléctrica por parte de la compa9ía suministradora de éste tipo! o bien en donde es indispensable una continuidad estricta! tales como& en una radio transmisora! un centro de cómputo! etc. Los grupos electrógenos para ser"icio de emergencia! se utilizan en los sistemas de distribución modernos que usan frecuentemente dos o más fuentes de alimentación. %u aplicación es por razones de seguridad y5o economía de las instalaciones en donde es esencial la continuidad del ser"icio eléctrico! por eemplo& 2 :nstalación en hospitales! en áreas de cirugía! recuperación! terapia y cuidado intensi"o! laboratorios! salas de tratamiento! etc. 2 Para la operación de ser"icios de importancia crítica como son los ele"adores públicos! bombeo de aguas residenciales! etc.
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2 2
:nstalaciones de alumbrado de locales a los cuales un gran número de personas acuda a ellas como son& estadios! deporti"os! aeropuertos! transporte colecti"o 3metro1! hoteles! cines! teatros! centros comerciales! salas de espectáculos! etc. En instalaciones de computadoras! bancos de memoria! el equipo de procesamiento de datos! radares! etc.
'. TI&OS DE %RU&OS E$ECTRO%ENOS '.1. M!u!les"
%on aquellos que requieren para su funcionamiento que se operen manualmente con un interruptor para arrancar o parar dicho grupo. Es decir que no cuenta con la unidad de transferencia de carga sino a tra"és de un interruptor de operación manual 3%;itch o botón pulsador1.
'.#.
Se(i!uto()ticos"
'.'.
Auto()ticos *ATS+" Auto(!tic Tr!s,er Sitc
%on aquellos que cuentan con un control automático! basado en un microprocesador! el cual les proporciona todas las "entaas de un grupo electrógeno automático como& protecciones! mediciones! y operación pero que no cuenta con un sistema de transferencia. Este tipo de grupos electrógenos cuenta con un control basado en un microprocesador! el cual pro"ee al grupo electrógeno un completo grupo de funciones para& '
'./.
Auto()ticos p!r! Sicro0! *&e! s!2ig+
Este tipo de grupos cuenta con un control para un grupo electrógeno automático! el cual es capaz de manear funciones de sincronía 36bierta o cerrada1 que se requieren para realizar un proceso emparalelamiento de grupo y red ó grupo con grupo. %u operación es la siguiente&
'./.1. Sicro0! A3iert!"
,uando ocurre una falla de la red normal! ocasiona dos interrupciones de energía en la carga 3transferencia y retransferencia1 si contamos con un sistema de sincronía abierta se elimina la interrupción de energía en el momento de la retransferencia ya que la misma se realiza en una forma controlada! sincronizando ambas fuentes y cerrando ambos interruptores simultáneamente por un tiempo predeterminado 3paralelo1.
'./.#. Sicro0! Cerr!d! o &e! S!2ig" 6ctualmente! la energía eléctrica ha alcanzado ni"eles de precios altos. Por lo cual se tiene la alternati"a de un sistema de Pea8 sha"ing con el cual se reducen sus costos por consumos de energía en horario punta! es decir! sincronizamos el grupo con la red! ya que están en paralelo tomamos la carga sua"e! de forma controlada 8/5s. de la red deando la misma sin carga y abriendo el interruptor de la red. 7ranscurrido el tiempo programado para horario punta! se realiza el mismo procedimiento en sentido in"erso! es decir! se sincroniza el grupo el ectrógeno con la red! y cuando se encuentran en paralelo se realiza una transferencia sua"e de carga del grupo electrógeno a la red! y el grupo electrógeno entra en periodo de enfriamiento. (urante todo el proceso 3Pea8 sha"ing1 no hay corte de energía! lo cual e"ita l a interrupción en su proceso.
/. COM&ONENTES &RINCI&A$ES DE $OS %RU&OS E$ECTRO%ENOS
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Los principales componentes se integran para tener un grupo electrógeno! tal como se aprecia en la figura =! a continuación una bre"e descripción d e cada uno.
Figur! '" ,omponentes de un >rupo Electrógeno
/.1.
Motor
El motor es el encargado de producir la energía mecánica necesaria para hacer girar el alternador. %u dimensión deberá austarse a las necesidades específicas de cada una de las aplicaciones que tendrá el grupo electrógeno! siendo de gran importancia el determinar la potencia necesaria! ya que una planta tiene potencia limitada! está potencia "endrá dada por el motor. Los motores pueden utilizar di"ersos combustibles según sean sus características de funcionamiento! e#isten motores mo"idos por gasoil! gasolina y gas! entre otros. Los más utilizados son los motores diésel y los de gasolina! por sus prestaciones mecánicas y económicas. En la figura ? se obser"a un motor de gasoil.
Figur! /" ,onunto otor de >asoil :"eco @ Aadiador
/.#.
Alter!dor
El alternador! también conocido como generador o dínamo! es un componente importante del grupo electrógeno. )ste se encarga de transformar la energía mecánica del motor en energía eléctrica. Ba unido al "olate del motor a tra"és de unos discos de fiación que transmiten el mo"imiento del "olante del motor al rotor del alternador. En la figura C se aprecia un alternador.
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Figur! 4" 6lternador %tamford
Los alternadores están fundados en el principio de inducción descubierto por el científico e in"entor británico ichael *araday. Este principio se presenta cuando un conductor es sometido a un campo magnético creando una tensión eléctrica inducida cuya polaridad depende del sentido del campo y su "alor del fluo que lo atra"iesa. $n alternador consta de dos partes fundamentales! el inductor! que es el que crea el campo magnético y el inducido que es el conductor! el cual es atra"esado por las líneas de fuerza de dicho campo magnético
/.'.
R!di!dor
/./.
5!c!d! de !po6o
El radiador tiene como función! intercambiar calor entre el motor y el ambiente. )ste forma parte del sistema de refrigeración del grupo electrógeno. %e conecta al motor por medio de "arias mangueras en donde se realiza un constante intercambio de fluidos para garantizar el adecuado funcionamiento del motor. En la figura 0.+ se obser"ó un radiador. La emisión de calor de un radiador "a a depender de la diferencia de temperaturas entre su superficie y el ambiente que lo rodea! y la cantidad de superficie en contacto con ese ambiente. 6 mayor superficie de intercambio y mayor diferencia de temperatura! mayor es el intercambio. Este elemento sir"e de base de sueción al conunto de motor y alternador! su forma y construcción es "ariable según sea la función o características específicas del grupo electrógeno. )sta se suele fabricar en chapa metálica o perfiles metálicos a fin de dotar al conunto de la robustez necesaria. La unión de los componentes a la bancada de apoyo se puede realizar de di"ersas formas! siendo lo más habitual el realizar dicha unión mediante unos tornillos anti "ibratorios especiales con re"estimiento de goma! que amortiguan las "ibraciones producidas en su funcionamiento! o también directamente sobre la bancada colocándose los tornillos anti "ibratorios en la parte inferior de la misma! a fin de e"itar que las "ibraciones entre la parte rígida y la parte "ibratoria! sometan a esfuerzos mecánicos e#cesi"os a los elementos de unión.
/.4.
Depósito de co(3usti3le
/.7.
Ist!l!ció el8ctric!
/.9.
Cu!dro de cotrol
El depósito de combustible suele ir acoplado o integrado a la bancada de apoyo. %e suele fabricar a partir de un material resistente de manera que se e"ite en lo posible el deterioro del mismo y se garantice su durabilidad. %us dimensiones y capacidad se "erán relacionados con la potencia e#igida por el motor y las condiciones de uso del grupo electrógeno. ,onsiste en la cone#ión de todos los elementos del motor! alternador y otros componentes del grupo electrógeno con el cuadro de control habilitando la posibilidad de una posterior lectura! super"isión y control del estado de los mismos. >racias a esta instalación eléctrica se pueden medir parámetros como los son& presión de aceite! ni"el de combustible! temperatura del motor! entre otros.
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Es el elemento que permite controlar el equipo y su funcionamiento! a tra"és del mismo se puede poner el grupo electrógeno en marcha! apagarlo y controlar los parámetros para un correcto desempe9o. Este componente "aría según las e#igencias de cada aplicación! así se pueden diferenciar cuadros de control automáticos y manuales. %iendo un equipo de arranque automático aquél que para su funcionamiento no necesita de la inter"ención de personas! este arrancará el grupo electrógeno de manera autónoma. El cuadro de arranque manual! es aquel en que la inter"ención del hombre es necesaria para el arranque y la p arada de la planta. Doy día se tiende a que casi todas las plantas sean de control automático! empleando para ello di"ersos autómatas. En la figura se obser"a un cuadro de control de un grupo electrógeno.
Figur! 7& ,uadro de control
/.:.
Siste(! de esc!pe de g!ses
/.;.
C!rrocer0! de isoori
Para que el motor del grupo electrógeno funcione más eficientemente es necesario alear de él los gases residuales del proceso de combustión. El sistema de escape de gases consiste en un conunto de tuberías instaladas a las salidas del motor y que conduce los gases hacia el e#terior en un lugar aleado del cuerpo de motor! habitualmente hacia una salida ubicada en el techo de la carrocería insonorizada del grupo electrógeno. La carrocería de insonorización es un elemento opcional se coloca recubriendo el grupo electrógeno para tratar de minimizar al má#imo las emisiones sonoras que emite dicho grupo! tal como se obser"a en la figura F. Las paredes de la carrocería se suelen recubrir con Lana de AocaG un producto natural con múltiples utilidades& aislamiento térmico! protección pasi"a contra el fuego y por supuesto! absorbente acústico.
Figur! 9" ,arrocería de :nsonorización
Por medio de la insonorización! se controla el ruido que emiten di"ersos componentes del grupo electrógeno como el tubo de escape! motor y el fluo de aire. %e puede reducir la potencia acústica hasta H- d46 en los grupos electrógenos insonorizados de gran capacidad! garantizando un ambiente cómodo y agradable a los al rededores del mismo.
/.1=. Siste(! de esc!pe de g!ses
Para que el motor del grupo electrógeno funcione más eficientemente es necesario alear de él l os gases residuales del proceso de combustión. El sistema de escape de gases consiste en u n conunto de tuberías instalados a las salidas del motor y que conduce los gases hacia el e#terior en
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un lugar aleado del cuerpo de motor! habitualmente hacia una salida ubicada en el techo de la carrocería insonorizada del grupo electrógeno.
4. FUNCIONAMIENTO DE $OS %RU&OS E$ECTRÓ%ENOS 4.1.
Arr!>ue 6 p!r!d! de los grupos electrógeos
,uando se utilizan grupos electrógenos para suministrar la energía eléctrica en caso de emergencia! es importante tomar ciertas precauciones para asegurar su puesta en ser"icio y su cone#ión rápida y correcta en caso de necesidad. $n eemplo de las precauciones que hay que tener en cuenta son la lubricación y el mantenimiento de la temperatura del agua de refrigeración constante! cuando el grupo está parado. El fabricante puede garantizar un tiempo de arranque de unos +C segundos desde la orden de arranque hasta el cierre del interruptor automático del grupo. Day que e"itar pedir al suministrador un tiempo más corto porque esto aumenta mucho el coste del grupo sin aportar una ganancia de tiempo apreciable. En todos los casos las cargas críticas deben mantenerse alimentadas mediante onduladores. Para el arranque de grupos electrógenos se utilizan normalmente dos técnicas& la batería de acumuladores y el aire comprimido! usándose esta última normalmente en grupos electrógenos de gran potencia. El sistema de arranque debe de estar dise9ado para poder realizar = intentos consecuti"os de arranque. (ebe de tener un sistema de super"isión que permita un mantenimiento pre"enti"o! e"itando así el fallo en el momento del arranque. El moti"o más frecuente de fallo en el arranque es el fallo de la batería. En algunos casos puede suponer una razón para escoger el arranque por aire comprimido. ,uando un grupo electrógeno debe de funcionar en paralelo con otra fuente de energía hará falta sincronizar el grupo y cargarlo progresi"amente. Para un grupo electrógeno que funcione solo! la cone#ión de la carga al grupo podrá hacerse en uno o en "arios escalones. Las "ariaciones de frecuencia y tensión dependerán de la importancia de las cargas conectadas en cada paso. (e hecho! a un grupo electrógeno se le puede aplicar un I-J de su capacidad! sin que su frecuencia "aríe más de un +-J y su tensión más de un +CJ. %in embargo! dependiendo el tipo de carga que hay que alimentar! se pueden citar otros condicionantes que también afectan a las "ariaciones de frecuencia y de tensión. %e determinarán las características de arranque de los motores! como las corrientes de arranque y el tipo 3directo o en estrella2triángulo! etc...1. 6ntes de parar un grupo electrógeno hay que reducir su carga a cero transfiriendo la carga a otras fuentes y después abrir el interruptor automático del grupo. El grupo deberá girar algunos minutos en "acío para permitir su refrigeración antes de pararlo. En ciertos casos es necesario continuar el sistema de refrigeración después de parado el grupo! para e liminar el calor latente de la máquina. Es necesario hacer funcionar un grupo electrógeno periódicamente. Para una instalación que pueda soportar un corte bre"e! cuando abre el interruptor automático de alimentación normal se da automáticamente orden de arranque al grupo electrógeno! que toma entonces la carga! pasándose a la alimentación de emergencia. (espués de un tiempo de funcionamiento determinado! se puede abrir el interruptor automático de alimentación de emergencia y cerrar el interruptor Knormal.
4.#.
Fucio!(ieto isócroo
Los grupos electrógenos están dise9ados normalmente para funcionar de modo aislado 3llamado también modo isócrono o en isla1. En este caso la frecuencia estará controlada por el regulador de "elocidad del grupo. Las sobrecargas que sobrepasan la potencia má#ima del grupo electrógeno pro"ocan una disminución de la frecuencia! lo que podría hacer actuar el sistema de descone#ión de algunos receptores 3desenganchado1.
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El regulador de tensión del grupo asegurará la estabilidad de la tensión del circuito alimentado. $n grupo electrógeno está normalmente pre"isto para funcionar con un factor de potencia de -!H y puede! por tanto! alimentar la mayor parte de las cargas industriales sin a9adir un equipo de compensación de potencia reacti"a.
4.'.
Fucio!(ieto e p!r!lelo co l! red p?3lic!
4./.
Fucio!(ieto e p!r!lelo de 2!rios grupos electrógeos
,omo se ha indicado anteriormente! hay casos en los que debe de estar pre"isto el funcionamiento en paralelo. Puesto que la red pública tiene una potencia muy superior! su frecuencia y su tensión se "an a imponer. El regulador de "elocidad controlará la potencia acti"a entregada por el grupo electrógeno y el regulador de tensión la potencia reacti"a. El equipo au#iliar del grupo electrógeno debe de estar programado! dependiendo de la configuración! para poder acti"ar los reguladores de "elocidad y de tensión a fin de controlar la "elocidad y la tensión en caso de funcionamiento aislado 3isócrono1! o controlar la potencia acti"a y reacti"a en el caso de funcionamiento en paralelo. Las informaciones necesarias para este obeti"o se toman de contactos au#iliares del cuadro general y se en"ían al grupo electrógeno. Mormalmente! para el funcionamiento en paralelo! se utilizan grupos electrógenos de potencias similares. Day tres esquemas tipo& a1 7odos los grupos! sal"o uno! están austados para suministrar una potencia acti"a y reacti"a fias. $n grupo trabaa en modo isócrono y entrega las potencias acti"a y reacti"a necesarias para mantener la frecuencia y la tensión d el sistema dentro de límites admisibles. 7oda orden de modificación de la frecuencia de la tensión se en"iará al grupo electrógeno que está en modo isócrono. 7odas las fluctuaciones de potencia serán absorbidas por este grupo electrógeno únicamente y! por tanto! un esquema con esta configuración difícilmente será aplicable a instalaciones en las que hay grandes "ariaciones de carga. b1
7odos los grupos electrógenos están en modo Kestatismo. Las potencias acti"a y reacti"a están repartidas de igual forma entre los diferentes grupos electrógenos o proporcionalmente a su potencia nominal en el caso de que sean grupos de potencias nominales diferentes. Las fluctuaciones de carga pro"ocan "ariaciones de tensión y "elocidad según una recta característica con pendiente negati"a! perdiéndose en general un ?J para "ariaciones de carga comprendidas entre el - y el +--J. Puesto que la sincronización de grupos electrógenos con otra fuente de energía no puede hacerse austando esta recta característica! este esquema no puede normalmente utilizarse cuando se ha de funcionar en paralelo con otras fuentes de energía.
c1 7odos los grupos electrógenos están conectados a una unidad de control de reparto de carga! de manera que se reparte la potencia acti"a y reacti"a. La ,igur! ; representa un eemplo de esta configuración. El regulador de "elocidad de cada grupo recibe la referencia de auste de la potencia acti"a del repartidor de potencia acti"a! el cual asegura también la regulación de la frecuencia. (e la misma forma! cada uno de los reguladores de e#citación recibe la referencia de auste de la potencia reacti"a del repartidor de potencia reacti"a! asegurando a la "ez la regulación de tensión. Este esquema permite una gran "ariación de la carga sin fluctuaciones de la frecuencia o de la tensión
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Fig. ;" *uncionamiento en paralelo utilizando un repartidor de carga.
7. &ROTECCIÓN DE$ %RU&O E$ECTRÓ%ENO 7.1.
&ricipio geer!l de protecció
Puesto que los grupos electrógenos son fuentes de energía eléctrica! los relés de protección de má#ima corriente deben de estar conectados a los transformadores de corriente del neutro de los arrollamientos del estator para pre"enir los defectos en los a rrollamientos del alternador. Para el funcionamiento en paralelo con otros grupos electrógenos o con la red pública son necesarios relés de protección adicionales a ni"el del interruptor automático del grupo electrógeno para los defectos lado red del grupo electrógeno. Para estos relés de protección se instalan transformadores de corriente a ni"el del interruptor automático del grupo electrógeno protegiendo así la cone#ión global del mismo. ,omo puede "erse en la ,igur! 1=! normalmente se conectan relés direccionales de potencia acti"a y reacti"a al transformador de corriente del neutro del alternador. 7ambién pueden conectarse a los transformadores de corriente asociados al interruptor automático. El emplazamiento concreto dependerá del reparto de funciones! como se describe en el apartado siguiente.
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Fig. 1=" Protecciones recomendadas de un grupo electrógeno.
7.#.
&rotecció el8ctric!
La ,igur! 1= muestra las protecciones recomendadas que son las siguientes! enumeradas con sus códigos con"encionales& %e pueden agrupar en tres grandes categorías. ' protecciones conectadas a transformador de corriente del neutro del alternador ' protecciones conectadas a los transformadores de tensión& ' protecciones conectadas a los transformadores de corriente al lado de la línea 3solamente para funcionamiento en paralelo1& La tabla de la ,igur! 11 da algunos eemplos de austes típicos de cada una de estas protecciones e indica las acciones que desencadenan. Esta información ha de ser "erificada con el fabricante de grupo electrógeno para cada aplicación. $na parada general significa la descone#ión y bloqueo del interruptor automático del grupo! corte de la e#citación y parada de la entrada de fuel o gasoil al motor.
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Fig 11" Aegulación recomendada de los relés y de las actuaciones que producen
7.'.
&roteccioes del (otor
El grupo electrógeno también debe de tener protección para la máquina de a rrastre. %e trata! sobre todo! del ni"el y la temperatura del aceite! el ni"el y la temperatura del agua y la temperatura del escape. La protección del defecto a tierra del rotor está normalmente integrada en estas protecciones debido a la necesidad de inyectar una corriente continua en el rotor. ,uando actúa una protección mecánica! la orden de parada deberá abrir el interruptor automático! pero sin permitir su rearme. ee de cero después de "arios períodos! lo que pro"oca una dificultad mayor para cortar la corriente de cortocircuito. Esto se debe a que la componente alterna decrece mucho más rápidamente que la componente continua. Para una interrupción correcta! los interruptores automáticos 7 necesitan que la corriente de cortocircuito sobrepase de forma natural el ee cero. Por tanto! en ciertos casos se debe retardar la apertura del interruptor automático el tiempo necesario para que se pueda sobrepasar el ee. Este retardo debe tenerse en cuenta en el estudio de la coordinación de los relés de protección y además podría reducir la estabilidad del sistema.
9. CONE@IÓN DE %RU&OS E$ECTRÓ%ENOS A $A RED E$CTRICA 9.1.
CoeBió l!do l0e!
Los grupos electrógenos tienen una capacidad limitada para soportar sobretensiones. ,uando se pre"é el funcionamiento en paralelo de grupos electrógenos 7 con la red! hay que p re"er también en los bornes del grupo una protección contra descargas de rayo.
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Esta protección consiste normalmente en conectar condensadores de sobretensión 3normalmente de -!= N*1 y pararrayos o limitadores de sobretensión fase2tierra en la caa de cone#ión del grupo. Estas precauciones no son necesarias en los grupos electrógenos 47 porque éstos quedan protegidos contra las descargas de rayo por la presencia de los transformadores de suministro aguas arriba. ,uando la protección contra sobretensiones está puesta en la caa de cone#ión del grupo electrógeno! se recomienda instalar los transformadores de tensión también en esta caa. %i el espacio disponible dentro de la caa es insuficiente! podrán integrarse fácilmente los transformadores de tensión en el equipo de circuito aguas abao. Los transformadores de corriente deben instalarse en la caa de cone#ión del punto neutro del alternador. %i la protección diferencial del grupo e#cluye el cable 3o las fundas de las barras1 de cone#ión lado línea! los transformadores de corriente se instalan en la caa de cone#ión lado línea del alternador. %i la protección diferencial del grupo incluye el cable 3o las fundas de las barras1 de la cone#ión lado línea! los transformadores de corriente se instalan en el cuadro aguas abao.
9.#. CoeBió l!do eutro 9.#.1. %rupo !utóo(o $n grupo electrógeno que no funciona en paralelo con otra fuente! debe de estar conectado a tierra a tra"és de una resistencia conectada entre el punto de neutro y la tierra. El fabricante del grupo electrógeno puede proporcionar una cur"a que indique la corriente de defecto que soporta en función del tiempo. La resistencia de cone#ión a tierra y los austes de los relés de protección deben de ser función de esta cur"a. En general la corriente de defecto de un grupo 7 debe de mantenerse inferior a =- 6 para e"itar cualquier da9o al estator.
9.'.
Fucio!(ieto e p!r!lelo co l! red p?3lic! o co otros grupos electrógeos
,uando "arios grupos electrógenos funcionan en paralelo o en paralelo con la red! es difícil mantener la corriente de defecto de tierra d entro de "alores aceptables. La corriente má#ima de defecto a tierra será la suma de las corrientes de defecto a tierra de todas las fuentes! por lo que fácilmente sobrepasará el "alor dado en la cur"a de resistencia antes citada. Aeducir este "alor má#imo limitando la corriente de defecto a tierra a un "alor muy bao para cada una de las fuentes tendría como consecuencia el reducir en e #ceso la corriente de defecto de cada una de las fuentes cuando hay sólo uno o dos grupos funcionando. Por esto se aconsea no conectar a tierra los puntos neutros! sino utilizar transformadores de puesta a tierra en cada uego de barras como se "e en la ,igur! 1/. ,uando se trabaa con el interruptor automático de acoplamiento de barras cerrado hay que dear conectado a tierra uno solo de estos transformadores. En cambio cuando el interruptor automático de acoplamiento de los uegos de barras está abierto! habrá que conectar a tierra un transformador en cada uno de los uegos de barras. Esto permitirá tener un "alor constante de corriente de defecto a tierra independientemente del tipo y número de fuentes utilizadas simplificando además mucho el sistema de protección a tierra. %i se produce un defecto a tierra en uno de los transformadores de puesta a tierra habrá que aislarlo! pero no será necesario parar el funcionamiento de los grupos electrógenos conectados a este uego de barras. *uncionar pro"isionalmente con un sistema no conectado a tierra! no supone un peligro inmediato para los grupos. %erá decisión del personal de mantenimiento decidir el funcionamiento posterior del sistema.
:. A&$ICACIONES DE %RU&OS E$ECTRO%ENOS :.1.
%rupos de e(ergeci!
El esquema de la ,igur! 1# representa un eemplo típico de alimentación de cargas preferentes en un edificio comercial! un peque9o emplazamiento industrial o una alimentación de socorro de una subestación de una unidad de proceso de un emplazamiento industrial importante.
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En situación normal! tanto las cargas preferentes como las no preferentes! se alimentan directamente de la red. ,uando se produce un corte de red! el interruptor automático de acoplamiento O= abre! el grupo electrógeno arranca y después el interruptor automático O0 conecta el alternador pasando la carga a ser alimentada por el grupo de emergencia. Las cargas críticas no pueden soportar ningún corte! por bre"e que éste sea! y se alimentan de forma continuada mediante un ondulador. El ondulador está equipado con un interruptor estático cuya misión 3de by2pass1 es la de conectar la carga directamente a la alimentación si aparece cualquier defecto de funcionamiento en el interior del ondulador. Para este tipo de aplicaciones la potencia de los grupos electrógenos está normalmente entre los 0C- y H-- 8B6. La "entaa de este esquema es su claridad y simplicidad. 7odas las cargas preferentes están conectadas al mismo uego de barras que el grupo electrógeno! lo que e"ita la necesidad de descone#ión y cone#ión. Por lo que se refiere a la autonomía del ondulador! puede ser de solamente +- minutos! puesto que su alimentación queda garantizada por el grupo electrógeno. %e recomienda que el ondulador y el circuito by2pass estén alimentados por el mismo uego de barras preferente.
Fig. 1#" Esquema típico de una red de alimentación eléctrica de una peque9a industria.
En un emplazamiento o polígono industrial importante! es normal tener un sistema de alimentación de emergencia centralizado! como el que se "e en la figura +0. El cuadro de emergencia principal suele estar alimentado directamente por la red! aunque en ciertos lugares se puede alimentar desde un grupo electrógeno que funcione permanentemente. El cuadro de emergencia está dise9ado de manera que permite a los grupos electrógenos funcionar en paralelo y también conectarse a la red pública. La conmutación automática de la alimentación hacia alimentación de emergencia se hace en cada subestación. Puesto que el cuadro de emergencia está permanentemente alimentado! es posible conmutar rápidamente sin corte de alimentación. La utilización de una alimentación de emergencia centralizada tiene las siguientes "entaas& ' '
enos grupos electrógenos en la instalación 3normalmente es suficiente con dos1! El sistema de emergencia permanentemente alimentado permite utilizar esquemas de transferencia rápida!
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' '
La disponibilidad de la alimentación de emergencia! incluso durante las operaciones de mantenimiento de un grupo. Los grupos electrógenos utilizados para estas instalaciones suelen ser de + a ? /.
Fig. 1'" Eemplo de sistemas de alimentación de emergencia en una gran instalación industrial.
:.#.
%rupos de geer!ció o producció
En los emplazamientos aislados! no conectados a la red pública! la alimentación de energía eléctrica pro"iene de un cierto número de grupos electrógenos! como en el esquema de principio de la ,igur! 1/. El número de grupos! n! dependerá de la potencia necesaria! pero también de la necesidad de mantenimiento periódico de uno de ellos! por lo que la energía necesaria deberá poder quedar asegurada por 3n 2+1 grupos! sin necesidad d e descone#ión de cargas. La potencia de los grupos electrógenos debe escogerse de manera que éstos funcionen al menos a un C-J de su carga nominal. $na tasa de carga menor es perudicial para el grupo. Por eemplo! un grupo electrógeno diesel cargado a menos del =-J girará en frío! dificultando una buena combustión y pro"ocando una degradación rápida del aceite de lubricación. ,on"iene e#aminar también las condiciones de funcionamiento con 3n 201! que podría ser el caso de a"ería de un grupo cuando uno de los grupos ya está parado por mantenimiento. El mayor factor de carga inicial que puede utilizarse con n grupos instalados de manera que no se necesite la descone#ión de cargas no prioritarias cuando 3n 201 grupos funcionan! puede deducirse de la e#presión&
GRUPOS ELECTROGENOS
6sí! por eemplo! el factor de carga más ele"ado para n será de H-J. La instalación de interruptores automáticos de acoplamiento entre los uegos de barras facilita las operaciones de mantenimiento. >eneralmente! durante el funcionamiento normal! todos estos interruptores automáticos están cerrados. Los cálculos de las corrientes de cortocircuito deben hacerse siempre teniendo en cuenta n grupos electrógenos! porque debe de ser posible conectar en paralelo un grupo electrógeno de reser"a antes de parar otro por mantenimiento. $na alimentación eléctrica producida a ni"el local es normalmente mucho menos potente que la alimentación eléctrica de la red pública. Por lo tanto! si se quiere mantener la estabilidad del sistema durante las condiciones de defecto! es muy probable que sea necesario disponer de un sistema de descone#ión automática de cargas o desenganche.
Fig. 1/" Emplazamiento industrial sin cone#ión a la red general. 7odos los interruptores automáticos identificados como K( están normalmente cerrados.
La ,igur! 1/ muestra esquemáticamente cada grupo electrógeno alimentando en paralelo la red industrial a tra"és de un transformador y de un interruptor automático de cone#ión. En un instante dado todos estos interruptores automáticos de cone#ión están cerrados! sal"o el del grupo electrógeno en situación de mantenimiento. $n esquema de este tipo tiene las siguientes "entaas& ' fle#ibilidad en la elección de la tensión del alternador! ' reducción de la corriente de cortocircuito má#ima en el cuadro principal! ' posibilidad de puesta a tierra del alternador mediante una impedancia ele"ada 3lo que reduce los riesgos de perudicar al alternador1.
;. EEM&$OS DE MOTORES DE %RU&OS E$ECTRO%ENOS
GRUPOS ELECTROGENOS
;.1.
D!tos T8cicos de Motores %!s
MOTOR %OM'77 Potencia bruta %6E Q 0?C F- R; a +C-- AP Mumero de cilindros en línea (iámetro de cilindros IF.C mm ,arrera del pistón +==mm Aelación de compresión +-!-&+ ,ilindrada C.ICH cm= ,iclo ? 7iempos
GRUPOS ELECTROGENOS
Aefrigeración 6gua ,irculación forzada ,onsumo a plena carga CI m=5Dora 7ipo de buías 4osch %uper ? *AFH ,apacidad de aceite del carter 0I Litros Luz de "ál"ulas 36dm5Escape1 en frió -.=- 5 -.C- mm
GRUPOS ELECTROGENOS
5I5$IO%RAFA Nor(!s ' :E, --C& :nterruptores automáticos de corriente alterna 67. ' :E, -0CC& Aelés eléctricos. ' :E, -0IH& 6paramenta bao en"ol"ente metálica para corriente alterna de tensiones asignadas superiores a + 8B e inferiores o iguales a C0 8B. ' :E, -?=I& ,onuntos de aparamenta 47 2 ,onuntos serie o deri"ados de serie. ' :%< =-?& otores alternati"os de combustión interna. ' :%< HC0H& >rupos electrógenos de corriente alterna arrastrados por motores de combustión interna.
