Sistemas de generadores puestos en paralelo, tercera parte: consideraciones sobre la instalación

Dimensionamiento de grupos electrógenos

Generalmente es una buena práctica dimensionar el sistema de puesta en paralelo con un software de dimensionamiento de generadores y solicitar la ayuda de un representante del fabricante. Muchos factores afectan el dimensionamiento de los grupos electrógenos, lo que hace que demande mucho tiempo calcular manualmente la capacidad requerida de los generadores. El software de dimensionamiento disponible de los principales fabricantes de generación de energía simplificará en gran medida este proceso y permitirá el análisis de alternativas para optimizar el tamaño de los generadores. Entre los parámetros que determinan el tamaño requerido del grupo electrógeno, se incluyen la carga del grupo electrógeno, la caída de voltaje y la caída de frecuencia máximas permitida, la altitud y la temperatura, el ciclo de trabajo, el combustible, la fase, la frecuencia y el voltaje. Es importante identificar todos los tipos y tamaños de carga que potenciará el grupo electrógeno. Además, cuando haya cargas no lineales, quizás sea necesario tener un alternador de gran tamaño.

Cuanta más información tenga sobre los parámetros que afectan el dimensionamiento, mejor será su situación. A continuación, se encuentra un análisis general de cómo las diversas cargas y factores eléctricos afectan el dimensionamiento de los grupos electrógenos.

Cargas de una sola fase y desequilibrio de la carga. Las cargas de una sola fase deberían distribuirse de la manera más uniforme posible entre las tres fases de un grupo electrógeno trifásico para usar completamente la capacidad del grupo electrógeno y limitar el desequilibrio de voltaje.

Cargas máximas. Las cargas que se conectan de manera intermitente generan cargas máximas, como las de equipos de soldadura, equipos médicos de diagnóstico por imágenes o motores. En función de cómo se tengan en cuenta las cargas cíclicas, el tamaño del generador podría aumentar o disminuir significativamente el tamaño del grupo electrógeno recomendado a pesar de los esfuerzos cuidadosos de establecer las cargas en una secuencia de arranque escalonada.

Cargas del motor. La mejor opción para dimensionar las cargas específicas del motor es mediante un software de dimensionamiento que convertirá los tipos de motores en requisitos de arranque y funcionamiento de la carga. Se debería crear un modelo de todas las cargas de motor superiores a 50 hp. Un motor grande con corriente de entrada alta puede causar una caída de voltaje del generador, lo que afectaría a otros sistemas sensibles. La manera en la que el voltaje del generador se recupera de esta caída es una función del tamaño relativo del generador. Según la gravedad de la carga, el generador debería dimensionarse para volver a alcanzar el voltaje nominal en unos pocos segundos o ciclos. Hay varios tipos de motores de voltaje reducido disponibles para disminuir los kVA de arranque de un motor en aplicaciones en las que un par motor reducido es aceptable. Reducir los kVA de arranque de un motor puede disminuir la caída de voltaje y el tamaño del grupo electrógeno, además de proporcionar un arranque mecánico más suave.

Cargas del cargador de batería. Un cargador de baterías es una carga no lineal que requiere un alternador de gran tamaño en función de la cantidad de rectificadores (pulsos). Esto es como máximo 2,5 veces la carga en uso en estado estable para cargas de tres pulsos y hasta 1,15 veces para una carga de 12 pulsos. Estas cargas generalmente se encuentran en sistemas de telecomunicaciones.

Cargas de suministro ininterrumpible de corriente (UPS). Es otro tipo de carga no lineal. El sistema de UPS (Uninterruptible Power Supply, Suministro ininterrumpible de corriente) utiliza rectificadores u otros dispositivos estáticos con el fin de convertir el voltaje de CA a voltaje de CC para cargar las baterías de almacenamiento. Los alternadores más grandes deben prevenir el sobrecalentamiento que causan las corrientes armónicas que inducen los rectificadores y limitar la distorsión de voltaje del sistema mediante el descenso de la reactancia del alternador.

Cargas de equipos médicos de diagnóstico por imágenes. Entre estos equipos se incluyen los de tomografía computarizada, resonancia magnética y radiografía. El grupo electrógeno debe dimensionarse para limitar la caída de voltaje al 10 % cuando el equipo médico de diagnóstico por imágenes se opere con todas las demás cargas ejecutadas para proteger la calidad de la imagen.

Cargas de iluminación. Además del vataje de las lámparas, se deben considerar los vatajes de todos los balastos y los factores de potencia de arranque y funcionamiento.

Cargas regenerativas. Para las cargas de ciertos equipos, como elevadores, grúas y dispositivos de levantamiento, generalmente se confía en la fuente de potencia para que vuelva a absorber la energía suministrada durante el frenado. Esto por lo general no supone un problema cuando la empresa está suministrando la potencia, ya que puede considerarse como una fuente de potencia infinita con muchas cargas. Un grupo electrógeno, en comparación, puede absorber mucha menos energía, especialmente cuando no hay otras cargas conectadas. Por lo general, el problema de regeneración puede resolverse si se garantiza que haya otras cargas conectadas que puedan absorber la energía regenerativa. Una carga regenerativa excesiva puede hacer que un grupo electrógeno tenga un exceso de velocidad y se apague.

Necesidades futuras

Un último paso de la equiparación de dimensionamiento tiene que ver con las necesidades futuras. El consumo de potencia no siempre es fijo y tiende a aumentar con el tiempo. Por lo tanto, durante el ejercicio de dimensionamiento del grupo electrógeno debe tenerse en cuenta la expansión del sistema. Incluso con soluciones de software sofisticadas, la decisión final sobre el tamaño de un grupo electrógeno debe contemplarse con un buen criterio.

Estudio de caso: sistema de generadores de respaldo de Graton

El sistema de respaldo opcional/de emergencia de Graton es más pequeño que el sistema de generadores de Encore, pero también está construido como un sistema auxiliar resistente. Inicialmente, durante la fase 1, el sistema de generadores tenía dos generadores de 1.500 kW con aprovisionamiento para un tercer generador. Durante la construcción de la fase 2, se instaló un tercer generador de 1.500 kW, lo que demostró lo sencillo que es expandir un sistema de generadores puestos en paralelo. Los generadores están ubicados fuera del edificio (consulte la Figura 3). Cada generador está equipado con transformadores montados en soportes para elevar el voltaje de salida del generador de 480 V a 21,6 kV, un recinto impermeabilizado y un tanque de subbase de 1.000 gal. El sistema de PSG (Paralleling Switchgear, Equipo de conmutación de puesta en paralelo) de puesta en paralelo es un sistema de doble bus con un alimentador entrante desde el servicio público y disyuntores alimentadores de salida prioritaria.

En Graton, las cargas de emergencia y críticas para el negocio se categorizan de la siguiente manera:

1. Cargas de emergencia:

• iluminación de salida;
• cargas de sistemas de seguridad personal y de prevención de incendios;
• bomba de incendio;
• elevadores (uno por banco);
• equipos de manejo de humo;
• sistemas esenciales de comunicación;
• iluminación de espacios eléctricos, mecánicos, de telecomunicaciones y similares.

2. Cargas críticas para el negocio:

• mesas de juegos;
• máquinas tragamonedas;
• sistemas de datos de las tragamonedas;
• salas de telecomunicaciones;
• bastidores de refrigeración;
• sistemas de UPS;
• iluminación de casinos;
• centro de datos;
• componentes de HVAC (Heating, Ventilation, and Air Conditioning; Calefacción, ventilación y aire acondicionado) y de la planta central asociados con las actividades de juegos.

3. Las funciones importantes de puesta en paralelo incluyen lo siguiente:

• Doble bus: uno para los generadores y otro para la barra colectora de carga, lo que permite probar el generador sin afectar las cargas del edificio. Durante la prueba del generador, las cargas se alimentan con la potencia del servicio público.
• PLC (Programmable Logic Controllers, Controladores lógicos programables) de respaldo en caliente dual y sistemas de batería.
• Gabinetes de control del sistema de generadores remotos.
• Ruta redundante de potencia.
• Si un generador falla, se excluirá la carga con la prioridad crítica para el negocio más baja, la prioridad 4, a fin de garantizar que el voltaje y la frecuencia de la barra colectora del generador se estabilicen y estén dentro de los parámetros aceptables. Las cargas de emergencia y la mayoría de las cargas críticas para el negocio deberían permanecer en potencia de respaldo.
• Si dos generadores fallan, todas las cargas que no sean de emergencia deberán excluirse para garantizar que el sistema de emergencia tenga una fuente de potencia confiable.

En la parte final del PSG, el sistema de distribución de cargas tiene equipos de conmutación con mecanismos de transferencia automática con fuente doble que transfieren automáticamente la energía desde la fuente del PSG y la otra energía desde la distribución de servicios públicos (consulte la Figura 4). Las cargas de emergencia y de respaldo opcionales también tienen mecanismos de transferencia automática con fuente doble. Sin embargo, la principal fuente es el alimentador de la barra colectora del generador. Esta disposición permite realizar un corte de energía para mantenimiento del equipo de conmutación de puesta en paralelo y, además, le da al personal de la planta opciones de configuraciones de alimentación alternativas para restaurar el funcionamiento en caso de una falla del sistema.

Leslie Fernandez es un ingeniero eléctrico de proyectos sénior en JBA Consulting Engineers. Tiene más de 30 años de experiencia en ingeniería, diseño y trabajo de campo, incluidos sistemas de distribución de voltaje medio para instalaciones militares, de minería, realización de túneles, fabricación de alimentos, producción de energía, instalaciones de gran altura y complejos de centros turísticos con casino.