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Cuadro conmutación grupos electrógenos
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Cuadro conmutación grupos electrógenos

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Publicación sobre la elección y uso de los ATS y cuadros de conmutación en los grupos electrógenos. …

Publicación sobre la elección y uso de los ATS y cuadros de conmutación en los grupos electrógenos.
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  • 1. Grupo electrógeno y compatibilidad del UPS “Nuestra energía trabajando para ti.”Este documento analiza los problemas que se pueden El solo hecho de sobredimensionar no garantizará unencontrar al operar equipos UPS en equipos de grupos rendimiento operacional exitoso, y tendrá comoelectrógenos, explica las razones que hay detrás de resultado costos de operación e instalaciónalgunos problemas e identifica los pasos que se pueden innecesariamente altos.seguir para minimizar los problemas de compatibilidad Entonces, ¿qué puede hacerse para mejorar el costo,entre grupos electrógenos y equipos UPS estáticos. rendimiento y confiabilidad de los sistemas de energía que incluyen equipos UPS y generadores? Sabiduría convencional y problemas relacionados Las respuestas están en comprender los problemas que pueden ocurrir y lo que pueden hacer los proveedoresSegún una “sabiduría convencional”, un grupo para prevenir que estos sucedan.electrógeno destinado para usarse con un UPS debedimensionarse para que el grupo electrógeno tenga Los problemas de compatibilidad del grupo electrógenosiempre dos a cinco veces la capacidad de un UPS. son más pronunciados en pequeños grupos electrógenos (por debajo de 100 kW), y particularmente en gruposUn problema con esa norma es que no hay un consenso electrógenos con gas natural como combustible. Losfirme en la industria respecto a qué número exacto usar y problemas ocurren con mayor frecuencia cuando el UPSpoca base técnica para las recomendaciones es la única carga en el grupo electrógeno, o es la cargabasándose solamente en el dimensionamiento. Se han individual más grande en el sistema. El simple diseñoobservado casos donde cargas del SCR tan pequeñas basado en situaciones que se ajustan a estos casoscomo 3 kW han perturbado la operación de un grupo podría evitar muchos problemas.electrógeno de 100 kW.¿Alguien sugeriría que los grupos electrógenos se corrijan La incompatibilidad del grupo electrógeno y el UPS espara afrontar esta situación? Además, aun si se siguiera particularmente difícil de explicar cuando equiposesa “regla”, no hay garantía de que el grupo iguales en dos sitios separados pueden trabajar deelectrógeno provea con éxito energía a la carga. El manera diferente; y especialmente cuando ambos,proveedor de UPS por lo general no puede ofrecer una tanto el UPS como el grupo electrógeno, funcionangarantía sin limitaciones de que un grupo electrógeno normalmente hasta que se hace un intento para queespecífico funcionará en una aplicación, y el proveedor funcionen juntos.del grupo electrógeno no garantizará que un UPSfuncione con éxito en un grupo electrógeno específico. Cuando ocurre una falla en el sistema, la reacción natural es asumir que algo anda mal en el rendimientoCon un factor de corrección tan pequeño como “dos del UPS o del grupo electrógeno. Esta suposición aveces”, incluso si la carga funciona con éxito, el menudo no es verdadera. Por lo tanto, es importantesobredimensionamiento del grupo electrógeno puede comprender en primer lugar que existen diversos modostener como resultado costos de instalación y equipos de fallas de compatibilidad en el UPS/grupo electrógenoinnecesariamente altos, exceso de requerimientos de y luego, aplicar la solución apropiada al problemaespacio en las instalaciones y costos de diseño, junto con específico encontrado.problemas potenciales de operación y servicio del grupoelectrógeno por hacer funcionar el motor o el grupoelectrógeno con carga baja.
  • 2. El primer paso es estar seguro de que el grupo Por consiguiente, es posible que un grupo electrógenoelectrógeno y el equipo UPS estén ambos funcionando comience, le dé energía a un banco de carga y llevecorrectamente. algunas cargas sin problemas, y aún así no lleve cargasEsto puede requerir una prueba del grupo electrógeno de UPS específicas debido a desajustes o deficienciasbajo varias condiciones de carga para validar la sutiles de los componentes o del sistema. O, un simplecapacidad de conducción de carga y la estabilidad amortiguamiento, en especial de la respuesta del sistematransitoria. Desde ese punto podemos comenzar a de regulación de voltaje, permitirá una operaciónevaluar varios posibles problemas de compatibilidad por estable.los síntomas de los modos de fallas. Al categorizar estosmodos de fallas, se pueden identificar algunas áreas Estos problemas serán extremadamente difíciles decomunes de problemas con grupos electrógenos: detectar en el sitio de trabajo, ya que normalmente no hay un equipo de monitoreo disponible en el sitio que► estabilidad de frecuencia deficiente debido a pueda permitir al técnico detectar estas condiciones. Sidesajustes o mal funcionamiento de los componentes no está disponible una muestra de rendimiento► sensibilidad del regulador de voltaje: distorsión del adecuado, es difícil evaluar el rendimiento en el lugar devoltaje de salida trabajo para saber si es aceptable o deficiente de alguna manera. Finalmente, puede ser necesario hacer► estabilidad de frecuencia o de voltaje deficiente pruebas en varios niveles de carga para encontrar eldebido a problemas de compatibilidad de control de punto de inestabilidad que está causando un problema.bucles► selección de filtro u operación de un UPS inapropiados Los grupos electrógenos usados en aplicaciones de UPS se deben probar en la fábrica con la carga y factor deAdemás, los efectos del calentamiento por cargas no potencia especificados. Las pruebas deben incluirlineales también deben considerarse para que se pruebas de cargas transitorias en varios niveles de cargapuedan diseñar sistemas seguros con vida útil aceptable con verificación de la caída de voltaje y tiempos depara el equipo involucrado. Los efectos del recuperación, y la observación de una respuesta aisladacalentamiento no tendrán efectos inmediatos, pero del sistema en la recuperación luego de una carga.pueden causar falla prematura del alternador. Estos resultados deben ser comparados con el prototipo Desajustes de información de prueba para verificar que la unidad esté funcionando de manera correcta. Nótese que losA los grupos electrógenos que atienden cargas lineales valores absolutos no son necesariamente tan importantesde estado estacionario, dada la naturaleza de la calidad como la verificación de la estabilidad del sistema, y lade la energía de la carga requerida, normalmente no se ausencia de componentes con mal funcionamiento.les exige que funcionen en el máximo de estabilidad en Nótese también que es razonable requerir que la pruebael estado estacionario y de los niveles de rendimiento de de fábrica incluya el factor de potencia clasicado, yarespuesta transitoria. A menudo se ajustan en la fábrica que la regulación del voltaje en el estado estacionario espara responder de la forma más rápida a los cambios de afectada por el factor de potencia de la carga.carga.En consecuencia, la gran cantidad de ajustes que se Cuando se encuentra un problema de estabilidad en el sitio de trabajo y las pruebas y diagnósticos normales nopueden realizar en los circuitos de mando y regulador de detectan un problema, una prueba completa de cargavoltaje pueden no estar optimizados, pero el rendimientodel sistema en general puede todavía ser aceptable. con un banco de carga con varias cargas puede ser deHasta es posible que el grupo electrógeno pueda quedar ayuda para vericar la capacidad del sistema para quediscapacitado por un componente que funcione funcione de manera correcta.parcialmente (como una varilla de actuador pegada) y Cuando se hace este tipo de pruebas en el sitio deaún funcione suficientemente bien para atender muchas trabajo resulta costoso y lleva tiempo, pero es la únicacargas. manera de verificar que el grupo electrógeno esté funcionando correctamente. Para cualquier equipo queLas cargas no lineales y otras cargas electrónicas a atienda cargas no lineales, es razonable considerar en elmenudo requieren un nivel de estabilidad más alto (es diseño las provisiones que permitan conectar fácilmentedecir, una velocidad de cambio de frecuencia más el banco de cargas al sistema, tanto para el grupobaja) que las cargas lineales de un grupo electrógeno. electrógeno como para el UPS.
  • 3. Síntoma Problema Potencial El regulador de voltaje detecta el nivel del voltaje de ► frecuencia o voltaje salida del grupo electrógeno directamente desde las inadecuado del generador conexiones de salida de energía y, en base a un puntoFalla de acoplamiento eléctrico de referencia determinado, cambia la energía de salida(“lock on”) a la ► poca estabilidad de al excitador del generador eléctrico para mantener elenergía del generador frecuencia del generador voltaje. Nótese que la energía para que funcione eleléctrico eléctrico regulador de voltaje proviene de la salida del grupo ► requisitos de rendimiento no electrógeno. Este sistema de excitación se denomina tipo realistas “shunt” o desviado. ► sensibilidad del regulador ALTERNADOR DE EXCITACIÓN DESVIADOInestabilidad del de voltaje ►compatibilidad de bucle degenerador eléctrico control ► interacción de filtro/control ► problema de AVR o mando ► frecuenciaon o voltaje fuera de rango ► estabilidad de frecuencia deficienteFalla al sincronizar el ► requisitos de rendimiento nobypass realistas ► cambios a la carga total del FIGURA 1: En este dibujo esquemático de un alternador de excitación sistema desviado, nótese que el regulador de voltaje detecta el nivel del voltaje ► distorsión de voltaje de y conduce la energía de excitación desde la salida del campo salida del generador eléctrico principal del alternador.Inestabilidad en niveles ► compatibilidad de losde carga específicos bucles de control Ya que el AVR detecta directamente la salida del alternador, debe estar diseñado para funcionar conInestabilidad en ► compatibilidad de los éxito cuando la forma de onda de voltaje detectadacambios de carga bucles de control está distorsionada por la alimentación de energía a cargas no lineales. La carga de corriente extraída por el ► distorsión de voltaje deErrores de medición UPS en una operación normal no sigue un patrón salida del generador sinusoidal. Por consiguiente, la forma de onda de voltajePérdida del control de ► exceso de capacitancia en de la fuente que proporciona la energía al UPS tambiénvoltaje los filtros vs. carga se distorsiona. Los efectos de la distorsión de la forma deTABLA 1: Síntomas comunes y posibles problemas asociados con grupos onda, que pueden causar perjuicios signicativos en laelectrógenos que operan con cargas de UPS. operación de sistemas que reciben energía de la red pública debido a efectos de calentamiento, van a tener Sensibilidad del regulador de voltaje efectos aun más pronunciados en los grupos electrógenos.Un grupo electrógeno usa un regulador de voltaje Esta distorsión de la forma de onda de voltaje puedeautomático (automatic voltage regulator, AVR) para causar un funcionamiento incorrecto de los gruposmonitorear el voltaje de salida del grupo electrógeno ycontrolar la fuerza del campo de la máquina para electrógenos con algunos tipos de reguladores de voltaje, especialmente los AVR que utilizan SCR paramantener un voltaje constante en la salida del grupoelectrógeno bajo varias condiciones de estados encender y apagar la energía de excitación. Estos AVRestacionarios con carga. tienen un buen rendimiento cuando se da energía a cargas lineales, pero pueden fallar al operar enLa FIGURA 1 ilustra el diseño típico de un grupo situaciones donde las formas de ondas de voltaje sonelectrógeno. perturbadas por cargas no lineales.
  • 4. Bajo condiciones normales (cargas lineales), el AVR Por consiguiente, el nivel de voltaje en la salida baja, eldetectará el nivel de voltaje de la salida del alternador y AVR intenta incrementar el nivel de voltaje al encenderen base al nivel del voltaje sincronizará el disparo del SCR antes el SCR y compensa en exceso el problema. Elpara que una cantidad de energía medida (el área bajo resultado final es que el nivel del voltaje en la salida della curva de excitación) alcance al excitador (FIGURA alternador comienza a oscilar. Ya que la carga real en3a). Nótese que el SCR está “apagado” por kilovatios del motor es una función directa del voltaje, laautoconmutación, ya que la forma de onda de voltaje se variación del voltaje del AVR causa pulsaciones deacerca a su punto de cruce por cero. potencia real al motor del grupo electrógeno. Estas pulsaciones de energía causan que la acción de mando sea pulsante, y la frecuencia sea oscilante, lo cual hace que el problema sea aun peor ya que la mayoría de los grupos electrógenos incorporan una atenuación del voltaje con un cambio en frecuencia. La frecuencia rápidamente cambiante también puede provocar un funcionamiento incorrecto del equipo UPS. Consulte “Compatibilidad de los bucles de control” en este documento. Una gran cantidad de mandos en muchos de los grupos electrógenos se cambiaron antes de que el problema central fuera diagnosticado. Con el diagnóstico adecuado en la mano, los primeros intentos de corregir el problema giran en torno al aislamiento del AVR de la distorsión de la forma onda mediante: ► la aplicación de filtros a la entrada de detección del AVR para prevenir que la distorsión de voltaje alcance el AVR; ► la aplicación de transformadores aislantes a la entrada dedetección del AVR Estas “soluciones”, sin embargo, no siempre estuvieron libres de efectos secundarios. El mismo filtro de entrada que previno que la distorsión de la forma de onda perturbara al AVR basado en SCR, también impidió que el regulador respondiera rápidamente a las demandas de kVA reales, en aplicaciones de encendio de grandes motores, por ejemplo. Entonces, si bien el filtro ayudaría a mantener estable el sistema, podría impedir el funcionamiento adecuado de otras cargas, a menos que el grupo electrógeno se haya sobredimensionado. Otro problema con el filtrado fue que tendía a tener éxito sólo cuando laFIGURA 2 (a,b,c): Comparación de la distorsión del voltaje y la corrientevista en la entrada de un UPS de 80kVA funcionando con una carga de distorsión de la forma de onda no era demasiado grave,60 kW mientras funciona en la red pública y en un grupo electrógeno como cuando la carga total de SCR en el generadorde 150 kW con los filtros en funcionamiento y mientras no funciona. eléctrico era sólo 30-50% del total de la capacidad delLa distorsión armónica total del voltaje es de aproximadamente 11,4% generador eléctrico.cuando funciona en un grupo electrógeno sin filtros.
  • 5. Los transformadores de aislamiento aplicados no siempre SISTEMA DE EXCITACIÓN CON MODULACIÓN DE LA AMPLITUD DEL PULSO (PWM)serían exitosos en eliminar una cantidad suciente dedistorsión de la forma de onda para permitir unaoperaciónestable, ya que para eliminar de manera exitosa lasdistorsiones de la forma de onda signicativas seríannecesarios arreglos de transformadores especializados(diferentes a los armónicos triple-N).Debido a las limitaciones en el ltrado de las entradas delAVR, muchos fabricantes diseñaron reguladores devoltaje de alta velocidad que proporcionan una salidacon modulación de la amplitud del pulso para el FIGURA 3c: Los disparadores múltiples y la salida pulsada brindan los niveles de excitación adecuados sin importar el nivel de distorsión de laexcitador del alternador. Estos AVR detectan con forma de onda.exactitud los valores de voltaje RMS reales y brindan laenergía de excitación en cortos “impulsos”, en lugar de Por consiguiente, la cantidad de energía de excitacióndepender de la conmutación de la forma de onda de entregada al excitador del alternador no se ve afectadavoltaje CA para apagar la energía de excitación por la muesca de la forma de onda y el AVR es inmune a(FIGURA 3c). los problemas de operación relacionados con la distorsión de la forma de onda.SISTEMA DE EXCITACIÓN CONTROLADO POR SCR El uso de los AVR de detección trifásicos es también de gran ayuda para reducir el efecto de la distorsión de la forma de onda sobre un sistema de control de alternador. Será particularmente efectivo cuando las cargas monofásicas de SCR estén causando la perturbación del sistema. Los circuitos de detección RMS trifásicos también son de ayuda para mantener una regulación del voltaje confiable para los grupos electrógenos que atienden cargas no lineales, ya que pueden percibir el nivel de voltaje de manera exacta sinFIGURA 3a: Nótese que el disparador único de entrada “enciende” la importar la magnitud de la distorsión sobre la forma deenergía de excitación y el cruce del voltaje CA lo apaga. Cuando el onda de voltaje a la salida del alternador.regulador se aplica a cargas no lineales, la muesca de la forma de Otra forma de mejorar el sistema del alternador que haonda hace que el SCR en el AVR se apague en el momento incorrecto,entonces el excitador no recibe el nivel de energía adecuado para sido aplicado es el uso de sistemas de excitaciónmantener el nivel de voltaje de salida del generador eléctrico (FIGURA respaldados por un generador eléctrico magnético3b). permanente (permanent magnet generator, PMG). ENSISTEMA DE EXCITACIÓN CONTROLADO POR SCR CON FORMA DE ONDA un grupo electrógeno de tipo PMG, el AVR quita energíaDE VOLTAJE DE ENTRADA DISTORSIONADA del geenrador magnético permanenteacoplado sobre el eje del alternador, en lugar de la salida del alternador (FIGURA 4). Ya que el PMG brindará energía constante en la salida siempre y cuando el eje del alternador esté girando, y dado que está completamente aislado de una carga inducida por la distorsión de la forma de onda de voltage, el PMG brindará una fuente de energía aislada confiable para el AVR en situaciones en que haya distorsión significativa de la forma de onda de voltaje.FIGURA 3b: Nótese que el disparador único se enciende en el momentocorrecto, pero la muesca de la forma de onda hace que el AVR“desconecte” la energía hacia el excitador demasiado pronto.
  • 6. ALTERNADOR CON UN GENERADOR MAGNÉTICO PERMANENTE (PMG) Sin embargo, si el mismo alternador fuera suministrado con aislamiento clase H en lugar de clase F, habría un margen de 20 grados centígrados de protección térmica agregado; en consecuencia, la temperatura del aislamiento del alternador especicada probablemente no se excedería aun con cargas no lineales aplicadas. En un sentido práctico, prácticamente todos los grupos electrógenos se proporcionan inicialmente con alternadores sobredimensionados para proporcionar al motor la capacidad de arranque necesaria y paraFIGURA 4: Dibujo esquemático de un alternador con un generador brindar un rendimiento de la caída del voltaje requeridomagnético permanente (PMG) para respaldo de excitación. El con la máxima carga que se aplicará al sistema (aunqueregulador de voltaje detecta el nivel de voltaje de salida del alternador, la diversidad de carga es tal que es muy improbable quepero la energía de excitación es derivada del PMG. la carga completa se aplique al grupo electrógeno simultáneamente). Efectos del calentamiento Por lo tanto, cuando se utilizan cargas no lineales en unaLos grupos electrógenos, como otros componentes instalación, operadas por un grupo electrógeno,eléctricos de los edicios, se ven afectados por el generalmente hay un exceso de capacidad en el diseñocalentamiento causado por las cargas no lineales. Estos del alternador, por lo tanto, el sobrecalentamiento delefectos del calentamiento incluyen histéresis anormal, alternador debido a cargas no lineales no es unacorriente parásita y pérdidas por efecto pelicular. En preocupación mayor. No obstante, si la cantidad totaltérminos simples, el alternador funciona a una de cargas no lineales en el sistema está cerca de latemperatura interna más alta que la temperatura interna especicación del estado estacionario del gruponormal cuando sirve las cargas SCR. El dimensionamiento electrógeno, el uso de alternadores corregidos puedeincorrecto para los efectos de las cargas no lineales brindar la capacidad necesaria para hacer funcionar lapuede causar fallas prematuras del alternador debido al máquina con las cargas no lineales aplicadas.calentamiento anormal en la máquina. Dado que la capacidad del alternador es relativamenteSin embargo, los grupos electrógenos por lo general se barata, no es un costo significativo para el costo inicial deven menos afectados que la mayoría de las cargas y los la instalación. El aislamiento clase H brinda unacomponentes de distribución del sistema. Los principales resistencia adicional a las altas temperaturas sobre losproblemas en los grupos electrógenos son el sistemas de aislamiento clase F.dimensionamiento adecuado y permitir que losconductores neutros de tamaños adecuados se El diseñador del sistema debe verificar que seconecten a los grupos electrógenos. La corrección del proporcione un dimensionamiento adecuado para laalternador para cargas no lineales puede ser necesaria caja de unión y el área de terminación del arrastre parasólo si la especificación del alternador Standby y la del aquellas aplicaciones donde se especifique ungrupo electrógeno son iguales. sobredimensionado neutro.Por ejemplo, si un alternador de 500 kW con aislamiento Distorsión de voltaje de salidaclase F se suministra en un grupo electrógeno de 500 kW,entonces con el grupo electrógeno funcionando con Los diseñadores de las instalaciones generalmente estánuna carga y un factor de potencia especificados y bien al tanto del impacto potencial de las cargas nollevando cargas no lineales, el alternador estaría lineales sobre la calidad de la forma de onda de voltajefuncionando a una temperatura superior a su en sus aplicaciones. La degradación de la calidad de latemperatura especificada. Esto daría origen al forma de onda de voltaje puede causar efectos desobrecalentamiento y falla prematura del alternador. calentamiento y poca vida en los motores, funcionamiento incorrecto de algunas cargas e incluso alarmas de “bypass no disponible” en el equipo UPS.
  • 7. Dado que el grupo electrógeno tiene una impedancia Un error común del diseñador es intentar reducir lamás alta que el servicio de la red pública normal, estos distorsión de la forma de onda de un grupo electrógenoefectos serán mucho más aparentes mientras se opera para que se encuentre dentro de los requisitos delcon energía del grupo electrógeno que con la red IEEE519.pública. (Por ejemplo, consulte la FIGURA 2). Por lo tanto, (Aproximadamente un 5% de THD de voltaje). Estesi bien los diseñadores están al tanto del problema estándar está dirigido a los sistemas de energía de redpotencial, la mayor dicultad es determinar qué nivel de pública y causará un sobredimensionamientocalidad de la forma de onda de voltaje se requiere para innecesario de los alternadores en muchas aplicacionesel funcionamiento exitoso del sistema, y luego especificar de reserva.un alternador que brinde este nivel de rendimiento. La distorsión de voltaje real observada en un circuitoEste problema es aún más complicado por el hecho de autónomo de un generador eléctrico está directamenteque la magnitud de la distorsión de la forma de onda es relacionada con la reactancia subtransitoria delafectada por el tipo de dispositivo de energía, el nivel de alternador (X”d). Un grupo electrógeno configurado concarga en el dispositivo y el número y tipo de otras cargas una reactancia subtransitoria baja se desempeñaráque están operando en el sistema de distribución. Las signicativamente mejor que una unidad con unapruebas en dispositivos de cargas específicos en reactancia más alta. Para grupos electrógenos quealternadores con características especícas permiten el funcionan por debajo de 600 V, una buenadesarrollo de una herramienta gráca, la cual se puede recomendación es que la X no debe ser mayor queusar para estimar la calidad de la forma de onda del aproximadamente 0,12 a 0,15 por unidad. Por lo tanto,voltaje resultante con magnitudes especícas de cargas comparado con la impedancia de una fuente deno lineales, aplicadas a un alternador. En la FIGURA 5 se energía pública normal, un generador al cual se le exigemuestra una gráca de este tipo. Nótese que, por cumplir con IEEE519 puede tener el doble de tamaño queejemplo, con un alternador que tiene 50% de su nivel de el requerido para operar cargas de manera exitosa.carga especicada como motores con control de 6pulsos, se puede predecir una distorsión de voltaje de El equipo de ltración ubicado en el dispositivo de cargaaproximadamente 13%. Si la carga es un recticador de también ayuda a reducir la distorsión de voltaje total. Latelecomunicación de 6 pulsos, la distorsión de voltaje FIGURA 2 ilustra el impacto del ltro en la aplicación alserá sólo de aproximadamente 5%. usar un UPS de 80 KVA y un grupo electrógeno de 150 kW. Nótese que cuando se aplica el ltro, las formas de onda del voltaje y la corriente son mucho más “limpias”. Sin embargo, el filtro siempre se debe aplicar cuidadosamente ya que puede tener efectos secundarios inesperados. En la FIGURA 2, la distorsión en general es mucho más baja, pero el filtro tuvo como consecuencia cruces por cero adicionales, lo cual puede perturbar el funcionamiento de algunos dispositivos de carga. Además, el filtro puede tener efectos negativos en los grupos electrógenos cuando la carga en el dispositivo que se filtra y el grupo electrógeno es muy baja. En estas situaciones, el factor de potencia total de la carga visto por el grupo electrógeno puede tornarse primordial, y el grupo electrógeno puede ser incapaz de regular adecuadamente su voltaje. El paso del alternador a veces se menciona como un factor al elegir un alternador con un mejor rendimiento con cargas no lineales. En general, el paso del alternador tiene poco efecto en el rendimiento general del sistema,FIGURA 5: El nivel de distorsión de la forma de onda de un alternador pero si se especifica el paso del alternador, una máquinacon cargas especícas no lineales se puede calcular usando grácascomo esta. de paso 2/3 es más ventajosa porque estas máquinas no generarán armónicos de tercer orden, y el grueso de la
  • 8. forma de onda presente naturalmente en el alternador Dado que la función primaria del medidor acoplado en(cuando se da energía a cargas trifásicas será del quinto el grupo electrógeno es aumentar la durabilidad de losy séptimo orden). grupos electrógenos, estos se deben equipar conEsto constituye una ventaja a los circuitos de distribuciónmedidores analógicos, a pesar de la potencialporque los armónicos de tercer orden se suman inexactitud de los valores indicados en ciertasdirectamente en el neutro del sistema y pueden causar condiciones operativas del sistema. Para que el personalcalentamiento significativo en transformadores y sistemas pueda obtener la información exacta necesaria parade cables/bus neutro. monitorear y manejar las cargas del sistema, se pueden colocar equipos de medición digital suplementarios queLos alternadores con otros pasos pueden tener una leen las condiciones de carga en los tableros dedistorsión de la forma de onda presente en todos los interruptores o sistemas de interruptores.órdenes armónicos, generalmente con la distorsión másalta en el tercer orden. Ya que todos los armónicos de Compatibilidad de los bucles de controltercer orden inyectados sumarán en el neutro delsistema, y posiblemente causarán efectos de Cuando opera un dispositivo controlado por SCR, elcalentamiento que se suman al calentamiento causado control de la exactitud de la potencia de salida delpor las cargas no lineales, Taigüer Generadores recticador depende de la exactitud de la coordinaciónrecomienda que sólo se utilicen alternadores de paso 2/3 del disparo del SCR. El tiempo de disparo es esencialpara evitar este problema potencial. porque el SCR se prenderá en un momento específico,Ya que especicar el paso del alternador puede restringir pero el comando de “apagado” tiene su origen en unel número de proveedores que pueden proveer un evento de “cruce por cero”.hardware para un proyecto específico, muchos En un sistema de energía de la red pública esto no es undiseñadores elegirán especicar la distorsión máxima problema importante porque la frecuencia de la fuentepermisible sobre un alternador (que da energía a cargas de energía es constante, por lo tanto, los principaleslineales). Una especificación típica es permitir no más de problemas de la coordinación del disparo giranun total de 5% de distorsión armónica producida por el alrededor de la detección del cruce por cero, quealternador, con ningún nivel de armónico simple mayor puede estar enmascarado en cierta medida por lade 3%, con el alternador funcionando en el nivel de distorsión de la forma de onda de voltaje.carga especificado con cargas lineales. En un grupo electrógeno la frecuencia del voltaje de Errores en los medidores de grupos electrógenos salida no es constante. Esta varía aun entre cargas de estado estacionario en la máquina y, bajo condicionesLa medida de la salida CA de los grupos electrógenos a de carga transitorias, puede variar considerablemente. Elmenudo es una lectura de tipo análoga promedio, la término “velocidad de respuesta” se usa para describir lacual no indicará los verdaderos valores cuendo se velocidad de cambio de la frecuencia.atienden cargas no lineales. La primera desventaja deesto es que un operador no familiarizado con el sistema Se puede comenzar a comprender mejor la magnitud depuede ajustar incorrectamente el grupo electrógeno los posibles problemas de compatibilidad entre losbasado en lecturas erróneas del medidor. grupos electrógenos y las cargas basadas en SCR, cuando se toma conciencia de que muchos dispositivosDisponemos de medidores digitales exactos, los cuales se de carga requieren que la velocidad de respuesta nopueden acoplar a los grupos electrógenos, pero esta exceda 0,5 hercios/segundo. Cuando se aplica unamedición no es particularmente de ayuda al monitorear carga a un grupo electrógeno, la velocidad dey brindar un servicio al grupo electrógeno, ya que la respuesta de 10-15 hercios/segundo es común parapantalla digital intermitente no indica claramente la intervalos cortos.velocidad de cambios ni el cambio máximo de losparámetros medidos bajo condiciones de carga Si la frecuencia de la fuente de energía cambia mástransitoria, y no indica claramente la estabilidad de una rápido que la carga para la cual el dispositivo estáfunción medida. diseñado, el disparo del SCR se producirá en el momento erróneo y provocará que se transmita demasiada o muy poca energía al dispositivo de carga.
  • 9. En el siguiente ciclo de coordinación, el control lógico de Otro posible problema es que un recticador en un UPS esla carga puede comenzar a realizar correcciones de la un dispositivo de carga constante, por lo tanto, lascondición de error. Al mismo tiempo en que esto está funciones de reducción de voltaje en los reguladores deocurriendo, los controles del grupo electrógeno voltaje del grupo electrógeno diseñadas para reducir lacomenzarán a hacer correcciones para mantener la carga en el motor y permitir la recuperación del factor envelocidad y el voltaje del motor. Las correcciones del condiciones transitorias de carga, no funcionan como essistema de control del grupo electrógeno pueden esperado. Las reducciones en la salida de voltaje delcomenzar a resonar con las correcciones del sistema de generador no provocan reducciones de carga, a menoscargas. que las caídas de voltaje lleguen a un nivel tan bajo que el rectificador se apague. En efecto, los esfuerzos del AVRCuando esto ocurre, existe una incompatibilidad de los del generador eléctrico por reducir el voltaje puedenbucles de control. Esta incompatibilidad puede ser difícil empeorar el rendimiento del sistema, especialmentede diagnosticar en forma correcta porque los síntomas cuando la mayor parte de la carga es un equipo UPS. Enson muy similares a otros problemas de control del grupo estos casos puede ser necesario ajustar la función deelectrógeno. atenuación (roll-off) de voltios/hercios a una frecuenciaLos síntomas pueden aparecer inmediatamente cuando significativamente menor.el grupo electrógeno intenta dar energía a una cargaespecífica. Esta situación puede ser difícil de diagnosticar dado queEn la FIGURA 6 se puede ver el trazado oscilográfico de la estabilidad y respuesta características de un gruposalida de un grupo electrógeno de 200 kW intentando electrógeno pueden variar según la temperaturadar energía a un UPS de 125 kVA. El trazado superior es el ambiente, el tipo y las condiciones del combustible yvoltaje de la fase A, la segunda línea es la corriente de la muchos otros factores. Es posible que el sistema estéfase A, la segunda línea es la corriente de la fase A, luego estable un día e inestable al otro día. Obviamente, no seel voltaje de la fase B, corriente de la fase B y corriente puede inspeccionar físicamente cada control dedel sistema de excitación del grupo electrógeno. mando, regulador de voltaje o placa de circuitos del UPS en particular, y deducir si van a experimentar problemasAntes de tomar esta carga, el grupo electrógeno estaba de compatibilidad de bucle de control o no. De maneraestable bajo todas las condiciones de estado similar, no se consigue información suficiente paraestacionario y transitorias. La entrada del UPS se acopló resolver el problema mediante la comprensión de laal grupo electrógeno, y comenzó a aumentar la carga lógica y el control de uno de los componentes delen el grupo electrógeno. Sin embargo, a medida que la sistema. Se necesitará un esfuerzo cooperativo entrecarga aumentaba, el sistema se tornó inestable y el todos los proveedores de equipos para resolver estossistema de mando del grupo electrógeno comenzó a problemas.oscilar frenéticamente. Solamente se puede probar si la compatibilidad esEn este punto es tentador comenzar a hacer ajustes de problema potencial en un lugar mediante pruebas y laestabilidad y ganancia del mando, cuando en realidad experiencia. Las soluciones a los problemas deel grupo electrógeno simplemente está respondiendo a compatibilidad de bucle de control pueden consistir en modificaciones al control lógico de disparo del SCR,la carga real que se aplica a su salida. Esta carga real dimensionamiento del grupo electrógeno o ajustesestá pulsante debido a errores en el disparo de los SCR enla carga como resultado de los cambios de frecuencia adecuados de los controles del grupo electrógeno.en el grupo electrógeno. Estos ajustes de los controles del grupo electrógeno serán más exitosos si el grupo electrógeno tiene un rango deLa incompatibilidad de control también es difícil de ajuste amplio tanto para los controles de mando de ladiagnosticar porque puede ocurrir en cualquier velocidad del motor como para los controles de lamomento y con cualquier nivel de carga. En el ejemplo regulación del voltaje.que se muestra en la FIGURA 6a, el grupo electrógenoestaba funcionando con normalidad y manejaba la Debe hacerse notar que los grupos electrógenos decarga del UPS sin ningún problema. emergencia generalmente se diseñan y configuran paraDe repente, sin motivo aparente, el sistema comenzó a proporcionar a las cargas de las instalaciones el serviciooscilar como se ve en la FIGURA 6a. lo más rápidamente posible, y la respuesta de rendimiento transitorio más rápida posible cuando se aplica una carga.
  • 10. Los fabricantes de grupos electrógenos a veces señalan Algunas instalaciones incorporaron racks de cargalos resultados del rendimiento transitorio con resistiva para grupos electrógenos que atiendenconsiderable orgullo por su trabajo. Este rendimiento se exclusivamente equipos de UPS, de manera que hayalogra al llevar al grupo electrógeno a responder tan alguna carga lineal presente en el grupo electrógenorápido que se vuelva inestable, y volviendo los ajustes un cuando el UPS comienza el proceso de establecimientopoco hacia atrás para que quede cerca de la de la rampa. En general, un banco de cargainestabilidad cuando funciona con cargas sensibles. dimensionado para aproximadamente el 10% de la capacidad Standby del grupo electrógeno debe serAl alimentar las cargas del UPS, la respuesta rápida no es suficiente para estabilizar el sistema.la preocupación central. Los equipos UPS son muytolerantes a las excursiones de voltaje y frecuencia, pero Finalmente, la solución para la compatibilidad entre losmuy intolerantes a cambios rápidos en estos parámetros. componentes del sistema se puede resolver másPor eso, la configuración de un grupo electrógeno para fácilmente en el control lógico de disparo del SRC delel tipo de funcionamiento típico de emergencia puede UPS. Muchos sistemas UPS actualmente incluyen unno resultar en el mejor rendimiento del sistema en su control lógico que compensa más efectivamente losconjunto, particularmente cuando el UPS es la carga cambios rápidos en la frecuencia de la energía deprincipal del sistema de emergencia. entrada.Al mismo tiempo, si el grupo electrógeno se “desajusta” Limitaciones de los sistemas UPS alimentados porpara un mejor rendimiento con el UPS, se debe tener en grupos electrógenosmente que esto va a tener un impacto sobre lacapacidad del grupo electrógeno de atender otras Un grupo electrógeno no es una fuente de energía de lacargas del sistema de la mejor manera, en especial el red pública y no puede llegar al mismo rendimiento queencendido de grandes motores. El uso de un esta red en el suministro de energía a un UPS y las cargasprocedimiento de encendido/dimensionamiento que del UPS. En particular, se debe tomar en consideración elincorpore datos reales del grupo electrógeno junto con hecho de que la frecuencia del generador eléctrico nouna comprensión de los requerimientos de un encendido va a ser tan constante como la de la red pública, y estoexitoso del motor pueden ayudar a lograr los ajustes para producirá un impacto en el rendimiento del sistema enel mejor rendimiento del sistema. general.Cuando sea necesario reajustar el rendimiento del grupo El mejor rendimiento en estado estacionario disponibleelectrógeno, conviene comenzar por amortiguar la en el mercado para un grupo electrógeno de motorganancia en el AVR. Éste responde mucho más rápido recíproco diesel es de 60 hercios más-menos 0,25%. (Losque el sistema de mando del motor, por ello es más grupos electrógenos con gas natural como combustibleprobable que este sea la fuente de un problema en lugar pueden no alcanzar este nivel de rendimiento). Cuandodel mando, aun cuando los cambios de frecuencia se aplica una carga, el voltaje y la frecuencia puedenparezcan ser el problema. bajar de un 20-30%. La magnitud de la caída puede controlarse mediante el dimensionamiento adecuadoOtra táctica que se puede usar para disminuir la del grupo electrógeno.probabilidad de incompatibilidad de los bucles decontrol es diseñar el sistema de tal manera que el grupo Los grupos electrógenos pueden ser suministrados conelectrógeno no se cargue en una forma tal que vea mandos isócronos o de caída. En los grupos electrógenosgrandes frecuencias transitorias, particularmente con mando de caída, la frecuencia de la salida no esmientras el grupo electrógeno esté dando energía al UPS una constante de 50 ó 60 hercios, sino que varía endespués de una falla de energía. Esto significa que los función directa de la carga del sistema. En los grupospasos de carga que se apliquen al sistema deben ser tan electrógenos con mando de caída, la frecuencia delpequeños como sea posible en relación con el tamaño estado estacionario variará desde 3-5% comparando sindel grupo electrógeno, y que el grupo electrógeno tenga carga con carga completa, y generalmente, elotras cargas de las instalaciones antes de que se rendimiento del estado estacionario no será tan buenoestablezca la rampa del UPS. Si la frecuencia se puede como con un mando electrónico isócrono.controlar con una franja operativa de más-menos 0,5hercios mediante dimensionamiento cuidadoso y Probablemente, la mejor velocidad de respuestaaplicación de las cargas, la incompatibilidad de los (velocidad de cambio de frecuencia) que se puedebucles de control será un problema menor. lograr por un grupo electrógeno con una carga estable
  • 11. es 1 hercio por segundo. Cuando se aplican las cargas al eliminación de carga.grupo electrógeno, la velocidad de respuestageneralmente excede los 3 Hz/ segundo por un breve El grupo electrógeno generalmente no va a ser capaz deperiodo de tiempo. Esto provoca impacto en el sistema duplicar ese rendimiento de la forma de onda de voltajeen dos áreas. Primero, cuando el UPS establece la rampa de la red pública, por lo que se debe tener cuidado deen el grupo electrógeno después de una falla de energía proporcionar suficiente capacidad del gruponormal, la frecuencia del generador eléctrico bajará electrógeno para que el nivel de distorsión de la formahasta que se aplique la carga. Si la velocidad de de onda sea aceptable. Al especicar sistemas queaplicación de la carga es sucientemente alta, la utilizan equipos existentes, se debe asegurar que el grupofrecuencia del grupo electrógeno puede caer por electrógeno o el UPS puedan rendir adecuadamentedebajo de los requerimientos de entrada del recticador, dada la calidad de la energía que puede suministrar ely causar que éste se desconecte del grupo electrógeno grupo electrógeno usado.y vuelva el sistema a la alimentación por baterías. Lafrecuencia del grupo electrógeno se corregirá Interruptor de transferencia y problemas con larápidamente y el rectificador establecerá la rampa transferencia de energíanuevamente. Esto puede conducir a la aparición deinestabilidad en el mando del grupo electrógeno, Otro componente de los sistemas de energía decuando en realidad los cambios de frecuencia son emergencia que se puede aplicar incorrectamente acausados por múltiples adiciones de cargas reales. sistemas que alimentan a equipos UPS es el interruptor de transferencia automático. Los interruptores deSi esto ocurre, el ajuste del tiempo de rampa y velocidad transferencia pueden causar problemas en varias áreas.de rampa del rectificador minimizarán la perturbación dela frecuencia y permitirán que el recticador quede Los diseñadores de instalaciones deben tomar en cuentaconectado con el grupo electrógeno. Los cambios de que la capacidad neutra sobredimensionada en unfrecuencia en el grupo electrógeno durante la adición interruptor de transferencia no está disponiblede carga de otras cargas mientras el grupo electrógeno actualmente en el mercado; por lo tanto, losestá funcionando con el UPS, por lo general, puede interruptores de transferencia se deben corregir paracausar alarmas de “bypass no disponible” del UPS. cargas no lineales si se necesita un neutro conCuando el UPS tiene una frecuencia y un voltaje estables capacidad signicativamente mayor que la de losen la entrada de su recticador, esta sincronizará la salida conductores de fase. Esto es un problema menor en losde su inversor a la entrada, de manera que si el inversor interruptores de transferencia de 3 polos, ya que hay unafalla, un interruptor estático puede conectar de manera conexión neutra sólida entre las fuentes.instantánea la carga directamente a la fuente deenergía. Cuando la frecuencia de la fuente de suministro Los sistemas UPS son fuentes de producción de energíade energía y el voltaje cambian, el UPS intentará seguir independientes que se pueden diseñar como sistemasesos cambios y permanecer sincronizado con la fuente, a derivados individuales o no individuales. Es decir, el cablemenos que el voltaje y la frecuencia cambien más de lo de unión de neutro a tierra puede estar en la entrada deaceptable o la velocidad de respuesta sea demasiado servicio de las instalaciones (derivado no individual) oalta. En este punto, el UPS interpretará que la energía de cerca del UPS (derivado individual).entrada es inaceptable y deshabilitará su capacidad debypass automático (a través del interruptor estático) y En un sistema UPS que recibe energía solamente por laproducirá una alarma de “bypass no disponible”. red pública, las consideraciones primarias en esta área se refieren al equilibrio entre los posibles costos agregadosSi se aplica una carga a un grupo electrógeno que de un sistema derivado individual con los beneficios delatiende a un UPS, los cambios de frecuencia y voltaje o aislamiento del sistema que ofrece este diseño.velocidad de respuesta pueden ser inaceptablementealtos, y puede provocarse una alarma momentánea de Si el voltaje operativo del sistema y la capacidad de las“bypass no habilitado”. Los rangos aceptables con instalaciones requieren el uso de protección de fallas derespecto a la frecuencia de voltaje y la velocidad de conexión a tierra, generalmente será necesariorespuesta para habilitar el bypass en el UPS son incorporar un sistema derivado individual de UPS y grupoajustables, pero es probable que el rendimiento electrógeno, que utiliza la energía transferida por unoperativo normal de un grupo electrógeno no sea interruptor de transferencia con conexión neutra (de 4adecuado para mantener la capacidad de habilitación polos).del bypass bajo todas las condiciones de adición y
  • 12. Cuando un solo transformador atiende a un sistema UPS Cuando esté disponible, el grupo electrógeno debe(ya sea en forma interna o externa), será necesario tener una reactancia transitoria de 15% o menos.cambiar la carga del UPS desde la fuente del generador Recuerde que una reactancia más baja equivale a una la fuente de la red pública usando un interruptor de mejor rendimiento.transferencia con una velocidad de funcionamiento Especifique los parámetros operativos del UPS que sean compatibles con la capacidad de rendimiento del gruporelativamente baja. Si el interruptor de transferencia abrelos contactos en la fuente del grupo electrógeno, y luegoelectrógeno. Tenga presente que esto cambiará decierra los de la fuente de la red antes de que el voltajeacuerdo al tamaño y al tipo de grupo electrógeno que seresidual generado por el transformador decaiga, puede proporcione.ocurrir una desconexión por molestias e incluso posibles Especifique el UPS con ltros de entrada (en especial condaños a los equipos en los disyuntores que están aguas el UPS de pulso 0) para minimizar la distorsión de la formaarriba del transformador. Para eliminar este problema, elde onda de voltaje. Es útil un transformador detiempo de “apertura” del interruptor de transferencia aislamiento separado para atender al UPS (haciendodebe ser de aproximadamente 0,5 segundos. La mayoría que el UPS sea un sistema derivado individual) para evitarde los interruptores de transferencia con la capacidad problemas operativos con el UPS, proporcionando mejorde ajuste de la velocidad de funcionamiento permitirán calidad de energía a la carga, y previniendo problemasla adaptación para que este tiempo de funcionamiento de detección de falla a tierra.sea tan rápido como sea posible sin causar desconexión Especifique la transición programada (tiempo depor molestias en el sistema. La duración del tiempo de apertura = 0,5 segundos) para interruptores deapertura del interruptor de transferencia no es transferencia que alimentan cargas de UPS. Los gruposimportante para el UPS (mientras no sea demasiado electrógenos por lo general necesitarán mandosrápido), ya que una vez que falla la energía, ésta isócronos electrónicos que proporcionen una salida denormalmente va a esperar un tiempo corto para 50 a 150 hercios a todos los niveles de carga y permitandevolver la energía al sistema desde la fuente que tenga que la salida del UPS se sincronice con la energía delconectada. generador. (Los sistemas de mando que tienen características de funcionamiento de caída Recomendaciones generalmente pueden alimentar el rectificador del UPS, pero no pueden forzar una operación suficientementeEl grupo electrógeno proporcionado para dar energía a cercana a la frecuencia de operación apropiada paralas aplicaciones del UPS debe incluir un regulador permitir la sincronización a través del interruptor estáticoautomático de voltaje que sea inmune al del UPS).funcionamiento incorrecto por distorsiones de la formade onda. Se recomiendan los reguladores de detección Los grupos electrógenos se deben dimensionar con basetrifásicos y los alternadores con excitación separada, en la carga total aplicada por el UPS.pero no se requieren necesariamente para el adecuadorendimiento del sistema. El proveedor del grupo electrógeno debe ayudar al diseñador del sistema a establecer el tamaño adecuadoCuando esté disponible, el aislamiento de clase H del del grupo electrógeno, basado en los requisitos degrupo electrógeno proporciona protección adicional rendimiento establecidos por el diseñador del sistema.contra el sobrecalentamiento del generador respecto Un diseño del sistema de potencia de emergencia quedel aislamiento de clase F. Se debe proporcionar el incorpora un sistema UPS tendrá una probabilidadalternador con el aumento de temperatura más bajo significativamente más alta de ser exitoso si el UPS no es laque sea práctico para una aplicación con el objeto de única carga del grupo electrógeno. Las sumas de otrasminimizar la distorsión de la forma de onda de voltaje. cargas de diversos tipos reducirán la carga transitoriaGeneralmente, se tratará de un alternador con relativa aplicada al grupo electrógeno por unaespecificación de aumento de 105 ºC sobre 40 ºC determinada carga y mejorarán la estabilidad del grupoambiente. electrógeno, especialmente cuando la UPS que estáLa diferencia de costo por esta especificación mejorada alimentando está poco cargada.variará según el tamaño y fabricante del generadoreléctrico, pero generalmente será de 1% a 4% mayor Los grupos electrógenos y los equipos UPS no sonsobre las unidades con especificaciones de unidades de incompatibles por naturaleza.aumento de la temperatura máxima de aislamiento ensus especificaciones de kW. Para recibir soporte técnico adicional, comuníquese con Taigüer Generadores. www.taiguergeneradores.com
  • 13. REGISTRO OSCILOGRÁFICO DE UN GRUPO ELECTRÓGENO CON RECTIFICADOR DE UPS EN RAMPA (FIGURA 6a) REGISTRO OSCILOGRÁFICO DE UPS FUNCIONANDO EN UN GRUPO ELECTRÓGENO QUE INDICA LA OSCILACIÓN DEL SISTEMA (FIGURA 6b)REGISTRO OSCILOGRÁFICO DE UN GRUPO ELECTRÓGENO QUE FUNCIONA NORMALMENTE CON UN CAMBIO DE CARGA MENOR (FIGURA 7)

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