Download Informe - Escuela de Ingeniería Eléctrica

Universidad de Costa Rica
Facultad de Ingeniería
Escuela de Ingeniería Eléctrica
IE – 0502 Proyecto Eléctrico
Especificación e implementación de plantas
eléctricas para baja tensión
Por:
Jeremy Bolaños Vásquez
Ciudad Universitaria Rodrigo Facio
Julio del 2008
i
Especificación e implementación de plantas
eléctricas para baja tensión
Por:
Jeremy Bolaños Vásquez
Sometido a la Escuela de Ingeniería Eléctrica
de la Facultad de Ingeniería
de la Universidad de Costa Rica
como requisito parcial para optar por el grado de:
BACHILLER EN INGENIERÍA ELÉCTRICA
Aprobado por el Tribunal:
_________________________________
Ing. Jose Mario Jara Castro
Profesor Guía
_________________________________
Ing. Juan Carlos Montero Quirós
Profesor lector
_________________________________
Ing. Juan Ramón Rodríguez Solera
Profesor lector
ii
DEDICATORIA
A mi familia, en especial a mi mamá, ya que ella con mucho esfuerzo y sacrificio siempre
fue un apoyo a lo largo de mi vida y en la carrera.
iii
RECONOCIMIENTOS
A Jose Mario Jara por la guía y apoyo brindados para la elaboración de este proyecto de
graduación.
A Juan Carlos Montero y Juan Ramón Rodríguez por su ayuda y colaboración con la
lectura de este proyecto.
Quisiera agradecer además a las siguientes personas, quienes con su colaboración aportaron
enormemente a la elaboración de este proyecto.
Ing. Juan Carlos Coto Castillo
Ing. Geovanny Mejías Murillo
Ing. Juan Pablo Pérez Figueroa
Ing. Guillermo Vargas
Ing. Rodrigo Otarola
Ing. Arturo Porras Vargas
Ing. Vinicio Álvarez Quevedo
Ing. Julio Cesar Chew Hernández
iv
ÍNDICE GENERAL
ÍNDICE DE FIGURAS..................................................................................vii
ÍNDICE DE TABLAS.................................................................................. viii
RESUMEN.......................................................................................................ix
CAPÍTULO 1: Introducción ...........................................................................1
1.1
1.1.1
1.1.2
1.2
Objetivos.................................................................................................................3
Objetivo general......................................................................................................3
Objetivos específicos ..............................................................................................3
Metodología ............................................................................................................3
CAPÍTULO 2: Desarrollo teórico ..................................................................5
2.1.
2.2.
2.3.
2.4.
2.5.
2.6.
2.7.
Motor ......................................................................................................................6
Generador................................................................................................................8
Sistema de enfriamiento..........................................................................................9
Sistema de extracción de gases .............................................................................10
Sistema de abastecimiento de combustible...........................................................10
Sistema de control.................................................................................................11
Accesorios.............................................................................................................17
2.7.1. Gabinetes ........................................................................................................17
2.7.2. Transferencias .................................................................................................17
2.7.3. Calentador de camisas ....................................................................................23
2.9.
Clasificación de las plantas eléctricas según su régimen de trabajo [13] .............24
2.9.1. Emergencia .....................................................................................................24
2.9.2. Prime (Potencia Primaria)...............................................................................25
2.9.3. Continuo (Potencia Base) ...............................................................................26
CAPÍTULO 3: Diseño Eléctrico ...................................................................30
3.1.
Consideraciones Preliminares...............................................................................30
3.1.1. Consideraciones Ambientales.........................................................................30
3.1.2. Disposiciones generales de equipos y de instalación......................................36
3.1.3. Recomendaciones según el estándar de la IEEE std 446 – 1995....................38
3.1.4. Diagramas Unifilares ......................................................................................39
3.2. Diseño Eléctrico .................................................................................................49
3.2.1.
Servicios propios de la planta ...............................................................................53
3.2.2.
Ampacidad de conductores ...................................................................................53
3.2.3.
Puesta a tierra........................................................................................................56
3.2.4.
Protecciones ..........................................................................................................68
CAPÍTULO 4: Escogencia de equipos .........................................................77
v
3.2.
Planta Eléctrica .....................................................................................................78
4.2.1.
Marca de la planta.................................................................................................78
4.2.2.
Permanencia de la planta en sitio..........................................................................79
4.2.3.
Generador..............................................................................................................80
4.2.3.1. Requerimientos Generales ..........................................................................80
4.2.3.2. Nivel de tensión y aislamiento ....................................................................80
4.2.3.3. Tipo de servicio...........................................................................................81
4.2.3.4. Tipo de combustible....................................................................................82
4.2.3.5. Capacidad ....................................................................................................83
4.2.3.6. Sistema de excitación..................................................................................90
4.2.4.
Motores .................................................................................................................91
4.2.4.1. Gobernadores ..............................................................................................91
3.3.
Accesorios.............................................................................................................92
4.3.1. Sistemas de baterías ........................................................................................92
4.3.2. Cargador de baterías .......................................................................................93
4.3.3. Controles.........................................................................................................94
4.3.4. Gabinetes ........................................................................................................96
4.3.5. Tanques de combustible..................................................................................97
4.3.6. Calentador de camisas ....................................................................................98
4.3.7. Transferencia ..................................................................................................99
4.3.7.1.
Según su operación ...............................................................................99
4.3.7.2.
Cantidad ..............................................................................................105
4.3.7.3.
Ampacidad ..........................................................................................106
4.3.7.4.
Niveles de tensión ...............................................................................106
4.3.7.5.
Numero de polos .................................................................................107
4.3.7.6.
Capacidad de cortocircuito .................................................................107
4.3.7.7.
Gabinete ..............................................................................................107
4.3.7.8.
Ajuste de los niveles de tensión para los controles.............................108
4.3.7.9.
Dispositivos de bypass.......................................................................109
4.3.7.10.
Accesorios de las transferencias .........................................................109
vi
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 2.1 Configuración típica de una planta eléctrica para baja tensión .............................5
Figura 2.2: Planta Eléctrica con Motor a Diesel .....................................................................7
Figura 2.3: Planta Eléctrica con Motor a Gas .........................................................................8
Figura 2.4 Generador Eléctrico...............................................................................................8
Figura 2.5 Sistema de control ...............................................................................................11
Figura 2.6 Generador Autoexcitado......................................................................................13
Figura 2.7 Generador excitado con imanes permanentes .....................................................14
Figura 2.8 Gabinete para Planta Eléctrica ............................................................................17
Figura 9: Transferencia Manual............................................................................................18
Figura 2.10 Transferencia Automática .................................................................................19
Figura 2.11 Dispositivo de Bypass .......................................................................................22
Figura 2.12 Diagrama de funcionamiento del dispositivo de Bypass...................................23
Figura 2.13 Calentador de camisas .......................................................................................23
Figura 2.14 Rango de potencia de emergencia .....................................................................25
Figura 2.15 Potencia primaria...............................................................................................26
Figura 2.16 Potencia Continua..............................................................................................27
Figura 3.1 Instalación típica de Planta Eléctrica...................................................................36
Figura 3.2 Conexión de un generador mediante transferencia automática...........................40
Figura 3. 3 Sistema Redundante ...........................................................................................41
Figura 3.4 Potencia primaria secuencial ...............................................................................42
Figura 3.5 Doble acometida con generador ..........................................................................43
Figura 3.6 Transferencia Automática con Transferencias Manuales Remotas ....................44
Figura 3.7 Selección automática de prioridad ......................................................................45
Figura 3.8 Sistema de selección de carga prioritaria ............................................................46
Figura 3 9 Edificio de apartamentos, opción con 1 transferencia.........................................48
Figura 3.10 Edificios de apartamentos opción con más de 1 transferencia..........................49
Figura 4.1 Cargador de Baterias ...........................................................................................93
Figura 4.2 Control Analógico ...............................................................................................94
Figura 4.3 Control digital con cableado y demás accesorios................................................95
Figura 4. 4 Anunciador remoto............................................................................................95
Figura 4.5 Accesorios de control ..........................................................................................96
vii
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 3.1 Niveles de ruido permisibles según OSHA .........................................................31
Tabla 3.2 Contaminantes principales de plantas electricas...................................................33
Tabla 3.3 Requerimientos de protección de falla a tierra según el NEC ..............................64
Tabla 4.1 Normativas mínimas que se recomienda que deban cumplir los equipos ............77
Tabla 4.2 Efecto de la temperatura y sobredimensionamiento en las plantas ......................90
Tabla 4.3 Comparación entre generadores autoexcitados y excitados con PMG.................90
Tabla 4. 4 Numero de polos requeridos según el tipo de sistema.......................................107
Tabla 4.5 Tipo de gabinete de transferencia según UL 1008 .............................................108
viii
RESUMEN
El siguiente trabajo está enfocado en plantas eléctricas que operan en baja tensión,
específicamente las que trabajan con motores de combustión interna debido a que son las de
mayor predominio en la actualidad. La investigación se enfoca en plantas aisladas. Las
unidades en paralelo no se investigan debido al poco tiempo con el que se cuenta para
desarrollar un buen proyecto eléctrico. Adicionalmente debe acotarse que en cuanto a las
plantas aisladas se investigan las que utilizan motores a Diesel y LPG, ya que los motores a
gasolina son muy poco utilizados debido a que los costos de operación y los niveles de
peligrosidad que se tiene al manejar este combustible son mayores.
En esta investigación se mostrarán los cuidados y particularidades en cuanto a la
elaboración de un diseño que incorpore este tipo de equipos, además de mencionar los
accesorios que estas plantas necesitan para tener un funcionamiento óptimo.
El trabajo está enfocado principalmente hacia una descripción de los tipos de
equipos y su funcionamiento en conjunto, de manera que el lector cuente con los criterios
necesarios para tomar decisiones en cuanto a la escogencia y utilización de los equipos
descritos.
Para la realización del trabajo se consultaron manuales de plantas, documentos con
información técnica acerca de las mismas y los reglamentos aplicables a la implementación
de las plantas.
Se llegó a la conclusión de que el diseño de sistemas eléctricos no contempla la
implementación futura de plantas eléctricas.
ix
CAPÍTULO 1: Introducción
La Energía Eléctrica es el medio necesario para llevar a cabo prácticamente todas
las actividades diarias que realiza el ser humano, tanto a nivel residencial, comercial e
industrial.
Existen dos factores que inciden en la continuidad y calidad del servicio de energía
eléctrica principalmente: el aumento desmedido en la demanda y la presencia de fallas en el
sistema eléctrico.
Actualmente en el país hay un aumento en la demanda de energía a un rtitmo al que
las compañías encargadas de la generación no pueden seguir, por ello es necesario que las
empresas tomen en consideración que la generación va a un ritmo más lento que la
demanda, y tomen medidas al respecto.
Por otra parte, las fallas pueden darse por causas aleatorias, ya sea vegetación en
contacto con las líneas de distribución, animales que producen cortos entre líneas,
descargas atmosféricas, vientos, etc.; aspectos muy difíciles de controlar, por lo que resulta
prácticamente imposible asegurar la continuidad estricta del servicio.
La interrupción del servicio de energía eléctrica tiene repercusiones tales como
retrasos en la producción, lo que se traduce en pérdidas económicas, perdida de la
credibilidad de la empresa, etc.
Por ello es necesario asegurar que se cuente con un servicio de energía que trabaje
con la mayor continuidad posible y de la manera más estable. En casos especiales tales
1
como la refrigeración de productos o más seriamente en hospitales donde las interrupciones
del servicio deben ser mínimas y su duración debe ser lo más corta posible.
Un aspecto que es muy importante mencionar es la cantidad de incendios que se
están suscitando con más frecuencia en la actualidad, debidos en su mayoría a fallas en la
instalación eléctrica. Por ello es primordial hacer una evaluación acerca de los códigos que
rigen la correcta realización de instalaciones eléctricas, para asegurar la correcta
manipulación los grupos.
El NEC, al ser un código de seguridad, permite en este caso implementar una planta
eléctrica que pueda ser compatible con el resto de la instalación eléctrica y a la vez que no
vaya a constituir un riesgo para el personal, ni para el equipo presente en la instalación.
El tema de plantas eléctricas, prácticamente no se ve mencionado en la carrera de
Ingeniería impartida por la escuela de Ingeniería Eléctrica de la Universidad de Costa Rica,
por lo que el tema es desconocido por muchos de los estudiantes recién graduados, e
inclusive por muchos ingenieros que no han tenido la experiencia de trabajar previamente
con este tipo de equipos.
Los problemas en el suministro de energía de los últimos años y los venideros hacen
que las plantas eléctricas sean primordiales para cubrir las deficiencias en el suministro
eléctrico.
La literatura acerca de plantas eléctricas no es tan abundante como en otros temas,
este es uno de los factores que inciden en la importancia de este tipo de investigaciones.
2
1.1
Objetivos
1.1.1 Objetivo general
Elaborar un documento para la especificación e implementación de plantas eléctricas
en baja tensión
1.1.2 Objetivos específicos
Recopilar información acerca de tipos y características de plantas eléctricas a baja
tensión presentes en el mercado nacional.
Revisar y analizar las normas existentes sobre diseño eléctrico referentes a plantas de
emergencia.
Evaluar la capacidad de los sistemas eléctricos existentes para incorporar plantas de
eléctricas.
1.2
Metodología
Se efectuaron visitas a algunas empresas, para realizar una investigación acerca de
las principales marcas que se distribuyen en el país, se consultó información acerca de las
características de los grupos generadores tanto mediante las páginas Web de los fabricantes,
como a través de manuales técnicos y consultas a ingenieros pertenecientes a las empresas
distribuidoras de estos productos.
3
Se consultó el estándar de la IEEE std 446 – 1995 orange book (recomendad
practice for emergency and standby power systems for industrial and commercial
applications), para ver las posibles aplicaciones y los grupos dentro de los cuales se podrían
eventualmente clasificar las plantas de acuerdo a los requerimientos de la instalación donde
vayan a ser ubicadas.
Posteriormente se realizó una revisión de los requerimientos citados en el NEC
acerca de la instalación de plantas eléctricas y se establecieron los puntos más importantes a
tener en cuenta. También, en ciertos casos se elaboró un resumen acerca de lo que
menciona la sección correspondiente del texto citado, con el objetivo de dejar una refecia
clara sobre el punto en análisis. Además, se revisaron normas involucradas con aspectos
tales como combustibles, contaminación y niveles sonoros.
Por último se hizo una descripción de cómo escoger los equipos mediante datos
técnicos en las páginas Web de fabricantes, y mediante los manuales mencionados en la
bibliografía.
4
CAPÍTULO 2: Desarrollo teórico
Figura 2.1 Configuración típica de una planta eléctrica para baja tensión [10]
Las plantas eléctricas que funcionan mediante elementos primotores de combustión
interna; también llamados grupos electrógenos, están conformados básicamente por los
elementos mostrados en la figura 2.1. Estos sistemas producen energía eléctrica mediante el
accionamiento de un elemento primotor (motor de combustión interna), conectado
rígidamente al eje de un generador eléctrico. Son utilizados como fuente alternativa de
suministro de energía eléctrica para los casos en los que se no se cuenta o se desea
prescindir de la red principal.
A continuación se mencionaran las partes que conforman a los grupos electrógenos,
junto con demás equipo, que es fundamental para su correcto funcionamiento.
5
2.1. Motor
El motor es el elemento que le da la potencia necesaria al generador para poder
alimentar las cargas. El eje del motor va acoplado rígidamente al mismo eje del generador,
por lo que la potencia generada por el motor se transmite al generador. Para grupos
electrógenos se utilizan motores de combustión interna.
La potencia eléctrica que se quiera tener a la salida del grupo electrógeno la
proporcionara el motor, de la siguiente forma:
Psal = Pin + P (servicios propios del grupo electrógeno) + P (perdidas)
Donde:
•
Psal es la potencia de salida del grupo electrógeno (Potencia Eléctrica)
•
P (servicios propios del grupo): Se refiere a potencia que se suministra a elementos
que son indispensables para el correcto funcionamiento del grupo: Sistema Eléctrico
del Motor, Excitación del generador, Sistema de Control, AVR, Sistema de
gobernación, etc.
•
P (Perdidas): Son tanto eléctricas como mecánicas. Entre las eléctricas se pueden
mencionar: Perdidas en el entrehierro del generador, calentamiento de os circuitos
de armadura y de excitación por efecto Joule. Las mecánicas pueden darse debido a
fricción del eje con el aire, vibraciones, etc.
6
Dependiendo de la potencia requerida así serán las características del motor, tales
como: relación de compresión, numero de ciclos, etc.
El arranque del motor se da mediante un sistema eléctrico a 12VCD o -24VCD
alimentado mediante una batería, la cual se encarga de accionar los inyectores de
combustible.
Tipos de Motores
Diesel
En ese caso se utiliza el Diesel como combustible. La ignición del combustible se
consigue mediante el calor desarrollado al comprimir el aire a niveles altos de compresión,
en estos casos no se requiere de bujías para iniciar la ignición del combustible.
Figura 2.2: Planta Eléctrica con Motor a Diesel [13]
Gas
7
El motor a gas es una maquina en la que la transformación de calor en trabajo se
realiza mediante la inflamación de una mezcla de gas y de aire que previamente ha sido
comprimido.
Figura 2.3: Planta Eléctrica con Motor a Gas [12]
2.2.Generador
Figura 2.4 Generador Eléctrico [13]
8
Los generadores que se utilizan para este fin son del tipo sincrónico. Son del tipo
apantallado, protegido contra salpicaduras, su sistema de excitación y demás características
varían de acuerdo con los requerimientos de la carga.
El alternador puede ser tanto con escobillas, como sin escobillas. Sin embargo el
caso más utilizado es del tipo sin escobillas., ya que en este caso se elimina el
mantenimiento relacionado con las escobillas y los anillos colectores, por lo que resulta
más confiable y práctico. En nuestro país la frecuencia que se utiliza es de 60 Hz, por lo
que claramente, los generadores que se deseen para aplicaciones dentro del territorio
nacional deben cumplir con esta característica.
La tensión de salida del generador se determina mediante la conexión de sus
devanados. El fabricante normalmente indica la conexión requerida si se desean diferentes
voltajes de salida del generador. Esto asegura flexibilidad en cuanto a la operación, ya que
permite diferentes voltajes de salida, que permiten al generador suministrar potencia a la
carga deseada aunque esta varíe levemente o cambie por completo sus características.
2.3.Sistema de enfriamiento
La temperatura es un factor que incide enormemente en el rendimiento de todos los
elementos y fases de operación del grupo electrógeno, al igual que en su vida útil. Es por
ello que debe velarse porque no ocurran sobrecalentamientos en el grupo.
El sistema de enfriamiento se encarga de mantener la temperatura de las partes del
grupo dentro de rangos aceptables. Este se da generalmente mediante la utilización de algún
medio capaz de absorber el calor generado por el grupo, y por la combinación de
ventilación tanto natural como forzada.
9
Los medios utilizados generalmente son: agua, aire o aceite.
El sistema de enfriamiento cuenta con radiadores, ventiladores y un sistema de
circulación que permite el movimiento ya sea del agua o del aceite a través de ciertos
componentes del motor para asegurar que su temperatura no alcance valores que resulten
perjudiciales para el grupo.
Cuando el sistema de refrigeración es por aire, se utiliza un radiador eléctrico debajo
del grupo de manera tal que se mantenga el aire a cierta temperatura.
2.4.Sistema de extracción de gases
Los motores de combustión interna producen gases producto de la combustión de la
que se toma la potencia a entregar del grupo.
El sistema de extracción de gases va instalado en la salida del motor. Este sistema
debe asegurar la liberación de los gases producto de la combustión, de manera segura para
no afectar la seguridad del personal y de manera que no vayan a perjudicar la manipulación
y funcionamiento del grupo.
Este sistema se compone de una serie de ductos que liberan los gases a la mayor
altura posible y fuera del recinto donde se encuentra almacenado el grupo electrógeno.
2.5.Sistema de abastecimiento de combustible
Este sistema es el encargado de suministrar el combustible necesario para el
funcionamiento del motor.
El combustible se almacena en tanques. Para las plantas eléctricas se tienen los
siguientes tipos
•
Tanque sub-base: Va instalado en la base del motor.
10
•
Tanque diario: Este va aparte del grupo, es encargado de suministrar el combustible
directamente al grupo, debe contar con una capacidad de 8 horas de suministro de
combustible como mínimo.
•
Tanque principal: Este tanque es el que almacena la mayor cantidad de combustible,
la capacidad de este tanque debe abastecer al motor por una cantidad de horas
mucho mayor que en el caso del tanque diario (> 8 horas)
En algunos casos, para mayor facilidad o cuando el suministro de combustible al
tanque diario deba darse de manera constante, se cuenta con una bomba de trasiego, que
funciona mediante un motor de 240 VCA.
El sistema de trasiego cuando utiliza tanque diario debe contar con sensores de nivel
máximo o mínimo que le indiquen a la bomba, mediante un sistema de control, en que
momentos debe actuar o detenerse.
.
2.6.Sistema de control
Figura 2.5 Sistema de control [13]
11
Las funciones principales del sistema de control son las siguientes:
a) Arranque / pare del equipo
El arranque y el paro del equipo deben estar seleccionados de manera que se cumplan con
los tiempos de transferencia de carga y de ventilación después de uso del grupo.
b) Sistemas de Regulación
La regulación se puede dar tanto en la frecuencia de salida del generador, como en
su tensión. Para ello se cuenta con los siguientes elementos.
AVR
El AVR (Regulador Automático de Voltaje) es el sistema encargado de la excitación
de campo del generador. Esto se logra mediante una retroalimentación de la tensión de
salida del generador de manera que se forma un sistema de control de lazo cerrado, de
donde se controla la corriente de excitación inyectada en el devanado de campo de acuerdo
con las exigencias de la carga. El regulador censa la tensión en la armadura del generador,
lo compara con un valor de consigna con que cuenta el AVR y toma la acción
correspondiente. Si el voltaje en terminales disminuye, el AVR aumenta la corriente DC de
excitación en el devanado de campo, en caso contrario, disminuye la corriente.
Los sistemas de excitación utilizados son los siguientes:
Autoexcitado
12
En este caso la potencia para la regulación de tensión se toma de los bornes de
salida del generador. El AVR detecta las variables eléctricas de salida, las compara con
valores de consigna y de esta forma suministra una tensión DC de alimentación a la
excitatriz, el cual se encarga de producir una tensión de salida que luego es rectificada e
inyectada al circuito de campo del generador.
Figura 2.6 Generador Autoexcitado [1]
Imanes permanentes (PMG)
El sistema de excitación de imanes permanentes es similar al autoexcitado, con la
diferencia que la potencia del AVR proviene de un generador de imanes permanentes
ubicado en el mismo eje del generador.
13
Figura 2.7 Generador excitado con imanes permanentes [1]
Gobernadores
Los gobernadores son los encargados de regular la velocidad del grupo. La
frecuencia es frecuencia en un sistema de carga aislada, proporcional de la velocidad, y la
potencia depende de la cantidad de combustible inyectado al motor. El gobernador regula la
cantidad de combustible suministrado al motor a varios niveles de carga para mantener la
velocidad o frecuencia constantes. En estado estable, la frecuencia disminuye al aumentar
la potencia eléctrica demandada del generador, y en caso contrario aumenta.
Existen dos tipos básicos de gobernadores para este tipo de sistemas:
• Gobernador Mecánico
Este gobernador permite una variación de frecuencia del 3-5% desde vacío hasta plena
carga. En estado estable tiene una regulación de frecuencia de +/- 0.5%.
• Gobernador Isocrónico
14
Este tipo de gobernador proporciona una frecuencia prácticamente constante en todo el
rango de operación de la planta. En estado estable tiene una regulación de frecuencia de +/0.25%.
c) Monitoreo
El monitoreo se da en las variables eléctricas, tanto como en las mecánicas.
•
Variables Eléctricas
a) Parámetros del sistema de corriente directa
b) Tensión
c) Amperaje
d) Factor de potencia
e) Potencia Activa
•
Variables Mecánicas
a) Temperatura del aceite lubricante
b) Velocidad del motor
c) Horas de servicio del grupo en forma acumulada
d) Temperaturas en los cojinetes del motor
e) Temperaturas en los devanados estatóricos del alternador
15
d) Protección
El sistema de control cuenta con una serie de señales que indican fallos en el grupo, entre las
cuales se pueden mencionar.
1. Baja presión de aceite lubricante
2. Alta temperatura del aceite lubricante
3. Bajo nivel del refrigerante
4. Sobrevelocidad
5. Sobrearranque ("overcrank")
6. Vibración anormal del generador
7. Baja tensión en las baterías
8. Sobre tensión
9. Baja tensión
10. Sobre frecuencia
11. Baja Frecuencia
12. Potencia inversa
16
2.7.
Accesorios
Los accesorios son elementos que no forman parte propiamente del grupo electrógeno,
pero que en muchos casos son útiles, necesarios e inclusive vitales para el funcionamiento
correcto del grupo. Los principales accesorios utilizados para las plantas se describen a
continuación.
2.7.1.
Gabinetes
Figura 2.8 Gabinete para Planta Eléctrica [13]
Los gabinetes son carcasas metálicas utilizadas para contener al grupo electrógeno
en su interior.
Los gabinetes tienen como funciones principales:
•
Proteger el grupo de condiciones adversas del ambiente.
•
Proporcionar barreras que sean capaces de atenuar el sonido
2.7.2.
Transferencias
La transferencia es el elemento que permite cambiar la alimentación de la carga entre la
red normal de suministro y la planta eléctrica. Estas juegan un papel sumamente importante
17
en cuanto a la correcta operación de los sistemas de respaldo energético. Las transferencias
se pueden clasificar de dos maneras.
Según la manera en que es operada
Manual: Esta es accionada manualmente por el operador. No requiere un sistema de
control complejo, sin embargo debe tenerse mayor cuidado con este tipo de transferencia,
ya que dependiendo de las cargas a alimentar y del lugar donde se encuentren puede poner
en riesgo tanto a los equipos como al operador que la maneje.
Figura 9: Transferencia Manual [8]
Automática: Esta cuenta con un sistema de control que constantemente que se encarga de
monitorear las variables eléctricas de ambas fuentes, y en dado caso transferir la carga entre
la red de suministro y la planta eléctrica.
18
Figura 2.10 Transferencia Automática [8]
La transferencia puede entrar en dos casos:
• Si se interrumpe por completo el suministro de energía.
• Si existe perdida de una fase
• Si la tensión de suministro alcanza valores que pudieran resultar perjudiciales para
el correcto funcionamiento del equipo (bajas tensiones y altas tensiones)
La operación de la transferencia automática es la siguiente:
La transferencia monitorea las variables eléctricas de la fuente de alimentación normal,
si se presenta alguna anomalía como las mencionadas anteriormente, manda una señal al
motor para que este comience a calentarse y a preparar las condiciones para conectar la
carga, cuando esto ocurre permite la entrada del grupo para sustituir la fuente normal de
energía.
19
La planta continua funcionando normalmente hasta que se restablecen las condiciones
de la red, cuando esto ocurre se espera un tiempo definido previamente para comprobar que
el que ha habido un restablecimiento completo del sistema, posteriormente, saca de
operación a la planta, reintroduce la carga en la red, y posteriormente el grupo se va
apagando paulatinamente.
En algunos casos la transferencia cuenta con la opción de pasar de modo automático a
modo manual.
Según el tipo de transición
Transición Abierta: Es donde se da la transición entre dos fuentes de alimentación con una
interrupción forzada del servicio a la carga.
Transición Cerrada: Es donde se da la transición entre dos fuentes de alimentación con
una interrupción forzada del servicio a la carga. La transferencia cerrada puede, ya sea
poner las fuentes en paralelo por breves instantes, o chequear las condiciones de
sincronismo de ambas fuentes antes de hacer la transición entre ambas, sin ponerlas en
paralelo.
Debido a que se tiene una condicion de paralelismo, debe contactarse a la empresa
distribuidora de energia electrica de la zona para indicarles la situacion, ya que en muchos
estas empresas deben establecer protecciones adicionales para estos casos. En ningun caso
se debe utilizar transferencias cerradas sin el permiso de la compañía distribuidora.
20
Retardos de tiempo
Las transferencias deben contar con ciertos retardos de tiempo de acuerdo con la
operación que se desee hacer con ella. Estos a su vez definen los pasos en que las
transferencias operan. Estos son los siguientes:
Arranque:
El propósito de este tiempo es evitar el arranque del grupo electrógeno o iniciar la
secuencia de transferencia (en el caso en el que ya se tenga el grupo arrancado) en el caso
en el que la falla o perturbación sea momentánea. Típicamente este tiempo va desde los 0 a
los 15 s, siendo ajustable hasta por 2 minutos. La temporización inicia desde el momento en
el que se encuentra que la fuente de suministro que está trabajando en ese momento no
puede abastecer de buena forma a la carga. Si se excede este retardo de tiempo las señales
de control le indican al generador que arranque.
Parada:
Este tiempo permite que el generador se enfríe sin carga antes de desconectarlo.
Este tiempo esta típicamente entre 0 a 30 minutos, cuando se acaba este tiempo el
generador se apaga.
Transferencia:
Este tiempo permite que el generador se estabilice por complete antes de aplicar la
carga. Este retardo comienza cuando el generador alcanza los valores de tensión y
frecuencia necesarios. Va normalmente de 0 a 2 minutos.
21
Retransferencia:
Este tiempo permite que la red se estabilice antes de devolver la alimentación a la
misma, esto previene la aparición de transferencia de carga continua entre las dos fuentes.
El retardo comienza en el momento en el que la red regresa a sus valores normales de
tensión y frecuencia. El rango es de 0 a 30 minutos.
Dispositivos de bypass para transferencias automáticas
En algunos casos se deben hacer revisiones a la transferencia automática, esto
debido a mantenimientos o pruebas. En estas instancias la potencia se suministra a la carga
mediante el dispositivo de bypass. Este básicamente establece una conexión directa entre la
carga y la fuente de alimentación que opera en ese momento. En algunos casos el
dispositivo puede permitir alimentar desde una única fuente (normalmente la fuente normal
de suministro) o desde ambas, esto depende del fabricante.
Figura 2.11 Dispositivo de Bypass [11]
22
Figura 2.12 Diagrama de funcionamiento del dispositivo de Bypass [11]
2.7.3.
Calentador de camisas
En algunos casos se cuenta con un elemento llamado calentador de camisas, que se
encarga de circular agua caliente por el motor de forma tal que en condiciones de frío ayude
al arranque de este. La resistencia cuenta con un termostato, de forma tal que se puede
regular la temperatura para determinar el tiempo que tarda el arranque
Figura 2.13 Calentador de camisas
23
2.9.
Clasificación de las plantas eléctricas según su
régimen de trabajo [13]
Los grupos electrógenos al constituir un medio de generación de energía eléctrica
independiente de la red de suministro, tiene como función principal la de sustituir esta
fuente principal. Dependiendo del tipo de uso que se le quiera dar a la planta, habrá una
disminución en la capacidad de potencia de salida utilizable en función del número de horas
que se quiera utilizar la planta. Los regímenes de trabajo están normalizados según
ISO8528, donde se definen de la siguiente forma:
2.9.1.
Emergencia
La función principal de los sistemas eléctricos de emergencia es la de asegurar la
continuidad de la energía eléctrica dentro del lugar donde se va a implementar, en caso de
una interrupción de la red normal de suministro. Para determinar la importancia del servicio
debe determinarse el tipo de sistema de emergencia, los cuales son de emergencia, exigidos
por ley y opcionales. Para este tipo de servicio se aprovecha un 100% de la capacidad
instalada para grupos electrógenos, pero no hay capacidad sostenida de sobrecarga para este
tipo de rango.
El rango de emergencia solo es aplicable a cargas variables con un factor de carga
promedio de 80% del rango de emergencia para un máximo de 200 de operación por año a
100% de su rango de emergencia. En instalaciones donde la operación podría exceder 200
24
horas por año a carga variable, o 25 horas por año a 100% de rango, debe aplicarse el rango
de potencia primaria.
Figura 2.14 Rango de potencia de emergencia [1]
2.9.2.
Prime (Potencia Primaria)
En este tipo de aplicación se da una reducción en un 10% de la potencia de salida, es
decir, la capacidad de las plantas para este tipo de aplicaciones es de 90% Snominal. Para
este tipo de sistemas se recomienda una utilización de la siguiente forma. Se recomienda
que el uso en este rango sea de 6 a 8 horas diarias de manera continua.
25
Figura 2.15 Potencia primaria [1]
2.9.3.
Continuo (Potencia Base)
En este tipo de aplicación se da una reducción en un 30% de la potencia de salida, es
decir, la capacidad de las plantas para este tipo de aplicaciones es de 70% Snominal. Tal
como su nombre lo indican las plantas que trabajen bajo esta perspectiva lo harán de
manera continua, sin interrupciones, excepto porque se vaya a dar mantenimiento a la
misma o si se presenta un daño que provoque una parada indeseada. Para este tipo de uso
no se permite sobrecarga.
26
Figura 2.16 Potencia Continua [1]
2.10.
Aplicaciones de las Plantas Eléctricas
Para muchos una planta eléctrica es sinónimo de sistema de emergencia. Esto no es del
todo cierto. Las plantas eléctricas tienen diferentes usos dependiendo de los requerimientos
del cliente. Entre las principales aplicaciones se encuentran las siguientes:
•
Sistemas de emergencia
Los sistemas de emergencia se utilizan para alimentar el total de las cargas o parte de
ellas, en los casos en los que se tienen dificultades con la red de suministro normal o
cuando se tiene una interrupción total de la misma.
•
Generación en horas pico
Las empresas de distribución eléctrica cobran un recargo a las industrias debido al
consumo de potencia en horas pico. En estas instancias se puede utilizar una planta
27
eléctrica para alimentar cargas dentro de las horas pico del día, para reducir este recargo. La
energía consumida durante las horas pico del sistema tiene un costo mayor que la utilizada
en las horas donde no hay tales picos.
•
Energía Principal
A pesar de que prácticamente el 98% del país cuenta con energía eléctrica, existen
ciertas zonas donde no se cuenta con tal suministro. La utilización de las plantas como
energía principal es necesaria en las instancias donde no se cuente con una conexión a la
red y se tenga que alimentar cargas por periodos extendidos de tiempo (8h).
•
Cogeneración
La cogeneración se refiere a al aprovechamiento no solo de la energía eléctrica
producida por las plantas, sino también de la energía térmica presente en los gases de la
combustión, esto se logra típicamente con un sistema que recupera el calor generado por la
combustión y el sistema de enfriamiento. Esta energía puede utilizarse para calentamiento
de agua, calefacción, etc., Este tipo de sistemas puede ayudar a disminuir el efecto
invernadero.
•
Conexión con la red
La conexión con la red se puede usar para vender la energía que se produce en la planta
a la empresa distribuidora, mediante la conexión de manera continua o por tiempos
prolongados de la planta con la red. En estos casos deben tenerse mayores consideraciones
28
en cuanto a las protecciones que debe tener la planta, y de permisos y requisitos que deben
solicitarse a la empresa encargada del suministro.
29
30
CAPÍTULO 3: Diseño Eléctrico
El diseño eléctrico contempla aspectos que no van del todo relacionados con el área
eléctrica (ambientales, de salud ocupacional, civiles, mecánicos, etc). En este capítulo se
hará una mención de las consideraciones que deben tomarse para elaborar un diseño
eléctrico de la mejor manera posible. Este documento no pretende ser una guía específica
para el diseño de la parte civil, ni de la de la mecánica, ya que para esto debe contarse con
un especialista en cada área que se encargue del diseño correspondiente; sin embargo es
necesario que el ingeniero eléctrico conozca de estos aspectos para asegurar que se
cumplan de la mejor manera posible.
4.1.
Consideraciones Preliminares
Cuando se elabora un diseño eléctrico deben tomarse en cuenta aspectos como:
3.1.1.
Consideraciones Ambientales
Entre las consideraciones ambientales a considerar, principalmente se destacan los
niveles de ruido, la contaminación causada por los gases de escape y almacenamiento de
combustible
Para las consideraciones ambientales es recomendable el seguimiento de ciertas
normativas tanto nacionales, como internacionales que se explicaran en cada apartado.
Niveles de Ruido
Los niveles de ruido son un aspecto muy importante en el diseño de sistemas que
incorporen plantas eléctricas. Su tratamiento debe tomarse con bastante seriedad debido,
especialmente a que en la actualidad las personas se apegan más a sus derechos.
La siguiente es una tabla que se basa en la normativa OSHA (“Occupational safety
& Health Administration of USA”), la cual indica ciertos lineamientos acerca de seguridad
ocupacional para que los empleados puedan manejar y controlar la planta de manera
adecuada.
Tabla 3.1 Niveles de ruido permisibles según OSHA
Duración Por DIA (sumando
todas las horas diarias de
exposición)
8
6
4
3
2
1,5
1
0,5
0,25 o menos
Nivel de ruido
dBA
90
92
95
97
100
102
105
110
115
Estos niveles de ruido son importantes, para que el personal ubicado en la
localización del equipo pueda trabajar de una manera cómoda. Sin embargo, en cuanto a los
niveles de ruido en el exterior estos deben cumplir con el Reglamento del Ministerio de
Salud para el Control de Contaminación por Ruido N° 28718-S, publicado en la Gaceta No
155, el 14/08/2000. En este se establecen clasificaciones de las instalaciones para
31
determinar los niveles de ruido de estas y se exponen tablas con los niveles en función de si
es de día o de noche.
Los inconvenientes que van de la mano con el tratamiento de los niveles de ruido
incluyen mayor cantidad de equipo, espacio y dinero para alcanzar este propósito. En la
mayoría de los diseños relacionados a este aspecto, los tratamientos de ruido modifican o
corrigen el camino del ruido entre la fuente del mismo y la gente que lo escucha. Debido a
que el ruido es unidireccional debe considerarse la ubicación y distancia del generador a
lugares donde se deba tener cuidado en cuanto a los niveles de ruido. El control de los
niveles de ruido de puede realizar mediante la implementación de gabinetes antisonoros,
silenciadores en los gases de escape y mediante la infraestructura del compartimiento donde
va montado el grupo electrógeno. Sin embargo, el hecho de usar un silenciador de grado
crítico no asegura la reducción efectiva del ruido. Además, el ensanchamiento de las
paredes del cuarto donde se alojara el generador no asegura tampoco la atenuación del
ruido por las paredes del cuarto, ya que estas tienen un punto de saturación, el cual impide
que la pared absorba el ruido de manera indefinida. Por ello debe tenerse cuidado en el
diseño de este aspecto.
32
Niveles de emisión de gases
Las emisiones para las plantas a Diesel son diferentes a las plantas operadas por
LPG. Estas se indican en la siguiente tabla:
Tabla 3.2 Contaminantes principales de plantas eléctricas
Combustible
Diesel
LPG
NOx
H2O
HC
CO
S
PM
Donde:
NOx : Óxidos de nitrógeno
HC: Hidrocarburos
CO: Monóxido de carbono
PM: Partículas de materia, que incluye cualquier humo visible y hollín.
H2O: Agua
S: Azufre
Para las plantas a gas, sin embargo, los fabricantes ofrecen información acerca de
los niveles de contaminantes presente para las plantas diesel.
33
Se puede tomar como referencia el Reglamento de Calderas, en Decreto Ejecutivo
No. 26789, y el “Reglamento de inmisiones de contaminantes atmosféricos”, en Decreto
Ejecutivo Nº 30221-S del Ministerio de Salud.
Entre las opciones para reducir la contaminación se tienen las siguientes:
Catalizador dinámico tipo SCR (Selective Catalytic Reduction): Con este se logra
una reducción de cerca del 90% de las emisiones de NOx. Este es una unidad inteligente
que produce una reacción química para descomponer el NOx a sus elementos base, y con
ello minimizar la emisión a la atmósfera.
Trampas de partículas de materia: Atrapa las partículas que componen a PM del
sistema de escape. Puede ser simplemente filtros mecánicos frecuentemente reemplazados,
o pueden ser filtros catalíticos que provean oxidación continua o periódica de las partículas
de CO2. Debe utilizarse diesel de sulfuro ultra bajo para prevenir contaminación de los
catalizadores de conversión.
Almacenamiento de combustible
RHC: Reglamento Hidro Carburos. Decreto Ejecutivo 30131 MINAE-5, Gaceta No.
43 del 01/03/2002. Regulación del sistema de almacenamiento y comercialización de
hidrocarburos.
En este se establecen los principios para el correcto almacenamiento y manipulación
de combustibles. Básicamente, en este reglamento se encuentra la información necesaria
para, entre otras cosas, realizar el diseño de los siguientes sistemas:
34
•
Sistema de almacenamiento y trasiego de combustible
•
Diques de Contención
•
Tanques diarios
•
Trampas para grasas y combustible
•
Zona de Descarga o llenado de tanques
•
Sistemas Contra Incendio
•
Zonas Verdes
Según este reglamento, la instalación debe estar hecha de manera que no se tengan
derrames de combustible, aceites o gases producto de la combustión en el cuarto donde será
instalada la planta, esto por cuestiones de seguridad del personal y para evitar el daño de
equipos debido a la exposición de alguno de estos componentes.
35
3.1.2.
Disposiciones generales de equipos y de instalación
Figura 3.1 Instalación típica de Planta Eléctrica [8]
Las conexiones del generador deben ser del tipo flexible, esto debido a que el
generador presenta constantes vibraciones que podrían dañar dichas conexiones o propiciar
una desconexión del generador en cualquier momento. En las condiciones de arranque, paro
y falla se dan las condiciones de vibración más severas para el generador, por ello las
conexiones deben ser capaces de absorber dichos movimientos.
Una manera de mejorar la absorción de las vibraciones en los cables es la de incluir
al menos un doblez en la tubería y/o cable. Otra manera es la de utilizar canastas o ductos
para dar dirección a los cables, según como se especifica en las secciones 318 y 362 del
NEC, respectivamente.
Los conductores deben ir con cobertores en el caso en el que vayan a la intemperie,
además si van instalados en una canasta deben ir sujetos con amarras.
Los conductores no deben estar expuestos a líquidos, gases o vapores inflamables que
tengan efectos dañinos, ni a temperaturas excesivas.
36
Los conectores deben quedar bien conectados, para ello el diámetro de la tubería por
donde irán los cables debe ser igual a la salida de los cables de potencia del generador.
Las baterías deben ser instaladas en un lugar limpio y seco, de fácil acceso para
chequear su nivel de electrolito y voltaje DC. Las baterías deben estar separadas de áreas de
alta temperatura.
El MINAE establece que zonas donde se almacene una cantidad de combustible
mayor a 1000 L se clasifican como estaciones de servicio. En estas localizaciones todo el
equipo eléctrico debe ser a prueba de explosión.
Para esta condición en particular, las tuberías deben ser del tipo EMT de pared
gruesa u otro material que sea a prueba de explosión. Por ningún motivo podrán instalarse
canalizaciones no metálicas dentro de áreas peligrosas, por lo que únicamente se instalarán
canalizaciones metálicas. Fuera de estas áreas, podrán instalarse registros donde se efectúe
a transición a canalizaciones no metálicas, previa instalación de un sello eléctrico tipo
“EYS” o similar que mantenga hermeticidad dentro de las áreas peligrosas.
No se recomienda el uso de tubería de PVC en exterior ya que fácilmente puede quebrarse
y dejar expuestos los cables eléctricos de potencia.
Las plantas deben instalarse tan cerca del punto de entrada como sea posible, en una
ubicación accesible. Además, deben ser montadas en un compartimiento o almacenado para
evitar contacto accidental con partes energizadas. El cuarto donde se instalen debe asegurar
una correcta ventilación y evacuación de los gases. Además de proveer suficiente espacio
para la manipulación del equipo para esto puede consultarse la sección 110 del NEC.
37
Tanto las transferencias como las plantas se pueden montar tanto interiormente
como exteriormente. El punto de interconexión de las transferencias normalmente
determina su localización. En el caso de las bombas contra incendio el NEC requiere que
las transferencias se localicen en el mismo cuarto. En la medida de lo posible, las
transferencias deben localizarse en lugares donde solo personal calificado tenga acceso,
además deben localizarse lo más cerca posible de las cargas.
3.1.3.
Recomendaciones según el estándar de la IEEE std 446 – 1995
Para realizar un diseño eléctrico que tenga un funcionamiento óptimo en una determinada
aplicación deben considerarse varios aspectos, el orange book de la IEEE recomienda hacer
un análisis de lo siguiente:
• Posibles localizaciones del equipo
• El perfil de carga y los tipos de carga que el sistema debe alimentar
• Códigos aplicables y estándares que aplicaran al diseño.
• La configuración actual del sistema
• Los permisos que haya que solicitar tanto ambientales como eléctricos.
• La manera en que será utilizado el sistema
• Coordinación de protecciones
• Estudio de cortocircuito
38
• Compatibilidad de la UPS y el generador. Las UPS de estado sólido introducen
armónicos que pueden interferir el sistema de control del motor.
• Evaluar las condiciones de transitorios, específicamente las corrientes de arranque
de motores y las UPS.
• Nivel de redundancia requerido
3.1.4.
Diagramas Unifilares
Los diagramas unifilares muestran una manera simplificada de cómo se conectaran los
equipos y el funcionamiento de estos como un todo. Por ello, es sumamente importante
escoger el diagrama unifilar de acuerdo con la confiabilidad que se desee tener en el
sistema.
En la mayoría de los casos, el mejorar la confiabilidad requiere una cantidad de
equipo sustancial, además de ocupar mayor espacio y ser más costosos. El nivel de
redundancia mencionado como parte de las recomendaciones mencionadas en el apartado
anterior se encuentra en función de la escogencia del diagrama unifilar a implementar.
A continuación se mostraran algunos esquemas de conexión, y se hará una breve
explicación de las principales características de los mismos. Queda a criterio del ingeniero
diseñador la utilización de estos esquemas, modificación de los mismos, u otros sistemas.
39
Figura 3.2 Conexión de un generador mediante transferencia automática
Este es el típico esquema de conexión de una planta eléctrica. Donde esta tiene
como objetivo ya sea alimentar toda la carga del inmueble o una porción de esta (cargas
críticas). En este caso cuando el control de la transferencia censa una condición anormal en
la alimentación normal de suministro, transfiere la carga al generador. Una variación de
esto puede ser que TA-1 se encuentre conectada a un tablero secundario que agrupe las
cargas específicas a las que se les quiere dar continuidad, tal como se muestra en la figura
de la derecha.
40
Figura 3. 3 Sistema Redundante
En estas circunstancias el generador está respaldado por un generador, que a su vez
encuentra respaldo en otro. El principio de operación es el mismo que para el caso anterior,
con la modificación de que si se tuviera un problema tanto en la entrada del sistema como
en G2, la carga pasaría a G1 mediante la transferencia TA-1. En este caso no existe debido
a diseño ningún generador que se tome como prioritario, es decir cualquier generador puede
funcionar como respaldo del otro.
41
Figura 3.4 Potencia primaria secuencial
En los casos donde se tenga un generador como fuente de potencia primaria, y por
ello no se tenga una alimentación de la red normal de suministro, esta fuente no podrá ser
considerada como una fuente confiable según el NEC. De esta forma en estos casos es
conveniente poner una fuente de respaldo al generador utilizado como fuente primaria en
vez de la red pública, por ello se requiere de más de un generador como respaldo, ya que en
este caso el generador 3 funcionara como la fuente normal de suministro, el cual es mucho
menos confiable que la red misma.
Este arreglo requiere de 3 generadores y dos transferencias automáticas. Si el
generador 1 falla para operar dentro de rangos aceptables de tensión y frecuencia, la
transferencia 1 inmediatamente inicia y conecta al generador 2. Si el generador 2 falla por
la misma condición, la transferencia 2 introduce al generador 3.
42
Figura 3.5 Doble acometida con generador
En este arreglo, una transferencia automáticamente transfiere la carga de una red a
la otra, proveyendo energía de manera continua. Este esquema resulta práctico cuando se
tiene la opción de conectar más de una acometida de acuerdo como lo dicta el NEC en la
sección 230-2 “Número de acometidas”. Si la acometida 1 falla, la carga es transferida a la
acometida 2. Si ambas fallan, la carga se transfiere al generador. Para que este esquema sea
practico, ambas acometidas deben pertenecer a circuitos de distribución diferentes.
43
Figura 3.6 Transferencia Automática con Transferencias Manuales Remotas
Este arreglo muestra una forma muy particular y que trabaja de manera económica
donde la transferencia de carga de manera automática sin la utilización de transferencias de
este tipo. En este arreglo el monitoreo de las variables eléctricas de la fuente la da la
transferencia automática 1, la cual si entrase a operar envía una señal a las transferencias 2
y 3, las cuales no son del tipo automático, pero que sin embargo deben contar con controles
especiales que permitan el accionamiento de estas debido a los mandos de la transferencia
1. Estas transferencias solo necesitan saber el momento en el que la transferencia 1 entra en
operación, por lo que no es necesario un monitoreo de variables eléctricas de parte de ellas.
44
Además, debe considerarse la adición de retardos de tiempo entre las transferencias
para disminuir el impacto transitorio entre los generadores.
Figura 3.7 Selección automática de prioridad
Utiliza 3 transferencias y dos generadores para conectarse a la carga crítica durante
la salida de la red normal de suministro. Este es un esquema que se puede utilizar en casos
donde se tenga una carga que se desee alimentar a toda costa.
El funcionamiento es el siguiente: La carga prioridad 2 se alimenta del generador 2
solamente si la carga 1 está recibiendo energía de la red normal de suministro o del
generador 1. En el caso en el que el generador 1 presente una falla durante una salida de la
red de suministro, la transferencia 3 realiza dos funciones. Primero es transferir el
generador 2 a la carga crítica. La segunda función es enviar una señal a la transferencia 2 de
45
botar carga. Una vez que se aplica la señal de rechazo de carga al generador 2, la señal
desconecta al generador de las cargas críticas.
Figura 3.8 Sistema de selección de carga prioritaria
En este caso se tienen dos cargas críticas, una más que la otra.
Cuando la entrada del sistema falla, ambos generadores arrancan. El generador que
alcance las condiciones aptas para tomar la carga primero alimenta a la carga prioridad 1
mediante la transferencia TA-3. La alimentación directa de la carga prioridad 1 se alcanza
mediante TA-1. El generador que alcanza la velocidad nominal en segunda instancia
alimenta a la carga 2. Si el generador que primeramente alimenta a la carga prioridad 1
falla, la transferencia TA-3 permite que el generador que alimentaba a la carga prioridad 2
alimente a la carga prioridad 1.
46
Caso particular: Torres de Apartamentos
En el caso de torres de apartamentos se tienen gran cantidad de cargas y de pequeño
consumo cada una. En estos casos pueden considerarse dos opciones:
1. Poner una transferencia a cada apartamento
2. Conectar el sistema de emergencia antes de los medidores
En cuanto a la primera opción se necesita gran cantidad de equipo y control para el
mismo que incluirían costos elevados y grandes requerimientos de espacio, en el caso que
se quisieran utilizar transferencias automáticas. Si son manuales presenta el inconveniente
de que habría que accionar una transferencia por apartamento, por lo que esta opción no es
viable debido a la incomodidad que representa el tener que tomar la acción recién
mencionada.
En cuanto a la segunda opción, se tiene el inconveniente de que esto produce que
los medidores de la compañía distribuidora tomen la generación del medidor como si lo
estuviera generando la compañía distribuidora, y los abonados saldrían afectados
económicamente. Sin embargo, esta opción es desde el punto de vista económico más
rentable, ya que dependiendo de la cantidad de apartamentos con que cuente el edificio el
costo inicial del equipo para la primera opción supera enormemente a la segunda opción.
Actualmente se plantea la opción de poner 3 sistemas de medidores, dos digitales y uno
analógico.
1. Un medidor digital entre la acometida y la transferencia.
2. Un medidor digital entre el generador y la transferencia.
47
3. Un medidor analógico para cada apartamento como comúnmente se hace.
En estas instancias la compañía distribuidora toma la diferencia entre las mediciones
para no cobrar la generación dada por la planta eléctrica.
Este es un esquema que probablemente será de mucha aplicación en nuestro país, según
ingenieros encargados de diseño con plantas eléctricas.
Figura 3 9 Edificio de apartamentos, opción con 1 transferencia
48
Figura 3.10 Edificios de apartamentos opción con más de 1 transferencia
3.2.
Diseño Eléctrico
En nuestro país los diseños eléctricos se rigen de acuerdo con los lineamientos del
Colegio Federado de Ingenieros y Arquitectos, el cuál hace referencia al Código Eléctrico
de los Estados Unidos NFPA 70 NEC en su última versión en español (1999). Este permite
establecer las características de los equipos eléctricos e implementación de estos según sean
requeridos en las diversas aplicaciones. Para el diseño de sistemas que incorporen plantas
eléctricas a baja tensión debe darse especial atención a las siguientes secciones:
230 – Acometidas
445 – Generadores
700 – Sistemas de emergencia
701 – Sistemas de reserva legalmente exigidos
49
702 – Sistemas de reserva opcionales
703 – Fuentes de generación de energía eléctrica interconectadas
380 – Interruptores (Para las transferencias)
Se hará un análisis de la manera de elaborar un diseño eléctrico de acuerdo con las
secciones recién mencionadas y otras que se irán describiendo de acuerdo con las
necesidades del sistema, sin olvidar que para el diseño debe tomarse en cuenta todo el
NEC.
El primer paso para elaborar un diseño eléctrico es definir la manera en que las
cargas se introducirán al generador, ya que esto es lo que determina el espacio requerido,
equipos, agrupamiento de cargas, tamaño del generador, etc.
La introducción de las cargas puede hacerse de dos formas:
Introduciendo todas las cargas de una sola vez: Esto a pesar de que es posible, es poco
práctico, esto debido a que habría que sobredimensionar la planta para que cumpliera con
los requerimientos de arranque de las cargas (especialmente motores), por ello su capacidad
sería demasiado grande y por lo tanto aumentaría los costos. Como se explicara en el
siguiente capítulo, el generador debe operar a una carga mínima de 30 % por lo que habría
que asegurarse que la suma de las potencias en operación normal es mayor al 30% de la
suma de todas las potencias de arranque, lo cual si se tienen muchos motores es una
condición difícil de cumplir.
50
Introduciéndolas mediante pasos de carga: Esto se utiliza para reducir el tamaño del
generador. La introducción de la carga por pasos disminuye considerablemente la potencia
requerida para el grupo electrógeno, ya que las potencias de arranque de los diferentes
motores y demás equipos tienen un impacto menor en el tamaño del generador y en su
estabilidad.
Aparte de los requerimientos de arranque del generador, debe tomarse en cuenta que
el introducir las cargas por pasos reduce las variaciones en tensión y frecuencia, debido a
efectos transitorios. Cuando se transfiere carga a un generador por pasos, los pasos de carga
deben ser controlados de manera que las perturbaciones causadas por esto puedan ser
toleradas por las cargas ya conectadas.
Se recomienda un retardo de tiempo de unos cuantos segundos para permitir que el
generador se estabilice en tensión y frecuencia para introducir las cargas venideras cuando
el generador se encuentre en condiciones estables.
Se prefiere arrancar las cargas con los requerimientos más grandes de arranque
primero. La secuencia de arranque de las cargas debe determinarse teniendo también en
cuenta la importancia de las cargas, por ello debe considerarse conectar las cargas de
emergencia primero en la medida de lo posible.
Para ordenar la carga que debe conectarse por pasos debe primeramente separarse
las cargas de emergencia con las que no lo son. Posteriormente, dentro de cada subgrupo
debe ordenarse la carga a como mejor convenga.
Secuenciación de las cargas:
51
•
Motor más grande debe arrancarse primero, excepto en el caso donde se tengan
dispositivos variadores de velocidad.
•
Cargar los UPS al final, ya que los UPS son bastante sensibles a cambios en la
frecuencia. Un generador entre mas este cargado menos susceptible es a los cambios
en la frecuencia.
•
Las grúas y ascensores no deben arrancarse de primero, esto debido a la que la
potencia que pueden entregar en ciertas instancias puede que no sea absorbida por el
generador, por ello deben conectarse cargas que puedan ser alimentadas en el caso
en el que se tenga esta potencia inversa en el mismo. Se recomienda las cargas de
iluminación, por ejemplo, se conecten primero.
Se denomina cargas críticas a aquellas cuyo funcionamiento es imprescindible ya
sea para la vida humana o para procesos sumamente importantes. Las cargas críticas tienen
prioridad sobre cualquier carga de cualquier tipo, por ello estas deben en la medida de lo
posible introducirse primero.
La manera en la que entran las cargas permite agrupar estas en diferentes tableros,
ya que las cargas que vayan a conectarse juntas deben estar necesariamente en los mismos
tableros porque de otra forma habría que considerar más transferencias de las realmente
necesarias.
Normalmente se utilizan transferencias múltiples con retardos de tiempo para
introducir las cargas en pasos. Para agrupar las cargas que van a conectarse a una
determinada transferencia debe tomarse en cuenta también los tiempos que las cargas
52
pueden permanecer sin energía, ya que no tendría sentido conectar cargas con diferentes
tolerancias a una misma transferencia, causando que una se vea afectada por las
perturbaciones, mientras que la otra carga ni siquiera se dio cuenta.
Una vez establecida la manera en que serán introducidas las cargas se procede con
los cálculos de ampacidad, aterrizamiento y protecciones.
3.2.1.
Servicios propios de la planta
Se debe instalar un tablero a la salida de la planta para alimentar sus servicios
propios, este tablero debe mantenerse energizado solamente cuando la planta se encuentre
en funcionamiento. Los servicios propios de la planta corresponden a todos los sistemas
auxiliares de iluminación, calentador de camisas, bombeo para el trasiego de combustible,
enfriamiento, cargador de baterías, ventilación, tomas generales y otros que requiera la
planta para su óptima operación. Las especificaciones de la planta brindadas por el
fabricante indican la tensión a la que debe operar el calentador de camisas y la potencia que
se requiere suministrar a este, lo cual debe contemplarse en el diseño eléctrico.
3.2.2.
Ampacidad de conductores
La ampacidad de los conductores de salida del generador se debe escoger de
acuerdo con la sección 445-5 del NEC. Las posibles opciones son las que se muestran en la
siguiente figura:
53
Figura 3.11 Ampacidad requerida de los alimentadores del generador
Caso a) Los conductores de las terminales del generador al primer dispositivo de
sobrecorriente, se consideran conductores de derivación y se les permite corridas cortas sin
protección de cortocircuito, según la sección 240-21 (b) (1)
del NEC. Además, la
ampacidad de estos conductores debe ser 115 % de la corriente nominal del generador
según la sección 445-5 del NEC.
Caso b) La capacidad de los conductores hasta el primer dispositivo de
sobrecorriente debe ser igual o mayor que el 115% de la corriente nominal del generador,
luego los conductores deben tener una capacidad igual o mayor que dicho dispositivo.
Caso c) En este caso se podría decir que no existen conductores entre el generador y
el dispositivo de sobrecorriente, por ello la ampacidad de los conductores en este caso debe
ser de 100% la capacidad del dispositivo de sobrecorriente.
54
Debe prestarse atención de que la definición de la ampacidad de los conductores es
independiente de si la carga es continua o no, como sucede normalmente con los cálculos
de alimentadores.
Además, si se pensase hacer ampliaciones en un futuro, incluyendo un generador de
mayor capacidad o la implementación de más generadores en paralelo con el generador
actual, es recomendable sobredimensionar también los conductores de acuerdo con la
capacidad de las cargas que vayan a instalarse en un futuro.
Para generadores móviles la longitud del cable debe determinarse de acuerdo con el
punto de alimentación más lejano a la planta, para que evitar el uso de empalmes o el uso
de extensiones.
55
3.2.3.
Puesta a tierra
La puesta a tierra de sistemas eléctricos debe estar de acuerdo con el capítulo 250
del NEC. El fin principal de los sistemas de puesta a tierra es brindar continuidad del
servicio y asegurar la seguridad del personal. Para lograr el primer objetivo debe evitarse la
operación de las protecciones de manera innecesaria, el segundo caso, en contraste se
requiere que las protecciones actúen de la manera más efectiva posible. Esto se logra
variando la resistencia a tierra. Conforme se reduce la resistencia a tierra
se logra
estabilizar las tensiones de las fases a tierra y establecer caminos para el paso de corrientes
debidas a fallas a tierra, para su retorno efectivo a la fuente. Sin embargo existe un
compromiso en estos dos aspectos, debido a que las tensiones se estabilizan de una mejor
manera si se establece una referencia de potencial fijo (V = 0) con ello además se limita la
tensión de las partes metálicas expuestas para seguridad del personal reduciendo el riesgo
de una descarga eléctrica, sin embargo las corrientes de falla son mayores cuando se tiene
esta condición
56
Figura 3.12 Esquemas de puesta a tierra aplicables a plantas eléctricas en baja tensión
Sólidamente aterrizados
Un sistema es sólidamente aterrizado si la conexión entre el neutro y tierra se hace
sin insertar una impedancia de manera intencional. La mayoría de sistemas deben estar
aterrizados.
La puesta a tierra de este tipo tiene como fin limitar la tensión a tierra y facilitar la
activación de las protecciones, ya que entre mayor sea la corriente de falla mayor será la
probabilidad de disparo de las protecciones en el rango instantáneo de disparo. La sección
250-20 (b) explica las condiciones bajo las cuales los sistemas de 50 V a 1kV deben
aterrizarse. Donde los sistemas típicos a aterrizar en plantas eléctricas a baja tensión son los
siguientes:
57
120/240 V, 1φ, 4 hilos
208Y/|120 V, 3φ, 4 hilos
480Y/277 V, 3φ, 4 hilos
120/240 V en delta, 3φ, 4 hilos
377Y/600 V, 3φ, 4 hilos
En este tipo de puesta a tierra, las partes metálicas se unen para formar una conexión
equipotencial. Esto provee un camino de baja impedancia para que las corrientes de falla a
tierra fluyan de regreso a la fuente.
Puesta a tierra de alta resistencia
El sistema se aterriza mediante una alta resistencia cuando la conexión entre tierra y
neutro se ha hecho insertando intencionalmente una resistencia en la conexión. Dicha
resistencia se selecciona para limitar la corriente de falla a tierra a un nivel que no active las
protecciones. Dicha corriente puede ser tolerada por cierto tiempo, de manera que se tiene
continuidad en las cargas críticas, hasta que la falla pueda ser corregida. Este tipo de
aterrizamientos permite continuidad en la primera falla a tierra, pero si se llega a tener otra
falla, la gran magnitud de la corriente de fase a fase suscitara es disparo de las protecciones.
El nivel de corriente de las fallas a tierra se limita generalmente a 10 A. Las tensiones a
tierra en condiciones de falla son prácticamente iguales a cuando se utiliza un sistema
sólidamente aterrizado.
58
Las ventajas de este tipo de sistemas especificadas en el Standard IEEE-142 IEEE
Recommended Practice for Grounding of Industrial and Commercial Power Systems se
muestran a continuación.
1. Reducir los efectos de la derretimiento y quemado en equipo fallado, tales como
seccionadores, transformadores, cables y maquinas rotatorias.
2. Reducir el esfuerzo mecánico en circuitos y aparatos que transporten corrientes de
falla.
3. Reducir el riesgo de shock eléctrico al personal causado por corrientes perdidas en
el camino de retorno a la fuente.
4. Reducir el riesgo de daños a personal por arcos dados en condiciones de falla.
5. Reducir la caída de tensión momentánea ocasionada por la aparición y limpiado de
fallas a tierra.
6. Asegurar el control de tensiones transitorias y al mismo tiempo evitar el disparo de
las protecciones debido a la aparición de la primera falla a tierra.
La sección 250-36 del NEC se refiere a los sistemas de puesta a tierra mediante alta
impedancia. Las condiciones mencionadas son las siguientes:
1. Solo personal calificado dará servicio al sistema
2. Se requiere de continuidad en la alimentación de equipos
3. Existen detectores de falla a tierra
4. No se alimentan carga de L-N.
59
Sin embargo si se tienen cargas L-N en un porcentaje mínimo en comparación con
cargas L-L, se puede utilizar este tipo de sistemas. Además, si se tuvieran que servir cargas
de L-N se podría utilizar un transformador ∆-Y de manera que el generador sirviera pudiera
servir este tipo de cargas sin la necesidad de utilizar su neutro directamente, se podría
utilizar este tipo de puesta a tierra. La idea de los requerimientos expuestos en el NEC es
que si ocurriera una falla a tierra el detector de falla avisara al personal calificado para que
localizara y limpiara la falla de una manera segura, asegurando la continuidad del
suministro de energía, evitando el disparo innecesario de las protecciones.
Figura 3.13 Indicador de falla a tierra [11]
Sistemas sin aterrizar
Un sistema se considera sin aterrizar si no se hace ninguna conexión intencional
entre el neutro y tierra se hace sin insertar una impedancia de manera intencional.
El propósito principal de los sistemas sin aterrizar es que las protecciones no se
disparen en la primera falla a tierra. Sin embargo, la corriente entre una falla L-L se
encargaría de disparar las protecciones.
60
En este sistema una falla a tierra causa una tensión de L-L entre las fases no falladas
y tierra. Sin embargo, en estas circunstancias se asegura continuidad del servicio. En las
secciones 250 – 21 y 250 – 22 del NEC se menciona los requerimientos generales para este
tipo de sistemas.
Monitoreo de falla a tierra
La desconexión del neutro se ve determinado principalmente por el número de polos
de la transferencia, lo cual depende de la utilización de GFCI.
El GFCI (Interruptor de corriente de falla a tierra) es un dispositivo que esta
ajustado para dispararse normalmente en 5mA, esto debido a que se desea proteger a las
personas de corrientes mayores a esta, ya que pueden causar daños y en algunos casos la
muerte. La GFCI utiliza el principio de protección diferencial, que utiliza el principio de
que la corriente de falla a tierra monitoreada será la diferencia entre la corriente entregada
por la fase correspondiente y la parte de la corriente que regresa a través del sensor por el
neutro, de manera que si se tiene una corriente de falla, se detectará una pérdida de
corriente, lo que será monitoreo como una falla.
La utilización de GFCI en alimentadores se contemplan en la sección del NEC es la
215-9 que indica las condiciones en las que debe proporcionarse un GFCI en el
alimentador. Además, en la sección 230-95 se indica que debe proporcionarse protección
contra falla a tierra en equipos de acometidas en estrella puesta a tierra cuando la tensión
este entre 150 V y 1000 V entre fases, si la capacidad del disyuntor de la acometida es
superior a 1000A. Además se indica que cuando se tiene protección de falla a tierra en el
61
medio de desconexión de alimentador y la interconexión es hecha con otra fuente de
alimentación mediante un dispositivo de transferencia, debe asegurarse un correcto
monitoreo de las fallas a tierra por el equipo de protección de puesta a tierra.
Cuando se tenga GFP (Protección contra falla a tierra) en el alimentador principal y
se tengan neutros interconectados entre la fuente y el generador debe utilizarse una
transferencia de 4 polos y aterrizar el generador como un sistema derivado separadamente,
tal como lo define el NEC en la sección 250-30, donde los generadores son considerados
como de este tipo.
Un sistema derivado separadamente no puede tener conexión de
ninguno de los conductores a la fuente normal de alimentación, lo que incluye también al
neutro.
Si no se tuviera una transferencia de 4 polos, existirían problemas de monitoreo de
fallas a tierra en el caso en el que se aterrizaran tanto el generador como la fuente normal de
suministro, tanto en casos normales de operación como en operaciones de falla.
Si se tiene GFP para equipo en el lado del alimentador principal de la fuente normal
de suministro, y se tuviera una conexión entre el neutro del alimentador con dicha fuente,
se deberá utilizar una transferencia de 4 polos y aterrizar el generador de la planta como un
sistema derivado separadamente. Si no se utilizase una transferencia de 4 polos se tendrían
problemas de monitoreo en los equipos de GFP.
Cuando el alimentador normal está sólidamente aterrizado y los neutros están
conectados permanentemente en la transferencia, el generador se considera efectivamente
aterrizado. Sin embargo en estos casos el generador no se considera un sistema separado,
tal como lo indica la sección 250.20 (D) NLM 1 y por ello el neutro del generador no se
62
debe aterrizar, ya que si esto se hiciera se crearían múltiples caminos de corriente de falla,
uno por dentro del sensor del GFP y otro por fuera. Además esto violaría la sección 250 –
24 (a) 5 del NEC que indica que no se pueden hacer conexiones a tierra en el lado de carga.
Esto debe tomarse en cuenta al utilizar una transferencia de 3 polos.
Con un nivel sencillo de GFP, se puede utilizar más de una transferencia de 3 polos
sin interferir con la operación de los GFP. Si se tuvieran diferentes niveles de protección
contra falla a tierra aguas abajo, el diseño del sistema no podrá contemplar más de una
transferencia de 3 polos.
63
Las secciones del NEC que contienen requerimientos acerca de GFP son los siguientes:
Tabla 3.3 Requerimientos de protección de falla a tierra según el NEC
Localización
Tomacorrientes y conductores de cordón
Protección de las personas
Alimentadores
Instalaciones provisionales
Estacionamientos comerciales
Instalaciones de asistencia medica
Estudios de cine, televisión y lugares similares.
Casas móviles
Vehículos recreativos
Puertos y embarcaderos
Avisos luminosos e iluminación de contorno
Ascensores, pequeños ascensores de carga,
escaleras y pasillos mecánicos
Sistemas de carga de vehículos eléctricos
Piscinas (permanentemente instaladas)
Piscinas portátiles
Fuentes
Bañeras de hidromasajes
Sección del NEC
210 – 7 (d)
210 – 8
215 – 9
305 – 6
511 – 10
517 – 20 y 517 – 21
530 – 73 (a) (1)
550 – 8 (b) y 550 – 23 (e)
551 – 41 y 551 – 71
555 – 3
600 – 10 (c) (2)
620 – 85
625 – 22
680 – 6 (a) (3)
680 – 31
680 – 51 (a)
680 – 70
Por ello antes de considerar el tipo de puesta a tierra, y por lo tanto la transferencia,
debe tenerse en cuenta estas secciones, en caso de cargas a alimentar en el momento del
proyecto o ampliaciones futuras que contemplen este tipo de cargas. Si la GFP no se instala
en un inicio pero se considera añadirla al sistema existente, debido a equipos que vayan a
instalarse que requieran de este tipo de protección, entonces deberá hacerse el diseño como
si esta ya existiera, para evitar inconvenientes en un futuro. Un ejemplo de la violación a
esto se muestra en la siguiente figura.
64
Figura 3.14 Caminos de falla a tierra por aterrizamiento en dos puntos [7]
En este caso se muestran dos conexiones a tierra, una en el lado de alimentación y
una en el generador de la planta eléctrica, esto constituye una violación a lo estipulado
anteriormente.
Los disparos indeseados de las GFP pueden tener efectos como el siguiente: Si una
falla a tierra ocurre mientras la fuente normal de suministro está disponible y el generador
está alimentando a la carga, existe la posibilidad de un disparo de los GFP en el
alimentador principal. Debido a esto no se podría transferir la carga al alimentador aunque
estuviera disponible.
65
Las instalaciones de asistencia médica son un ejemplo de cuando se debe utilizar
una transferencia de 4 polos, debido a que la sección 517.17 exige dos niveles de
protección contra fallas a tierra, cuando se tiene este tipo de protección en el alimentador.
Si la fuente normal de distribución tiene GFP en el alimentador principal y en los
alimentadores secundarios, y los neutros están sólidamente conectados mediante 2 o más
transferencias de 3 polos se tendrán problemas. En esta situación se crean dos caminos
paralelos de corriente debidos a desbalances en las cargas o cargas no lineales, de esta
forma la corriente variara de acuerdo con las impedancias de los caminos de corriente.
De esta forma, el dispositivo de GFP en el alimentador detectara una diferencia
entre las corrientes monitoreadas diferente a cero lo que resultará en un disparo de la
protección innecesariamente.
Figura 3.15 Operación correcta de transferencia de 4 polos con GFP [7]
66
Los generadores dependiendo del tipo de uso deben incluir GFP, por ejemplo en la
sección 700.26 no se requiere de GFP, ya que esto interrumpiría la alimentación a las
cargas criticas. En estos casos se requiere por código la anunciación de que existe la falla.
Puesta a tierra de generadores portátiles o móviles
En el caso en el que se tengan generadores portátiles deberá consultarse la sección
250-34 (a) del NEC donde se dictan los requerimientos para la puesta a tierra de
generadores portátiles. Indica que la carcasa de un generador no requiere ser aterrizada, ya
que esta al estar en contacto con la tierra funciona como un electrodo de puesta a tierra. Si
se cumplen las condiciones dadas por los puntos 250-34 (a) (1) y (2).
La sección 250-34 (b) se refiere a generadores montados en vehículos. En este caso
la carcasa del generador no está en contacto directo con la tierra. La carcasa del generador
se permitirá que sea usada como el electrodo de aterrizamiento bajo las condiciones
establecidas en las secciones: 250-34 (b) de (1) a (4).
Figura 3.16 Planta Portátil [13]
67
Figura 3.17 Planta Móvil [11]
3.2.4.
Protecciones
Los generadores vienen normalmente con protecciones internas, que generalmente incluyen
las siguientes:
27 Subtension
51 Potencia Inversa
59 Sobretensión
81 u Subfrecuencia
81 o Sobrefrecuencia
Por ello no es necesario velar por la protección de los generadores en estas
condiciones, ya que cuentan con las protecciones necesarias para este tipo de problemas.
Sin embargo debe protegerse contra sobrecorrientes y cortocircuitos.
Las fallas en los sistemas eléctricos se pueden dar ya sea externa al sistema como
por ejemplo en la red pública o fallas internas en el sistema las cuales se pueden dar
principalmente por 3 razones:
• Cortocircuitos
68
• Sobrecargas
• Apertura de conductores
Las protecciones del equipo y conductores son esenciales, sin embargo nunca puede
estar encima de la protección de la vida humana. Por ello, donde el sistema de potencia de
emergencia sirve a cargas que son críticas para la seguridad de la vida, tales como
hospitales, se debe dar más prioridad a mantener la continuidad de la potencia que a
proteger el sistema de emergencia.
Por ello cuando se alimenten cargas que son indispensables para la vida humana es
más apropiado tener una alarma que indique la existencia de una falla a tierra o una
sobrecarga por ejemplo, que propiciar el disparo de una protección que pudiera dejar sin
alimentación a equipo médico esencial.
En caso en el que las transferencias no cuenten con protecciones para cortocircuito,
los disyuntores de los ramales deberán tener la capacidad de soportar la corriente de falla.
La protección se puede hacer, ya sea mediante fusibles o disyuntores termo
magnético. Sin embargo, la mejor opción es la de utilizar un disyuntor termo magnético
como dispositivo de protección, ya que este sirve como medio de desconexión del
generador a la vez.
69
Dimensionamiento de la capacidad de sobrecorriente del dispositivo de protección
La sección 445-4 (a) se refiere a generadores de tensión constante, que son los que
aplican para el caso en estudio. En esta sección no se especifica una forma precisa de
dimensionar la protección.
El tamaño se puede seleccionar de alguna de las siguientes formas:
1.
La manera más común es usar un breaker de tamaño igual o del rango inmediato
superior de la corriente a plena carga del generador. La ventaja de este método es de costo;
el tamaño de los cables y el tablero de distribución de un interruptor de transferencia se
determinan de manera ajustada pero eficiente en la mayoría de las aplicaciones. Sin
embargo, debe observarse si el breaker es de operación al 80% o al 100% para evitar
disparos indeseados.
2.
Un segundo método es dimensionar para un 125% de la corriente de carga del
generador, esto para permitirle trabajar en condiciones de sobrecarga y no limitar esta
capacidad, sin embargo para esto debe observarse el régimen de trabajo de la planta, debido
a que en aplicaciones de emergencia, por ejemplo no se permite sobrecarga. La desventaja
de este método es que los cables y el tablero de distribución necesitarían ser de un tamaño
de cuando menos ese 125 % de la corriente nominal del generador, ya que deben resistir la
sobrecarga aceptada para el generador.
3.
El tercer método es definir el tamaño del breaker como resultado de los cálculos de
diseño para un alimentador y su dispositivo de sobre corriente, reconociendo que el
propósito principal del breaker es proteger los conductores del alimentador. Para realizar
70
esto debe consultarse las secciones relacionadas a cálculos y protección contra
sobrecorriente de alimentadores.
Puesto que el generador tiene el tamaño para arrancar y hacer funcionar la carga, y
también podría tener el tamaño para incluir capacidad futura, la corriente de carga total del
generador puede ser más grande que la ampacidad calculada de los conductores del
alimentador del generador y el breaker de circuito. Si este fuera el caso, se recomienda
incrementar la ampacidad de conductores del alimentador y el rango del breaker de circuito
para que el breaker no se dispare a la corriente total de la placa del generador. Esto también
provee capacidad futura para la adición de circuitos ramales.
Coordinación selectiva
La protección de equipos debe contemplar una coordinación selectiva. Esto es la
eliminación positiva de una falla de corto circuito en todos los niveles de corriente de falla
por el dispositivo de sobrecorriente del lado de línea de la falla y solo por ese dispositivo.
El disparo de protecciones debe darse de esta forma, ya que si la falla la limpia un
dispositivo ubicado aguas arriba de la protección a la que le corresponde dicha falla,
seguramente propiciaría la desconexión de cargas que no se encuentran bajo riesgo de daño
por la falla. Si esta coordinación de protecciones se da solamente en los tableros del sistema
de emergencia y la falla se diera en un tablero donde no se tuviera una carga critica y una
mala coordinación de protecciones diera cabida a la activación de una protección
incorrecta, podría causar que el sistema de emergencia arranque innecesariamente, por una
pérdida de energía en las cargas de emergencia que pudo haber sido evitada, por eso cuando
71
se esté realizado un diseño de este tipo es conveniente hacer una revisión de las
protecciones existentes y en caso de que la instalación fuera por completo nueva debe
asegurarse una correcta operación de las protecciones de todo el sistema.
Para establecer la coordinación de protecciones deben irse estableciendo retardos de
tiempo a medida que las protecciones se vayan separando de la carga. Para explicar esto se
recurre a la siguiente figura donde se tienen 3 niveles de protecciones A, B y C.
Figura 3.18 Protección Eléctrica de 3 niveles [2]
La coordinación de las curvas se puede dar de la siguiente manera:
72
Figura 3.19 Correcta coordinación de protecciones de la figura 3.18 [2]
En esta curva se muestra una correcta coordinación de protecciones. Las curvas de
disparo no se cruzan por lo que cada protección trabajara en una zona específica, además
las protecciones ubicadas aguas abajo se activaran primero. Los valores de corriente de
cortocircuito disponibles deben de ser analizados y debe tenerse en consideración que estas
irán disminuyendo conforme se quiera acercar a la carga, por ello la curva de disparo
instantáneo de C tiene una capacidad de disparo instantáneo menor que B, y esta ultima
que A. Los retardos de tiempo deben ser tales que den un tiempo determinado para limpiar
las fallas por la protección más cercana, si esta no lo hace la protección siguiente debe
encargarse de esto, por ello la única protección con disparo instantáneo es C.
Debe tenerse cuidado de que la protección principal del generador este coordinada
con las protecciones de las cargas alimentadas por este.
73
Influencia del sistema de excitación en la coordinación de protecciones
La confiabilidad del sistema de protección del generador depende en gran parte del
sistema de excitación. Por ello es necesario hacer un análisis de los dos tipos de sistemas de
excitación mencionados en la nota teórica.
Se puede considerar que un generador autoexcitado, está protegido por diseño
inherente, puesto que no es capaz de sostener una corriente de corto circuito en fallas
trifásicas balaceadas el tiempo suficiente para que este se dañe. El uso de generadores
autoexcitados, a veces se considera suficiente para cumplir la
protección mínima de
generador requerida por los códigos eléctricos para diseño inherente y hacen innecesarios
los dispositivos protectores de sobrecorriente del generador, sin embargo propician una
desconexión innecesaria de las cargas.
El decaimiento en la corriente de falla de un generador autoexcitado requiere que
los breakers de circuitos ramales normalmente se operen en los primeros 0.025 s, que es el
tiempo en el que circula la corriente máxima. Un breaker de circuito ramal que no se
dispara y limpia una falla puede causar que un generador autoexcitado se colapse,
interrumpiendo la potencia a los ramales que no están en falla del sistema de emergencia.
Un generador PMG no se colapsa y tiene la ventaja de proveer hasta 3 veces la
corriente de rango durante varios segundos (8 a 10), lo que debe ser suficiente para limpiar
los breakers de circuitos ramales con diferentes características de tiempo corriente en los
generadores sin protección de sobrecorriente inherente. Sin embargo, un disyuntor termo
magnético típico del tamaño que pueda llevar la corriente de rango del generador no provee
protección efectiva del generador.
74
Generalmente, si los breakers de circuito se usan para protección del generador, se
requerirá un breaker de estado sólido con ajustes completos (LSI de tiempo Largo, tiempo
Corto e Instantáneo) para coordinar la curva de protección dentro de la curva de capacidad
del generador. Donde el generador está protegido por diseño inherente. La protección debe
procurar respetar la curva de capacidad del generador, en cuyo caso se recomienda utilizar
dispositivos estado sólido.
Figura 3 20 Protección del generador con dispositivos de estado sólido [11]
Si los dispositivos de sobrecorriente aguas abajo del generador fallan en limpiar una
falla de corto circuito trifásica balanceada, el sistema de excitación PMG incluye una
75
función de paro por sobreexcitación que servirá como respaldo en el caso en el que no se
limpien las fallas.
Una opción de protección para generadores puede ser integrada en los mismos
controles del mismo. Estos controles dan protección al generador en un amplio rango de
tiempo y corriente, desde cortos circuitos instantáneos, monofásicos y trifásicos, hasta
sobrecargas de varios minutos de duración. Para ello debe consultarse a cada fabricante
específicamente.
El NEC requiere de una indicación de una falla de tierra en generadores de
emergencia que estén aterrizados sólidamente, operando a mas de 150 volts a tierra, y con
dispositivos principales de sobrecorriente de rango de 1000 amperes o más. Si se requiere,
la práctica estándar en aplicaciones de emergencia es proveer solo una indicación asegurada
de una falla de tierra, y no disparar un breaker de circuito. Aunque tal vez se suministre una
protección de falla de tierra que abra un breaker de circuito principal de generador para el
equipo, no se requiere por el código, ni se recomienda en sistema de emergencia. La
operación apropiada de los sensores de falla de tierra en generadores, típicamente requiere
que el generador sea derivado separadamente, y el uso de un interruptor de transferencia de
4 polos
76
CAPÍTULO 4: Escogencia de equipos
Para tener un sistema eléctrico operando en condiciones adecuadas que aseguren
confiabilidad y una buena operación no basta solamente con realizar un buen diseño
eléctrico, es necesario también hacer una correcta escogencia de los equipos que van a
conformar el sistema de la planta eléctrica. Un aspecto que resulta esencial a la hora de
elegir entre un producto de uno o más fabricantes es la calidad. Por ello se recomienda los
productos cuenten con alguna certificación que asegure la calidad de los equipos. UL
(Underwriters Laboratories Inc.) es una compañía fundada en 1894 que tiene como
funciones certificar los equipos mediante pruebas de laboratorio, para comprobar que
cumplen con estándares de calidad. Además, ciertos equipos deben cumplir con normativas
NEMA (National Electric Manufacturers Association) e ISO (International Standards
Organization).
Tabla 4.1 Normativas mínimas que se recomienda que deban cumplir los equipos
Dispositivo
Plantas
Transferencias
Controles
Gabinetes
Tableros de distribución
Disyuntores
Tanques
Conductores
Certificación o Normativa
UL 1200, ISO 8528, NEMA MG1
UL 1008, UL 891
UL 508
UL 50
UL 67 y NEMA – PB1
UL 489
UL 142
UL
77
4.1. Planta Eléctrica
4.1.1. Marca de la planta
En el país existen diferentes marcas de plantas eléctricas, sin embargo pueden
rescatarse algunas de ellas por su trayectoria y su expansión en el mercado. Entre ellas se
citan:
• Caterpillar
• Olympian
• Cummins
• SDMO
• Kohler
• Detroit Diesel
• Fg Wilson
Estas no son las únicas que existen en el mercado costarricense, sin embargo son las
de renombre.
A la hora de elegir marcas y proveedores debe asegurarse que cuenten con un stock
de repuestos, un lapso de garantía de fabricación y con experiencia en la venta, reparación e
instalación de este tipo de equipos.
El primer aspecto a considerar en la elección de una planta eléctrica es si va a
alquilarse o comprarse. En aplicaciones donde se requiera la planta por periodos
prolongados se recomienda la compra de la planta, solamente se recomienda alquiler
78
cuando en una instalación se tiene una planta fuera de servicio por reparación o
mantenimiento y se desea continuidad del servicio.
4.1.2. Permanencia de la planta en sitio
Móviles
La decisión de escoger generadores móviles es basada en que puede tener múltiples
usos. Además del transporte de la unidad debe tomarse en cuenta que el equipo auxiliar
debe transportarse también. Debido a que el equipo móvil normalmente se encontrara en
exteriores, debe utilizarse un gabinete a prueba de agua. Se recomienda también incluir en
la unidad un sistema de combustible. Al igual que los generadores estacionarios, estos no
pueden alimentar cualquier tipo de carga de manera eficiente, por ello antes de escoger las
características del generador debe hacerse un análisis de las cargas a conectar y tener en las
que este puede operar.
La aplicación de generadores móviles se da principalmente en
• Plantaciones
• Construcción
• Lugares que son poco habitados y por ello no requiere de una planta
permanentemente.
Estáticos
Los generadores estáticos son los más utilizados. En la mayoría de las instalaciones
no se tiene un desplazamiento de la carga a alimentar la planta.
79
4.1.3. Generador
4.1.3.1.Requerimientos Generales
THD (Distorsión de la onda de tensión debido a armónicos): < 3%.
TIF (Factor de influencia telefónica): < 50 según NEMA MG1-22.43
THF (Factor Total Armónico): < 3%.
Según el NEC, el generador se considera como un alimentador, por ello para que
cumpla con los lineamientos del código debe cumplir con lo siguiente:
• Debe ser operable externamente a una posición de apagado o de desconexión con
provisiones para poner un candado.
• Debe tener indicación visual de si está encendido o apagado.
4.1.3.2.Nivel de tensión y aislamiento
Las plantas eléctricas cuentan con un generador de 12 puntas, lo que permite variar
la tensión de salida a varios niveles, por ello cuando se pide un generador debe indicarse la
tensión que desee obtenerse a la salida, aunque muy probablemente el generador este
diseñado para la tensión indicada.
El nivel de aislamiento indica las temperaturas que los devanados pueden soportar,
para generadores se tienen típicamente clase F o H. Los de clase H soportan temperaturas
superiores a los de clase F, por lo que se recomiendan generadores donde se tenga esta
80
clase de aislamiento. En esta característica específica deben cumplir con NEMA MG11.65.
4.1.3.3.Tipo de servicio
Emergencia
Este es el tipo de servicio más común para plantas. Según el NEC los sistemas de
emergencia se clasifican en los siguientes:
• Sistemas de emergencia
• Sistemas de reserva exigidos por la ley
• Sistemas de reserva opcionales
En el artículo 700 del NEC se muestran aplicaciones típicas de este tipo. En los
artículos 695 bombas contra incendio y 517 instalaciones de cuidado médico son dos
ejemplos donde se requiere potencia de emergencia.
Prime
La potencia primaria, tal como su nombre lo indica, es necesaria en localizaciones
donde no se tiene una fuente primaria de energía, que corresponde a zonas rurales alejadas
donde no se tiene suministro eléctrico de parte de la empresa distribuidora.
Continuo
81
El rango de potencia continuo se requiere en condiciones donde se tenga una
generación constante, normalmente se utiliza para vender energía a la compañía
distribuidora.
4.1.3.4.Tipo de combustible
Los sistemas de combustible predominantes en plantas eléctricas son básicamente el
Diesel y el LPG, por ello se realizara una comparación entre ambos tipos de combustible
para ver cual se adapta mejor para determinadas condiciones.
Arranque: Cuando la aplicación requiera de la aceptación del 100% de la carga en
menos de 10 s, los motores diesel son los indicados. La mayoría de los motores a gas
requieren más de 30 s.
Ruido: Los motores a gas trabajan a menores niveles de ruido y producen menos
vibraciones que los motores a diesel.
Capacidades: Los grupos de mayor predominio son los de diesel, por ello
actualmente existen mayor variedad de capacidades para estos tipos de plantas.
Enfriamiento: En las capacidades mayores los motores diesel requieren
normalmente agua como medio de enfriamiento, mientras que las turbinas de gas son
enfriadas normalmente con aire.
Instalación: Las plantas a gas son consideradas que tienen menor peso y son de
menor tamaño. Estas requieren de menos enfriamiento, menos aire para la combustión y
producen una vibración mínima.
82
Mantenimiento: Las plantas a gas son maquinas más simples que las plantas con
motores diesel. Sin embargo, es más sencillo conseguir servicio de reparación para motores
diesel que para las turbinas de gas, debido a que los de diesel se utilizan en la industria
automovilística.
Eficiencia: El motor de diesel es más eficiente a plena carga que las turbinas de gas
a plena carga. Sin embargo, el ejercitamiento de las turbinas de gas es menor, por lo que se
reduce el consumo de combustible en este sentido.
Respuesta a la frecuencia: La respuesta de los sistemas a gas es mejor que la de
diesel a plena carga.
Disponibilidad: La disponibilidad del combustible diesel es mejor que el gas LPG.
Contaminantes: Los niveles de contaminantes debido a los productos de
combustión de plantas LPG es menor que las Diesel
Almacenamiento: Ambos combustibles pueden almacenarse por largos periodos de
tiempo sin una degradación en sus propiedades.
Explosividad: El combustible diesel no es explosivo, mientras que el LPG si lo es,
por ello el LPG es más peligroso y
4.1.3.5.Capacidad
Las capacidades de las plantas disponibles comercialmente están normalmente en el
rango de 25 kW a 4 MW, donde esto varia, claro está de acuerdo con el fabricante.
El dimensionamiento del generador en un sistema de respaldo con plantas eléctricas
es sumamente importante en cuanto a lo que se refiere a costos del proyecto y eficiencia del
mismo.
83
El dimensionamiento del generador se realiza mediante programas con que cuenta
el fabricante. En estos se especifican las cargas y la manera en que serán operadas, y estos
programas indican los modelos de generadores recomendados. Estos solicitan las
características deseadas del generador además de los pasos de carga y las cargas en cada
uno de ellos. Es importante hacer un análisis del comportamiento del generador ante varias
condiciones para introducir solo las cargas necesarias.
Para hacer una correcta escogencia del generador primero es necesario hacer un
breve análisis del comportamiento del generador, esto debido a que debe siempre tenerse en
cuenta que la robustez, estabilidad y capacidad de manejo de cargas de un generador
aislado, como es el caso de las plantas eléctricas a baja tensión, es insignificante en
comparación con la red de suministro de la empresa distribuidora.
Por ello las variaciones en la carga tienen un impacto considerable en el generador,
tanto en su comportamiento eléctrico como mecánico.
Los generadores tienen puntos de operación donde se indican la capacidad a la que
puede trabajar además del factor de potencia, el cual usualmente corresponde a 0.8 en
adelanto.
Aparte de los límites de estabilidad y calentamiento hay que tomar dos aspectos
muy en cuenta a la hora de hacer un análisis al generador:
•
Capacidad limitada de absorción de potencia reactiva
•
Capacidad limitada de absorción de potencia activa
84
En el primero de los casos es cuando se tienen cargas con factor de potencia en
adelanto, es decir capacitores conectados en el sistema eléctrico.
En sistemas eléctricos a baja tensión se tienen capacitores predominantemente en
los siguientes casos:
•
Mejoramiento de factor de potencia: Esto se puede dar principalmente mediante
bancos de capacitores o, bajo ciertas consideraciones, motores sincrónicos
sobreexcitados.
•
Filtros de armónicos: Estos filtros se pueden tener separadamente o formando parte
de una UPS.
El problema con los fp en adelanto es que llevan al generador a sobrevoltajes,
debido a que pierde el control sobre su sistema de excitación tal como se explica a
continuación.
El equipo de filtrado es dimensionado para operación a la carga máxima en la UPS
o el motor. En cargas bajas habrá exceso de capacitancia en el sistema, causando un factor
de potencia en adelanto.
Debido a que los rectificadores son comúnmente diseñados para minimizar los
transitorios de carga, el factor de potencia en adelanto predominará en el sistema hasta que
las cargas inductivas sean añadidas en el sistema. Cuando la red opera, simplemente
absorbe la potencia reactiva debido a que su tamaño es extremadamente grande en
comparación con los filtros y cuenta con cargas que pueden absorber esta energía.
85
La tensión debida al factor de potencia en adelanto causa que el que el regulador de
voltaje se apague y reduce la fuerza del campo.
Si esto ocurre el AVR puede perder el control en el voltaje del sistema, el cual
puede resultar en repentinos cambios en el voltaje del sistema. Este aumento de la tensión
puede causar daño en las cargas. Una UPS es diseñada para reconocer altas tensiones como
una condición anormal e indeseable, por ello apaga su rectificador. Cuando esto ocurre, la
tensión vuelve a la normalidad debido a la remoción del filtro. Para un observador, el
generador parecerá ser incapaz de levantar las cargas del sistema por lo que el problema no
será tan evidente.
En el segundo caso la capacidad limitada de los generadores para absorber potencia
real en manejo de ascensores y ciertas aplicaciones con grúas, los cuales pueden motorizar
al generador si por efectos de la gravedad llegaran a descender.
Esto ocurre debido a que la relación que existe entre la frecuencia y la potencia de
un generador. Cuando la potencia demandada a un generador aumenta, el motor se
desacelera, y el gobernador debe inyectar más cantidad de combustible para dar a vasto con
la demanda que existe en ese momento. Si se intenta entregar potencia al generador se
tendrá más combustible que el necesitado en el momento en el que se intenta entregar esta
potencia, lo que causara una sobrevelocidad del motor por exceso de combustible. Sin
embargo, el generador no es del todo incapaz de absorber potencia de fuentes externas, de
hecho que si es posible mientras sea una cantidad que pueda ser absorbida por las perdidas
mecánicas del grupo electrógeno.
86
Habiendo entendido esto, es una mala práctica de diseño el sobredimensionar un
generador tomando en cuenta los aspectos anteriores.
Un aspecto que debe tomarse en cuenta también, es que no se recomienda que los
generadores trabajen en potencias menores al 30% (50% en algunos casos) de su capacidad
nominal, debido a que su eficiencia se reduce considerablemente, y a que si trabajan a
cargas por debajo de estos límites su temperatura de operación no es la mejor, y por ello
puede haber mayor desgaste y una disminución de la vida útil como consecuencia.
Para crear un correcto dimensionamiento de un generador de este tipo deben
tomarse dos aspectos muy en cuenta:
1. El generador SIEMPRE debe tener la capacidad de entregar la potencia que la carga
le demande en determinado momento, aunque esto sea por breves instantes
solamente, como en el arranque de motores, ya que si el generador no tiene la
capacidad de entregar esta potencia puede darse una condición de sobrearranque y
con ello este queda fuera de operación.
2. Es indispensable realizar consultas a los encargados del área eléctrica del lugar
donde se va a implementar la planta para determinar factores de utilización, de las
cargas y así evitar un sobredimensionamiento innecesario para el generador.
Para el primero de los puntos expuestos anteriormente, debe tomarse en cuenta que
los generadores cuentan con la capacidad de entregar potencia mayor a la nominal
implicando una disminución de la tensión de salida. La mayoría de los arrancadores de
motores soportan caídas de tensión del 40% en el arranque, por ello normalmente se
especifica este valor como un 35% para la mayoría de los fabricantes. En las hojas de
87
especificaciones se indica normalmente esta potencia disponible y la caída de tensión
correspondiente, con la siguiente notación: SkVA@35%. En ciertos casos como en las
bombas contra incendio se requiere que la fuente que las alimenta
Una manera de variar el tamaño del generador es la forma en la que se introducen
las cargas a este. La introducción de cargas por pasos reduce considerablemente el tamaño
del generador. Esto se explico en la sección de diseño eléctrico.
Otra forma de disminuir la capacidad requerida por el generador es mediante el
arranque de motores a voltaje reducido, de manera que la corriente a rotor bloqueado se
disminuya también. Esto se puede hacer mediante métodos convencionales o arrancadores
de estado sólido.
Sobredimensionamiento del generador
Existen varias razones por las cuales se recomienda un sobredimensionamiento en
cuanto a la potencia de los generadores:
•
Altas corrientes de arranque
•
Desbalance de cargas
•
Cargas no lineales
•
Sensibilidad de las cargas a variaciones de tensión (computadoras)
•
Ampliaciones futuras.
En la mayoría de los casos los sobredimensionamientos rondan el 20%, con lo cual
normalmente se logra un correcto manejo de los aspectos recién mencionados.
88
El sobredimensionamiento debe limitarse, ya que si se adquiere exagera en este
sentido se tendrán que afrontar gastos innecesarios, primero al adquirir el equipo, luego en
consumo y mantenimiento. Si por el contrario se adquiere un equipo menor al necesario
realmente se tendrán problemas aun mayores debido a sobrecargas y poca estabilidad.
Efecto de la temperatura y altura sobre el tamaño del generador
El tamaño del generador se ve afectado por las condiciones de temperatura y altura
del medio ambiente. Los diferentes elementos que conforman la planta tienen una
temperatura nominal de operación. A mayor cantidad de potencia demandada por las cargas
se tiene un mayor aumento en la temperatura de sus componentes, por ello si se tiene un
aumento de la temperatura se debe disminuir la potencia de la planta.
El efecto del aumento en la altura tiene también un efecto sobre el tamaño del
generador. Conforme aumenta la altura, los niveles de oxigeno en el aire disminuyen, por lo
que la combustión del diesel no es tan efectiva como en la altura de operación. Para los
generadores con LPG se tiene un efecto similar debido a la disminución de la cantidad de
oxigeno en el aire.
Los fabricantes pueden dar curvas donde se muestra de manera exacta la
disminución de la capacidad para las plantas. En cambio, existen otros fabricantes que
indican porcentajes de disminución cada cierta cantidad de altura, por ejemplo se pueden
mencionar dos modelos de Detroit Diesel en la siguiente tabla.
89
Tabla 4.2 Efecto de la temperatura y sobredimensionamiento en las plantas
Modelo
Combustible
JC6DT2
GC6NL
Por temperatura
Por altura
0.5% cada 5.5°C
4% cada 305m
arriba de 25°C.
arriba de 3050m.
2% por cada 11°
2% por cada 305m
arriba de 29°C
arriba de 914m.
Diesel
Gas
4.1.3.6.Sistema de excitación
El sistema de excitación es un aspecto muy importante que debe tomarse en cuenta para
realizar una correcta escogencia del sistema de generación. Como se menciono en la nota
teórica los generadores cuentan con dos sistemas de excitación típicos: Autoexcitados y
Excitados Separadamente (PMG).
El sistema auto excitado es el más sencillo y económico en la mayoría de las
aplicaciones. En la nota de diseño eléctrico se mencionó algunas características en cuanto a
las características de protección de cada caso, sin embargo en la siguiente tabla se muestran
ciertas diferencias entre ambos
Tabla 4.3 Comparación entre generadores autoexcitados y excitados con PMG
Autoexcitado
PMG
Caídas de tensión más altas
Caídas de tensión menores
Campo colapsante (Autoprotegido)
Corriente de falla sostenida
Menor tolerancia a cargas no lineales
Mejor inmunidad a cargas no lineales
Menor capacidad de arranque de motor
Mejor arrancador de motores
90
4.1.4. Motores
Como parámetro general se prefiere un motor con aspiración natural.
4.1.4.1.Gobernadores
Mecánico
Este tipo de sistemas es generalmente el más económico y apropiado en
aplicaciones donde no se tengan requerimientos especiales de variaciones de frecuencia de
las cargas. Entre estas cargas se podrían mencionar los motores de inducción.
Isocronico
El gobernador isocrónico se requiere en aplicaciones donde se tengan cargas que por
su naturaleza no soportan variaciones grandes de frecuencia. A continuación se mencionan
dos ejemplos de cargas que, para que tengan un correcto funcionamiento, deben utilizar
este tipo de sistema de gobernación y la razón principal que lo justifica.
UPS estático: Las UPS son sensibles a variaciones de frecuencia (slew rate) de 0.5
Hz/s.
Iluminación: La baja frecuencia resulta en parpadeo de la luz.
Sistemas de procesamiento de datos (computación): Estos sistemas deben manejar
cantidades considerables de información por ello las variables eléctricas deben tomarse con
mucho cuidado.
Una ventaja de este tipo de gobernadores sobre los del tipo mecánicos es que
permiten que los generadores se recuperen más rápidamente de los pasos de transición de
carga, lo que permite tomar carga de manera más veloz y efectiva.
91
Además deben especificarse todas las partes mencionadas en la nota teórica como el
sistema de enfriamiento, de admisión de aire, de escape, de suministro de combustible, etc.
Que corresponden a diseño mecánico propiamente.
4.2. Accesorios
4.2.1. Sistemas de baterías
El tipo de baterías puede ser de plomo-acido o níquel-cadmio. La diferencia principal
entre ambos tipos es las temperaturas de operación, ya que las de níquel-cadmio son las
más robustas en este sentido, sin embargo las de plomo-acido dan buen servicio en
temperaturas ambiente en el rango de -18° a 38°, por lo que para son las indicadas para el
uso en nuestro país. Otra ventaja de las de plomo-acido es que su precio es
considerablemente menor, aunque las de níquel-cadmio tienen una vida útil más larga. Por
estas razones las de plomo acido son las utilizadas.
El sistema de baterías puede ser del tipo libre de mantenimiento o de celdas húmedas.
Las del tipo libre de mantenimiento, sin embargo, a pesar de que requieren de menos
revisión y mantenimiento, estos procedimientos son más difíciles de establecer.
El sistema de baterías debe ubicarse tan cerca como se pueda del generador para
minimizar la resistencia de esta. Para la elección del cableado de alimentación del cargador
de baterías debe tomarse muy en cuenta la caída de tensión. Una recomendación
proporcionada por CUMMINS es que la resistencia total del circuito de arranque, tomando
en cuenta además la resistencia de las conexiones, no supere 0.00075 Ω para sistemas a
12V y 0.002 Ω para sistemas a 24 V.
92
4.2.2. Cargador de baterías
Es indispensable contar con un cargador de baterías para toda aplicación, especialmente
de emergencia. Las baterías deben tener suficiente capacidad para suministrar al motor la
corriente de arranque en frío.
La definición de las horas requeridas de carga queda a disposición del ingeniero
diseñador, sin embargo se recomienda que el sistema de carga de baterías tenga la
capacidad de recargar el sistema de baterías en aproximadamente 8 horas, mientras que se
suministran todas las necesidades de control de la planta.
Figura 4.1 Cargador de Baterías [11]
93
4.2.3. Controles
Los controles se escogen de acuerdo con la robustez que se desee en el sistema, no
todas las variables y características mencionadas en la nota teórica se dan para todos los
controles, por ello debe consultarse a cada fabricante las opciones que presenta cada control
especifico.
Los controles pueden ser de dos tipos:
Basados en relés
Estos son los más antiguos y menos eficientes. Funcionan con electrónica analógica
y por ello las mediciones son menos precisas y difíciles de apreciar que en los basados en
microprocesador.
Figura 4.2 Control Analógico [11]
Basados en microprocesadores
Los basados en microprocesadores son los predominantes en la industria y los
recomendados. El estado de la planta se puede observar de manera más precisa, gracias a
que este tipo de sistemas cuentan con pantallas Estos tienen la ventaja de mediciones más
precisas y de poder conectarse mediante un sistema de comunicación por fibra óptica y por
lo tanto ofrecer un control más robusto y manejable.
94
Figura 4.3 Control digital con cableado y demás accesorios [11]
Anunciador Remoto
El anunciador remoto es un dispositivo encargado de tomar las señales envidas por
los diferentes dispositivos de control y mostrarlas todas en una sola pantalla. Este se usa
para tener un control y supervisión más robustos del estado de los componentes.
Figura 4. 4 Anunciador remoto [11]
95
Accesorios de control
Los accesorios del sistema de control dependen de la facilidad que requiera el
cliente en cuanto a los niveles de control para la planta y demás accesorios. Para estos debe
consultarse al fabricante. Algunos accesorios se muestran en la siguiente figura.
Figura 4.5 Accesorios de control [11]
4.2.4. Gabinetes
Niveles de ruido
Una de las necesidades de mayor peso para los gabinetes es su nivel de atenuación
de ruido. Las casetas acústicas cuentan con un sistema silenciador integrado que ayuda a
atenuar el ruido producido por el grupo electrógeno.
En ciertos casos en nuestro país, los gabinetes se fabrican acá, por lo que muchas veces no
cuentan con pruebas que verifiquen la atenuación especificada por el fabricante. Por ello es
96
necesario solicitar algún tipo de certificación o prueba que asegure que los niveles de
atenuación listados por el fabricante son los que en realidad se tienen.
Condiciones ambientales
Este es un aspecto a considerar en todo momento. La ubicación geográfica del
generador define aspectos como temperatura y nivel de salinidad. Existen ciertos gabinetes
que para cumplir con la condición de la atenuación del ruido retienen mucho calor y esto
podría afectar el desempeño de la planta. En cuanto a los niveles de salinidad define el
material del que está formado el gabinete, cuando se encuentre cerca de zonas costeras debe
utilizarse casetas de aluminio, en otras circunstancias la elección de casetas de acero es la
recomendada.
Ubicación (Interior o Exterior)
En interiores debe utilizarse casetas para este fin. Si se utilizan casetas para
exteriores en interiores se tiene el inconveniente de elevación de la temperatura como se
menciono en las condiciones ambientales. Además, los sistemas de escape de las plantas
exteriores no cuentan con conexiones roscadas para ensamblar tuberías y demás
componentes necesarios para la evacuación de emisiones en interiores.
La utilización de gabinetes requiere de mayor espacio, por ello debe consultarse acerca de
las dimensiones de estos para definir de manera adecuada la ubicación de los mismos.
4.2.5. Tanques de combustible
El tanque de suministro de combustible debe almacenar suficiente combustible para
hacer funcionar la planta el tiempo que el generador requiera. La NFPA tiene como
97
requerimientos típicos 2 horas para evacuación de emergencia de un edificio y 8 horas para
la duración de la mayoría de los apagones.
Una consideración muy importante en la elección del tanque y demás equipo de
suministro de combustible (tuberías, conexiones) es que no deben ser de acero galvanizado
ni de cobre, ya que estos reaccionan con componentes del combustible y lo contaminan.
La capacidad de estos se determina de acuerdo con el consumo de combustible que
tenga el motor. Se debe utilizar la información proporcionada por el fabricante de acuerdo
con el tipo de combustible (Diesel o LPG).
4.2.6. Calentador de camisas
El calentador de camisas es un accesorio que simplemente se solicita al fabricante para
mejorar el arranque de la planta, por ello, no debe hacerse ningún cálculo o especificación
particular al respecto para este accesorio.
En condiciones de utilización de la planta como sistema de emergencia debe de contar
necesariamente con un calentador de camisas, ya que debe asegurarse que la planta tome
carga en un máximo de 10 s según el artículo 700 del NEC. La cantidad de carga que debe
tomarse va de acuerdo con las necesidades del cliente. En lugares donde se tengan
temperaturas frías se recomienda la utilización de calentadores, debido a que es más difícil
mantener el generador caliente. Cuando se utilizan generadores ubicados en exteriores se
tiene la dificultad de que estas hacen difícil que el generador se mantenga caliente. `
98
4.2.7. Transferencia
El dispositivo de transferencia juega un papel de vital importancia en la operación
de grupos electrógenos, de hecho aparte de la planta eléctrica es el dispositivo más
importante.
Las características típicas deseadas para la transferencia deben incluir la capacidad
de transferir la carga de una fuente a otra, para ello debe soportar la corriente nominal,
poder cerrar cuando se tienen corrientes de falla (especialmente por posibles
deterioramientos en los contactos debido a arcos), poder soportar las corrientes de falla por
un tiempo suficiente para que puedan actuar las protecciones, el aislamiento necesario para
operar entre dos fuentes que no están sincronizadas aunque se permita el paralelismo, ya
que se debe proteger la transferencia ante fallas que se puedan encontrar en el sistema de
control correspondiente.
4.2.7.1.
Según su operación
Manual
La aplicación de transferencias no automáticas se puede dar en ocasiones donde no
se requiera un tiempo corto para el restablecimiento de la carga. Una aplicación donde se
puede requerir de transferencias manuales es cuando se tenga un generador portátil debido
a racionamientos de energía por la empresa generadora.
Las transferencias manuales pueden ser operadas de dos formas, tanto
mecánicamente como eléctricamente. En el caso donde se tenga operación eléctrica, la
transferencia cuenta con botoneras para activar o desactivar la transferencia, sin embargo
99
los controles de las botoneras pueden ponerse remotamente, de manera que el personal no
tenga la necesidad de estar cerca del lugar donde deba activarse la transferencia. Por su
parte la transferencia manual debe ser activada por un operario mediante una manilla. La
elección de este tipo de transferencia depende del cliente, sin embargo no se pueden utilizar
en aplicaciones de emergencia tal como lo especifica el NEC en el artículo 700.
Automática
En la nota teórica se mencionaron los tipos de transición de las transferencias
automáticas, a continuación se menciona.
Transición abierta programada
Este tipo de dispositivos son los que se utilizan comúnmente y pueden utilizarse en
la mayoría de las aplicaciones. Este tipo de transferencia se tiene para cargas que soportan
interrupciones cortas. Estas son las menos costosas, corresponden a la opción más
confiable, debido a la simplicidad y a que no se necesita protección externa de la red.
La desventaja es el retardo de tiempo que debe haber para permitir que se dé un
decaimiento del arco formado en los contactos. Donde este tiempo es generalmente de 5
ciclos. Además debe tenerse en cuenta que en una aplicación común, como lo es la de
transferir motores de inducción entre dos fuentes energizadas, se deben establecer retardos
de tiempo mayores que van típicamente de 0.5 s a 3s.
Una carga inductiva almacena magnetismo en su núcleo, lo que resulta en un voltaje
residual que permanece por cierto tiempo aunque la maquina se encuentre desconectada.
Para los motores este voltaje residual decae en función de la constante de tiempo de circuito
abierto del motor.
100
Aunque las dos fuentes estén sincronizadas en el momento de la transferencia, el
motor tendera a bajar su velocidad debido a la pérdida de potencia durante la transferencia,
esto causando que el voltaje residual del motor no esté en fase con la fuente entrante. La
velocidad de transferencia, inercia total, y las características del motor y del sistema deben
tomarse en cuenta.
La reconexión de estas cargas inductivas con un voltaje residual fuera de fase,
cuando esta diferencia representa más de un 25% puede resultar en corrientes transitorias lo
suficientemente grandes como para activar los dispositivos de sobrecorriente, además de un
torque transitorio capaz de dañar el equipo del motor.
La tasa de cambio en la frecuencia del voltaje residual es una función compleja de
la carga en la flecha del motor, inercia, los voltajes residuales generados por otros motores
conectados al mismo bus, y cargas capacitivas o inductiva conectadas al mismo bus. Así, el
ángulo de fase relativo entre el voltaje residual del motor desconectado y la fuente a
suministrar es incontrolable y difícil de predecir.
El retardo depende de la constante de tiempo de circuito abierto del motor, lo cual
se refiere al tiempo que le toma al voltaje residual del motor caer a un 38% de su valor
nominal, sin carga y con las terminales de alimentación abiertas.
Se puede utilizar la aproximación de 1.5 veces la constante de tiempo del motor
como una buena aproximación. Un retardo de tiempo de 0.5 s a 1.5 s será suficiente en los
rangos de 25 a 200 HP. Los motores menores a 25 HP no serán un problema. Motores
mayores a 200 HP deberán tener retardos de tiempo mayores. Si se tienen varias cargas
101
incluyendo motores conectados a la misma transferencia, se recomienda usar como retardo
1.5 veces la constante de circuito abierto del motor de mayor caballaje.
Deben tenerse en cuenta 3 aspectos en este caso:
• Dos o más motores idénticos conectados juntos decaerán en el mismo tiempo que lo hace
un solo motor, el motor de mayor capacidad.
• Los motores sincrónicos tienen una constante mayor que los de inducción.
• Las cargas capacitivas retrasan el decaimiento del voltaje, por ello en el caso en el que se
tenga una corrección del fp en la barra, deberán usarse retardos mayores.
Cuando se tienen cargas inductivas tales como motores o transformadores se debe
utilizar una transición abierta del tipo programada, donde el tiempo para este tipo de
aplicaciones depende de la constante de circuito abierto del motor, la cual permite que la
tensión residual del motor caiga a un 25% y evitar perturbaciones, este tiempo
normalmente. El permitir que las tensiones caigan se evita disparos innecesarios de las
protecciones al igual que daños en las cargas. Este tipo de transición es recomendada según
NEMA MG – 1.
Las cargas de motores arriba de 50 Hp con una inercia relativamente pequeña en
comparación son los requerimientos del torque como bombas y compresores, requieren
control especial. Las transferencias automáticas pueden ser suministradas con accesorios
para desconectar motores antes de la transferencia y reconectarlos después de esta, de
manera que el voltaje residual reduzca de manera sustancial. Otra opción es la de utilizar un
102
accesorio llamado monitor en fase, el cual anticipa el cambio de fase que ocurriría en el
momento en el que se pasa de una fuente a otra.
Sin embargo, para la utilización de este accesorio, se recomienda un estudio
exhaustivo al respecto debido al daño que se puede causar.
Algunos tipos de transferencias de este tipo cuentan con un dispositivo llamado
monitor en fase que
monitorea la diferencia de fase entre las fuentes de manera de
establecer la transición cuando se encuentren sincronizadas, esto es fiable cuando el motor
de mayor capacidad sea de 50 Hp, además cuando se tengan motores de bajo deslizamiento
con cargas de altas constantes de inercia. No se recomienda para:
•
Transferencias de múltiples motores, tal como un CCM.
•
Transformadores parcialmente cargados
•
UPS y demás equipos controlados por SCR.
•
Equipos que requieran un tiempo mínimo de apagado.
Transición cerrada rápida
El funcionamiento es similar a una del tipo abierta, sin embargo pone en paralelo las
fuentes por tiempos menores a 0.1s y luego desconecta la fuente de alimentación normal,
evitando de esta forma la interrupción del suministro.
Este tipo de transferencia requiere de una opción que permita el uso de la transferencia en
transición abierta en el caso en el que se tenga una fuente fallada. Se recomienda que en
estos casos los pasos de carga no excedan el 25% de la capacidad del generador c/u.
Las transferencias de transición cerrada tienen un costo mayor que las de transición abierta.
103
Sin embargo, a pesar de que se cuenta con un dispositivo encargado de monitorear
la sincronización entre ambas fuentes, sin embargo no se ejerce un control directo en el
gobernador por lo que la frecuencia del generador se determina de acuerdo con la
estabilización de la frecuencia de este al estabilizarse las cargas que se le conectan.
Debido al corto tiempo de sincronizacion no se requiere de equipo especial de
control ni de protecciones especiales en el generador de la planta. Sin embargo, el tiempo
de sincronización es dependiente de la inestabilidad de las cargas, por ello si se tienen
cargas muy estables la sincronización será muy lenta. Además, los generadores utilizados
con este tipo de equipo estaran sujetos a esfuerzos debido a transiciones en condiciones de
sincronizacion no muy precisas. Esto puede causar un detrimento en el sistema de
excitación que, a largo plazo podria fallar cuado más se le necesite, ya que el fallo no es
instantaneo.
Transición cerrada rápida con control riguroso de sincronización
En este tipo de transición se cuenta con un dispositivo de sincronización que regula
el sistema de gobernación de manera que la frecuencia del generador se ajusta a la
frecuencia de la red, es decir se cuenta con un control de paralelismo.
La transferencia es más precisa por lo que las transferencias de cargas son más
rápidas. Además, impiden retardos en las transferencias cuando se cuentan con cargas
estables. Sin embargo, las desventajas son similares al acaso anterior excepto que no se
tiene falla en la sincronización.
104
Transición cerrada suave
Los sistemas de este tipo cuentan con un sincronizador automático que sincroniza al
generador con la red y las conecta. El tiempo de transferencia es ajustable de unos cuantos
segundos a varios minutos. En este caso las cargas del generador se introducen poco a poco
mientras se encuentra sincronizada con
la red de manera que las perturbaciones son
mínimas .Sin embargo, se requiere de mayor cantidad de equipo lo que aumenta el costo
del sistema, que ya de por sí lo es debido al costo de este tipo de transferencia.
Esta transferencia se recomienda en casos donde el generador alimente todo el
inmueble. Esta actúa como la anterior sin embargo, rampea las cargas entre las dos fuentes,
para que estas sufran lo menos posible.
La diferencia entre estos dos puede causar daños al motor y una corriente excesiva
que puede disparar el dispositivo de sobrecorriente de este.
4.2.7.2.
Cantidad
La operación de varias transferencias brinda mayor confiabilidad y ventajas que una
sola transferencia.
A mayor cantidad de transferencias, se tienen maneras más convenientes para
establecer la entrada de cargas por pasos. Permiten además alcanzar coordinación de
protecciones con mayor facilidad. Si se decidiera utilizar una sola transferencia para
alimentar las cargas y esta presentara algún fallo, todo el sistema conectado aguas abajo se
desconectaría, si por otro lado se utilizara una transferencia en cada alimentador la
105
desconexión se daría por ramales, por lo que solo la porción de la carga conectada a la
transferencia que tuvo la falla se vería afectada.
4.2.7.3.
Ampacidad
La mayoría de las transferencias tienen la capacidad de conducir el 100% de la
corriente de placa indefinidamente, sin embargo cuando esta cuenta con una protección
integral contra sobrecarga este valor disminuye a una utilización del 80% para el caso de
cargas continuas.
La transferencia automática debe escogerse de manera que pueda soportar la
corriente que demanden las cargas.
La ampacidad de la transferencia debe coincidir con la de los conductores o debe
ser mayor. En la mayoría de los casos donde se tiene una transferencia de 4 polos, utilizan
un polo para el neutro de la misma capacidad de los polos de las fases, por ello se debe
tener en cuenta el sobredimensionamiento de la transferencia, en casos como los siguientes:
•
Cuando se tienen condiciones de desbalance de cargas junto con presencia
de armónicos
•
Cuando se tengan sistemas de bombas u otras aplicaciones de motores donde
se necesite transportar la corriente de rotor bloqueado por breves instantes.
4.2.7.4.
Niveles de tensión
La tensión debe escogerse de acuerdo con la tensión del equipo que se esté
alimentando.
106
4.2.7.5.
Numero de polos
El número de polos puede ser de 2,3 o 4 polos, esto dependiendo de la aplicación.
El número de polos lo determina si el sistema es monofásico o trifásico, al igual si se desea
un neutro aislado. En la siguiente tabla se presentan el número de polos de acuerdo con los
requerimientos del sistema.
Tabla 4. 4 Numero de polos requeridos según el tipo de sistema
Tipo de sistema
Sistema no aislado
Sistema aislado
Monofásico
2
3
Trifásico
3
4
4.2.7.6.
Capacidad de cortocircuito
Capacidad de cortocircuito este es un factor muy importante es la capacidad de
operar y cerrar bajo condiciones de falla, este se determina con la capacidad de
cortocircuito en el punto donde se coloque la transferencia, para ello debe considerarse el
peor caso.
4.2.7.7.
Gabinete
El gabinete de la transferencia está de acuerdo con la certificación UL 1008, lo cual
se muestra en la siguiente tabla.
107
Tabla 4.5 Tipo de gabinete de transferencia según UL 1008
Tipo
1
3R
4
4.2.7.8.
Utilización
En interiores principalmente
para evitar contacto con l
equipo que está dentro de la
transferencia y una cantidad
limitada de tierra.
En exteriores para brindar
un grado de protección
contra la lluvia. No se ve
dañado por la formación de
hielo en su superficie.
Puede ser interior o exterior.
Para brindar un grado de
protección contra lluvia,
salpicaduras, agua aplicada
directamente
con
una
manguera. No se ve dañado
por la formación de hielo en
su superficie.
Ajuste de los niveles de tensión para los controles
Las transferencias tienen la opción de que no es necesaria una caída total de la
tensión de la red principal, en ciertos casos se puede ajustar de manera que cuando se tenga
un porcentaje de caída de tensión que pueda dañar ciertos equipos (Valores hasta 75% del
voltaje nominal), la transferencia se encarga de transferir los equipos a la planta, y
retransfiere en el momento en el que se tiene una tensión aceptable de la red (95% del
voltaje nominal).
108
Los controles de la transferencia deciden las causas por las que la transferencia
debe actuar, por ello es necesario entender las cargas para ajustar los valores de tensión de
restablecimiento de las cargas .La siguiente figura muestra los valores típicos de tolerancias
de tensión y sus efectos en la operación de cargas básicas:
4.2.7.9.
Dispositivos de bypass
La elección de este equipo es necesaria en sistemas donde se tiene equipo crítico y
cuando el equipo es de funcionamiento las 24h del día.
Se recomienda especialmente en instalaciones de cuidado médico y para alimentar
UPS en sistemas de procesamiento de datos. Los inconvenientes de esto son que se ocupa
mayor espacio y que el costo aumenta.
4.2.7.10.
Accesorios de las transferencias
Para las transferencias se pueden tener accesorios tales como anunciadores remotos,
contactos auxiliares, retardos de tiempo, los cuales dependen de la configuración específica.
109
CAPÍTULO 5: Conclusiones y recomendaciones
•
La inversión de un sistema de emergencia o respaldo utilizando plantas eléctricas en
baja tensión es significativa; debido no solo a los costos de las planta, si no a la gran
cantidad de accesorios que se requieren para la utilización de esta. Por ello cuando se
realiza un diseño eléctrico con este equipo debe tenerse en cuenta las posibles
ampliaciones que vaya a tener el sistema eléctrico en un futuro para adquirir el equipo
necesario.
•
En muchos diseños pesa no solamente lo óptimo desde un punto de vista ingenieril,
sino también los aspectos económicos y de espacio, como se pudo observar en el
ejemplo de los edificios de apartamentos, donde normalmente se prefiere alimentar
todas las cargas mediante una sola transferencia, lo que disminuye la confiabilidad del
sistema, debido a posibles fallos o labores de mantenimiento de está.
•
La escogencia de plantas está directamente relacionada con el resto del diseño eléctrico
y la manera en la que se alimentan las cargas, por ello para escoger una planta para una
determinada aplicación debe tenerse en cuenta la secuencia de conexión de cargas,
entre otros aspectos.
•
Las plantas eléctricas en baja tensión tienen aplicaciones específicas además, de servir
para sistemas de emergencia, por ello su utilización debe considerarse siempre que se
vaya a hacer cualquier diseño eléctrico o ampliación.
110
•
La implementación de un sistema eléctrico que incorpore plantas eléctricas a baja
tensión se puede hacer de muchas formas, gracias a la variedad de equipos presentes en
la actualidad, esto permite un tener un sistema confiable y versátil.
•
Los encargados de la manipulación y escogencia de los equipos para instalaciones que
incorporen plantas eléctricas en baja tensión deben ser personas calificadas, debido a la
complejidad que estos sistemas involucran; por lo que se recomienda que aspectos
como el diseño, la instalación y el mantenimiento no se dejen en las manos de a
cualquier particular.
•
Las plantas eléctricas deben obedecer los reglamentos correspondientes, por ello a la
hora de realizar un diseño deben tomarse las precauciones del caso de manera que se
cumpla con las leyes en todo momento, tanto en la parte eléctrica como mecánica.
Existen además estándares que brindan información acerca de este tipo de equipos
como lo son los “color books” de la IEEE, los cuales a pesar de no ser de uso
obligatorio funcionan como una guía muy útil en cuanto a este tema se refiere.
111
BIBLIOGRAFÍA
Libros:
1. Cummins Power Generation.“Manual de Aplicación Generadores Enfriados por
Líquido”, T-030.
2. Cummins Power Generation. “Transfer Switch Application Manual”, T-011.
3. “IEEE Std 141, IEEE Recommended Practice for Electric Power Distribution
for Industrial Plants (IEEE Red Book)” , EEUU, 1993
4. “IEEE Std 142, IEEE Recommended Practice for Grounding of Industrial and
Commercial Power Systems (IEEE Green Book)” , EEUU, 1991
5. “IEEE Std 241, IEEE Recommended Practice for Electric Power Systems in
Commercial Buildings (IEEE Gray Book)”, EEUU, 1990
6. “IEEE Std 242, IEEE Recommended Practice for Protection and Coordination
of Industrial and Commercial Power Systems (IEEE Buff Book)”, EEUU, 1986
7. “IEEE Std 446, IEEE Recommended Practice for Emergency and Standby
Power Systems for Industrial and Commercial Applications (IEEE Orange
Book)”,EEUU, 1995
8. Detroit Diesel, “MTU Engineer Guide book”, California EEUU
9. NFPA 70, “National Electric Code”, EEUU, 1999.
10. Whitaker, J.C. “AC Power Systems Handbook”, I edición, CRC Press, Estados
Unidos, 1998.
112
Páginas Web:
11. “Literatura
Técnica
de
Plantas
Eléctricas
Marca
Cummins”,
http:/www.cumminspower.com.
12. “Literatura
Técnica
de
Plantas
Eléctricas
Marca
Caterpillar”,
http:/www.cat.com.
13. “Literatura
Técnica
de
Plantas
http:/www.sdmo.com.
113
Eléctricas
Marca
SDMO”,
ANEXOS
114
115
116
117
118