MONTAJE DE GRUPOS ELECTROGENOS DE GRAN POTENCIA

 

      En instalaciones industriales donde la continuidad de suministro de energía eléctrica es esencial para su proceso productivo, se ha de instalar otra fuente alternativa de energía para asegurar el suministro continuo durante los trabajos de mantenimiento, reparaciones, cortes del suministro, o cualquier otro evento imprevisto que puede privar de energía eléctrica al proceso productivo. Por lo tanto, los grupos electrógenos son elementos esenciales para garantizar la generación de electricidad.

 

Características que debe ofrecer un grupo electrógeno

CALIDAD Y CATEGORÍA DEL EQUIPO

      La mayor inquietud de los responsables de una industria o de una fábrica es, que después de haber invertido una suma considerable en la compra de un grupo electrógeno de última generación, llegado el momento de entrar en funcionamiento por un corte de suministro eléctrico en la red, o por cualquier imprevisto, la conmutación red/grupo falle, o el motor del equipo no arranque.

      No hay gasto más doloroso que el que se produce por intentar ahorrar dinero donde no se debe. Cuando tras la compra de un grupo electrógeno te ofrezcan un contrato de mantenimiento piénsatelo dos veces antes de rechazarlo si piensas “esto me lo puedo ahorrar si lo hago yo con mi personal de mantenimiento”, el personal de mantenimiento interno, rara vez dispone de todos los conocimientos necesarios y de la instrumentación específica para realizar un mantenimiento correcto en los grupos electrógenos, por lo que se crea una elevada dependencia de personal no cualificado.

      La mejor opción a la hora de adquirir un grupo electrógeno es seleccionar un fabricante de reconocido prestigio, más la capacidad de la empresa que nos vende el grupo electrógeno para podernos atender en el servicio posventa. El grupo electrógeno con el motor más fiable del mundo puede quedar inservible si no es revisado periódicamente mediante un calendario de mantenimiento integral realizado por personal cualificado. Y de igual manera, un grupo electrógeno normal y económico, que esté adecuadamente dimensionado y mantenido, puede permitir despreocuparse sabiendo que, cuando lo necesitemos, estará siempre listo para funcionar y entrar en funcionamiento ante un imprevisto en la red.

      

POTENCIA DEL GRUPO ELECTROGENO

      La características que deben tener los grupos electrógenos se seleccionan en función de la aplicación. Para el accionamiento de cargas eléctricas individuales, la potencia permanente que debe soporta el alternador eléctrico del grupo electrógeno ha de ser el doble de la potencia de la carga como mínimo, por varias razones técnicas, por ejemplo el arranque de una electrobomba en estrella triangulo absorbe una intensidad de corriente de 2,5 a 3 veces la intensidad nominal del motor eléctrico durante varios segundos, si dicha electrobomba es accionada mediante un arrancador suave, la corriente de arranque suele ser de 3 a 4 veces la corriente nominal de motor.

      En caso de instalaciones con varios receptores eléctricos la potencia del grupo electrógeno se selecciona realizando previamente un análisis de red de al menos una semana de duración, con objeto de conocer cuál es la potencia máxima permanente y su tiempo de duración, con ello podemos reducir el coste de instalación del grupo electrógeno, dimensionando la potencia del mismo para adecuarlo a los características de la instalación. Si la carga de energía eléctrica de la instalación es permanente aunque fluctué su potencia, es decir, instalaciones que funcionan de forma continua sin paradas, la potencia del grupo electrógeno ha de ser como mínimo 2,2 veces la potencia máxima permanente de la instalación, con objeto de que el grupo electrógeno pueda soportar dicha potencia sin calentamientos excesivos en la época de verano cuando las temperaturas del ambiente alcanzan sus valores más elevados.

      Hay que tener en cuenta que un grupo electrógeno puede soportar su potencia nominal de forma permanente, solo cuando la temperatura del aire aspirado del ambiente es igual o inferior a veinticinco grados centígrados, si la temperatura del aire es superior se deberá desclasificar la potencia máxima que puede suministrar el grupo electrógeno en función de la temperatura según la recomendación o tablas de temperatura de trabajo especificadas por el fabricante del mismo. Del mismo modo, las condiciones de ventilación han de ser favorables, los grupos electrógenos suministran la potencia nominal con todas las puertas o ventanas abiertas, y con el recinto donde se encuentra instalado, bien ventilado, en caso de no cumplirse estas dos condiciones, la potencia máxima que puede suministrar se deberá reducir en consecuencia. A lo largo de todos estos años hemos visto que, los grupos electrógenos que han sido mal instalados, o instalados en ubicaciones inadecuadas, nunca llegan a generar la potencia prevista para la aplicación que fueron concebidos, bien porque el control del motor o del generador se auto protege rebajando la potencia máxima que puede suministrar, o por disparo de las protecciones de temperatura de éstos, y en otros casos porque disparan las protecciones contra sobrecarga de corriente. 

 

CONMUTACION DE LA FUENTE DE SUMINISTRO ELECTRICO

      En instalaciones de cierta envergadura y potencia como plantas de áridos, hospitales, abastecimiento público de agua, desaladoras, depuradoras, fábricas, etc., donde se necesita fiabilidad en la protección de las acometidas que parten del grupo electrógeno, es necesario que para las protecciones eléctricas de las acometidas que parten de él, se instalen para cada acometida interruptores automáticos que protejan contra las sobrecargas y los cortocircuitos a todos los conductores de fase y el conductor del neutro, y una protección diferencial contra defectos de aislamiento por cada acometida. Estas protecciones deben asociarse a las protecciones de red que ya existan instaladas para la instalación, conmutando de forma autónoma las dos protecciones (la de red y la de grupo) en caso de ausencia o fallo de la red eléctrica. Se pueden conmutar cualquier número de redes con un grupo electrogeno, pero se han de enclavar los elementos de conmutación de forma mecánica o eléctrica hasta dos redes, y mediante enclavamientos eléctricos cuando el número de redes es de tres o más.    

Conmutación con elementos independientes (Instalación Asistida)

      La finalidad de la conexión de un grupo electrógeno de alimentación eléctrica auxiliar se realiza para asegurar el suministro eléctrico de la planta en caso de defecto de alimentación en la red por cualquier causa, o por defecto o avería de los transformadores de potencia, cabinas de MT, o aparatos eléctricos generales de BT de nuestra propia instalación. Las maniobras para la conmutación con elementos independientes se describen a continuación.

      A) En los casos de defecto mencionados, los dispositivos de conmutación del grupo electrógeno deben garantizar la desconexión de los interruptores generales de BT de nuestra instalación, y posteriormente conectar el dispositivo o aparato eléctrico que alimenta a la instalación de la planta mediante el grupo electrógeno, es decir, los dispositivos de conmutación desconectan la red y conecta el grupo electrógeno.

      B) Al restablecerse el suministro de la red, los dispositivos de conmutación del grupo electrógeno deben garantizar la maniobra inversa, o sea, primero se desconecta la alimentación del grupo electrógeno y después se conecta la alimentación de red. Esta maniobra tiene la particularidad de dejar la planta sin servicio durante varios segundos, que es el tiempo que emplean los dispositivos de conmutación para realizar la maniobra de conmutación grupo/red y restablecer la alimentación con la red.

 

      Los elementos eléctricos que realizan la conmutación deben ser todos motorizados, o en su defecto se precisa de contactores enclavados mecánicamente para realizar el conmutador.

      Aunque este tipo de conmutación deja la planta sin servicio durante algunos segundos, resulta ser el modelo de conmutación empleado por la amplia mayoría de instalaciones, pues es el que mejor garantiza la conmutación, al no poderse producir nunca un cortocircuito en los elementos de conmutación, bien por parte de la red, o por el grupo electrógeno, además, cada elemento de red o grupo debe encontrarse enclavado mecánicamente para no poder conectar los dos aparatos simultáneamente.

      La conmutación simple de una sola acometida eléctrica, por ejemplo cuando existe solamente un transformador de potencia, dispone de dos aparatos que realizan la maniobra, uno para la red y otro para el grupo electrógeno. La conmutación con elementos independientes de conmutación cuando existen varios transformadores operando en paralelo es más compleja, pues por cada transformador que opera en paralelo se debe instalar una pareja de aparatos adicionales para conmutar la red y el grupo electrógeno, lo cual encarece la instalación, pero tiene la ventaja de ser muy segura la conmutación.

Conexión del grupo electrógeno en paralelo con la red (Instalación Interconectada)

      La conexión de un grupo electrógeno en paralelo con la red no es una conmutación, los detalles de la maniobra se describen a continuación.

      A) Al detectarse un defecto o ausencia en la red los dispositivos de conexión del grupo electrógeno desconectan los elementos de protección generales de BT de la red, y posteriormente conectan los elementos de conexión del grupo electrógeno para dar servicio a la instalación eléctrica de la planta.

      B) Al detectarse el restablecimiento de la red, los dispositivos de conexión del grupo electrógeno “no” desconectan los elementos de conexión del grupo electrógeno, sino que el grupo electrógeno continúa alimentando a la planta, y posteriormente se calcula el ángulo de voltaje de la red y la frecuencia para conectar los elementos de protección de la red, en “paralelo” con el grupo electrógeno, y después de unos segundos, se desconectan los dispositivos de conexión del grupo electrógeno.

 

      Los elementos eléctricos que realizan la desconexión de la red deben ser todos motorizados, o en su defecto se precisa de contactores enclavados mecánicamente para realizar la desconexión. Por su parte los elementos que realizan la conexión del grupo electrógeno pueden ser interruptores motorizados o contactores.

      Aunque este tipo de conexión en paralelo no deja la planta sin servicio durante algunos segundos durante la desconexión del grupo electrógeno, resulta ser el modelo de conexión menos empleado en la amplia mayoría de instalaciones, ya que no garantiza la ausencia de problemas durante la conexión del grupo electrógeno en paralelo con la red, al poderse producir un cortocircuito general debido a posibles errores en el cálculo del ángulo de voltaje de la red o frecuencia que debe ser acoplado en paralelo por el grupo electrógeno, o por errores de conexión debidos a tiempos excesivos de desconexión empleados por los elementos de conexión del grupo electrógeno. Otra característica importante a considerar es que no existe enclavamiento  mecánico entre los elementos de la red y los del grupo electrógeno, para no poder conectar los dos aparatos simultáneamente.

      La conmutación simple de una sola acometida eléctrica, por ejemplo cuando existe solamente un transformador de potencia, dispone de dos aparatos que realizan la maniobra, uno para la red y otro para el grupo electrógeno. La conmutación, o mejor dicho, la conexión cuando existen varios transformadores operando en paralelo es especialmente crítica por varias razones técnicas que exponemos a continuación:

      A) Durante la conexión en paralelo de los elementos de la red (interruptores generales de BT), los mismos tienen tiempos de cierre diferentes que no se deben ignorar, en el sincronismo de red durante la conexión de éstos puede existir un desfase en el ángulo de conexión debido a los diferentes tiempos de cierre de cada uno de los interruptor para realizar la conexión del circuito, lo cual puede producir una sobrecarga momentánea que provocaría el disparo de las protecciones individuales de cada transformador, si es el caso.

      B) En los elementos de conexión del grupo electrógeno puede producirse el mismo desfase al desconectar el circuito paralelo, con las mismas consecuencias explicadas anteriormente.

      C) Los transformadores que operan en paralelo suelen tener una “Icc” (intensidad de cortocircuito) muy similares, aun así, cuando la carga de los transformadores aumenta de forma casi instantánea, como puede suceder en caso de las conmutaciones de la red con grupos electrógenos, las pequeñas diferencias en las Icc de los diferentes transformadores, puede provocar repartos desiguales de la carga que favorece el disparo de las protecciones contra sobre corriente de BT o MT del transformador.

      D) Otro apartado a considerar es, que la conexión de una fuente auxiliar de potencia a la red eléctrica de abastecimiento necesita “obligatoriamente” de proyecto y permiso de aprobación  por parte de la compañía de suministro eléctrico. (Suponemos que se habrá realizado la legalización del proyecto antes de su puesta en marcha y su posterior verificación por O.C.A.) Todas las anomalías o problemas que introduzca la conexión en paralelo de una fuente auxiliar de potencia eléctrica en paralelo con la red, y los defectos, gastos, averías etc. que se produzcan en las redes de la compañía, derivadas de dichas anomalías irán a cargo del abonado que realiza la conexión en paralelo de la fuente auxiliar, tenga o no tenga proyecto o permiso de la compañía suministradora.

 

     La conexión de un grupo electrógeno en paralelo con la red tiene ventajas económicas evidentes con respecto a la conmutación red/grupo, pues la conexión en paralelo se puede realizar empleando menor cantidad de elementos para realizar la maniobra, menor cableado, y menor cantidad de mano de obra en instalación. Estos factores repercuten en un coste de instalación inferior, no obstante, este tipo de conexión tiene inconvenientes que no se producen en la conmutación con elementos independientes.

      Para realizar la conexión y desconexión de un grupo electrógeno en instalaciones donde se pretenda conectar el grupo electrógeno en paralelo con la red, es imprescindible motorizar los interruptores generales de BT de todos los transformadores, si ello es posible, si no es posible la motorización de éstos, se deben sustituir por otros interruptores motorizados, o en su defecto, agregar contactores de la misma intensidad que los interruptores generales de BT en serie con estos. Además, se deben analizar los tiempos de conexión y desconexión de los interruptores, para determinar si cumplen los requisitos de tiempo de restablecimiento en la conexión de las compañías eléctricas suministradoras, especialmente si los interruptores son antiguos. De no cumplir estos requisitos, nunca se deben emplear los interruptores existentes para realizar maniobras de potencia con grupos electrógenos conectados en paralelo, por el riesgo y las responsabilidades que ello implica.

 

ESQUEMAS DE CONEXION PARA LA CONMUTACION RED GRUPO 

      El esquema de conexión de un grupo electrógeno con una sola fuente de red no plantea requerimientos especiales. Es la conmutacion de varias fuentes de red, con uno o varios grupos electrógenos la que puede plantear diferentes cuestiones técnicas a resolver. A continuación, veremos los diferentes modelos de conexión red grupo con varios transformadores que operan en paralelo, para estos casos hemos seleccionado los esquemas de conmutación para tres transformadores con un grupo electrógeno, pero los mismos esquemas y cuestiones técnicas se pueden aplicar a un número mayor o menos de transformadores, y de grupos electrógenos.  

 

A) Conmutación red grupo, motorizando los interruptores automaticos de protección magnetotérmica de los transformadores y el interruptor automático del grupo electrógeno.

Para ver el esquema 1, pinchar en el siguiente enlace: /esquema-conmutacion-1

Ventajas: Es el esquema más económico porque utiliza los mismos interruptores automáticos de protección para realizar el conmutador red grupo. Se ahorra en cableados de potencia. Menor número de aparatos.

Desventajas: Todos los interruptores se han de motorizar y enclavar eléctricamente, lo cual aumenta la complejidad de la maniobra y posibilita un mayor número de posibles anomalías. Por seguridad, para realizar operaciones de mantenimiento en un transformador, se deben desconectar "siempre" todos los cableados de control de los enclavamientos eléctricos y la motorización del interruptor correspondiente al transformador donde se ha de trabajar, después de terminar las operaciones de mantenimiento se deben volver a conectar todos los cableados de control, lo cual supone un tiempo extra de mantenimiento.

 

B) Conmutación red grupo, utilizando un contactor para una fuente de red, y otro contactor para el grupo electrógeno, motorizando y enclavando electricamente los interruptores automáticos de las otras fuentes de  red.

Para ver el Esquema 2, pinchar en el siguiente enlace: /esquema-conmutacion-2-3

Ventajas: Relativamente económico. Se ahorran cableados de potencia. 

Desventajas:Todos los interruptores se han de motorizar y enclavar electricamente, lo cual aumenta la complejidad de la maniobra y posibilita un mayor número de posibles anomalías. Por seguridad, para realizar operaciones de mantenimiento en un transformador, se deben desconectar "siempre" todos los cableados de control de los enclavamientos eléctricos y la motorización del interruptor correnpondiente al transformador donde se ha de trabajar, despues de terminar las operaciones de mantenimiento se deben volver a conectar todos los cableados de control, lo cual supone un tiempo extra de mantenimiento.

 

C) Conmutación red grupo, utilizando un contactor comun para todas las fuentes de red y otro contactor para el grupo electrógeno, enclavando electricamente los dos contactores.

Para ver el Esquema 3, pinchar en el siguiente enlace: /esquema-conmutacion-3

Ventajas: Ahorro relativo en cableados de potencia. Maniobra de enclavamiento simple.

Desventajas: El embarrado Comun ha de dimensionarse para poder soportar la la suma de las intensidades de cortocircuito de todos los transformadores. El contactor de red es de elevada intensidad lo cual plantea posibles problemas de localización y tiempo suministro en caso de avería del mismo. Mayor complejidad eléctrica. Menor seguridad eléctrica, La avería del único contactor de red deja a toda la instalación sin servicio. Necesidad de tener en stock un contactor de red para repuesto. Para realizar operaciones de mantenimiento se deben desconectar siempre todos los cableados de control y motorización del transformador donde se ha de trabajar, despuesde realizar las operaciones de mantenimiento se deben volver a recablear los cables de control, lo cual supone un tiempo extra de mantenimiento.  

 

D) conmutación red grupo, utilizando contactores individuales para la red y para el grupo electrógeno, enclavados eléctricamente.

Para ver el Esquema 4, pinchar en el siguiente enlace: /esquema-conmutacion-4-3

Ventajas: Es el esquema más simple. Mayor seguridad eléctrica. Se minimizan los posibles errores de maniobra. Protección aguas arriba. Enclavamientos eléctricos simples. Control simple. Se pueden realizar operaciones de mantenimiento en los transformadores desconectando el interruptor automatico correspondiente al transformador donde se ha de trabajar. Conviene cuando los interruptores automaticos de protección son antiguos y no se pueden motorizar.

Desventajas: Mayor numero de cableados de potencia. Mayor número de aparatos.

 

SEGURIDAD Y FIABILIDAD EN EL ARRANQUE DEL MOTOR DE COMBUSTION DEL GRUPO ELECTROGENO, LA BATERIA

      El arranque del motor de combustión del grupo electrógeno se realiza comúnmente mediante una batería de plomo de 24 voltios para grupos de gran potencia. Una batería no es un aparato eléctrico, sino un elemento químico que almacena carga eléctrica, se puede decir que el 90 % de los fallos de arranque de los grupos electrógenos es causado por defectos en las baterías, a causa de ausencia de mantenimiento o mantenimiento incorrecto, por envejecimiento del electrolito de la batería, por falso contacto de los bornes de la batería, por elevación de la resistencia entre las placas de la batería, por temperaturas muy bajas, por cambios en el peso específico del electrolito, etc., todos estos factores producen cambios en la impedancia interna de las baterías. 

      Por estas razones la calidad de la batería y su estado de conservación para facilitar el arranque del motor de combustión del grupo en instalaciones criticas donde el proceso productivo no puede detenerse, ha de ser la mejor posible. En la misma línea, el tipo de carga de la batería ha de respetar los voltajes de absorción y de flotación, y el voltaje máximo de la carga para no deteriorar la capacidad de la batería con el tiempo.

      En baterías con voltaje nominal de 24 voltios, el voltaje de abbsorción es de 28,8 V, por su parte el voltaje de flotación es de 27,5 V el cual no ha de descender en ningún momento, excepto en el instante del arranque del motor de combustión, de igual modo, el voltaje máximo de carga para una batería de 24 V es de 28,8 V el cual no debe ser superado nunca, si queremos que la batería dure mucho tiempo. Los cargadores de baterías inteligentes disponen de vigilancia de las tensiones de flotación y de carga para no rebasar estos límites, de este modo las baterías de arranque alcanzan cerca de 20 años de servicio. El mínimo voltaje que debe tener una batería con tensión nominal de 24 V es 24,5 V

      Ciclo de carga de una batería.

 

LA IMPEDANCIA DE LA BATERIA, UN TEMA IMPORTANTE

      Las batería suelen aumentar su impedancia con el tiempo, el uso, el número de ciclos, la temperatura, y las descargas profundas, por estas razónes es esencial realizar un análisis de la impedancia al menos una vez cada seis meses para asegurar que la batería no nos falle cuando es necesaria para el arranque. Las pruebas periódicas de arranque del motor de combustión, no pueden prever, que al siguiente arranque del motor la batería funcione correctamente arrancando el motor, si la impedancia de la batería es crítica. La impedancia "Z" de una batería es la relación entre su resistencia interna "R" y su reactancia "X". La impedancia puede ser medida mediente una tensión alterna a una frecuencia fija de 1 KHz que atraviesa los polos de la batería. Para mejor exactitud se puede medir la impedancia a varias frecuencias, el método se denomina "espectroscopia de impedancia quimica", donde podemos analizar si existe un defecto en la batería con origen en la resistencia interna, por ejemplo, falso contacto de los bornes de las conexiones, lo cual se verifica a baja frecuencia, o un defecto por reactancia elevada en las placas que forman los vasos de la batería, que puede ser verificado a frecuencias elevadas.

      Representación de medida de la "Z" (impedancia) en la batería en el diagrama de Nyquist y el modelo de circuito equivalente.

 

COMBUSTIBLE

      El sistema de alimentación de combustible y tuberías que se haya desde el deposito hasta la bomba debe encontrarse sellado hermeticamente para evitar el ingreso de aire, piensese que un tubo de combustible antiguo o mal apretado puede ingresar aire en las tuberías de alimentación, lo que ocasiona que el motor no arranque. Igualmente el deposito debe encontrarse siempre lleno con el combustible adecuado y de buena calidad, en el mismo sentido, las valvulas de combustible deben encontrarse siempre abiertas. 

      Si el combustible pasa mucho tiempo dentro del tanque o depósito sin consumirse, al tratarse de un material con materia inorgánica puede descomponerse y generar melazas que taponan filtros e inclusive pueden deteriorar la bomba de combustible.

      Esta situación se agrava por la inclemencia de factores externos como la amplitud térmica, por ejemplo, si el tanque se encuentra a la intemperie o en lugares excesivamente ventilados.

      Para evitar estas situaciones es recomendable reciclar el combustible cada cierto tiempo, por ejemplo, una vez al año, filtrándolo con un equipo adecuado, y cambiar el filtro de combustible aunque éste hubiese funcionado durante muy poco tiempo.