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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN DE GRUPOS GENERADORES IMPULSADOS CON MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA INFORME DE SUFICIENCIA PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE: INGENIERO ELÉCTRICISTA PRESENTADO POR: MIGUEL MARTÍN QUISPE VALENZUELA PROMOCIÓN 1987-1 LIMA-PERÚ 2010
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA
FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA
CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN DE GRUPOS GENERADORES IMPULSADOS CON MOTORES DE
COMBUSTIÓN INTERNA
INFORME DE SUFICIENCIA
PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE:
INGENIERO ELÉCTRICISTA
PRESENTADO POR:
MIGUEL MARTÍN QUISPE VALENZUELA
PROMOCIÓN 1987-1
LIMA-PERÚ 2010
CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN DE GRUPOS GENERADORES IMPULSADOS CON MOTORES DE
COMBUSTIÓN INTERNA
CERTIFICADO DE APROBACIÓN (FORMATO B)
En agradecimiento a mis padres y hermanos, por conducirme a lograr ésta meta ...
V
SUMARIO
En el presente informe de suficiencia trata sobre las nuevas técnicas de control y
automatización de Grupos Generadores impulsados por motores de combustión interna o
más conocidos como Grupos Electrógenos.
Actualmente se vienen utilizando Grupos Electrógenos con combustible Diesel y a Gas
Natural, no sólo como sistema de Emergencia, sino también como Sistema Auxiliar en los
lugares donde el concesionario no puede suministrar la potencia requerida por el usuario.
Hoy en día es posible acceder a equipos de control para pequeños generadores que antes
eran exclusividad de grandes generadores por su alto costo.
Las aplicaciones que se pueden realizar son amplias, los resultados obtenidos y analizados,
son producto de los trabajos realizados a lo largo de algunos años, que incluyen el diseño
eléctrico, el diseño mecánico, la fabricación, las pruebas y la puesta en servicio de los
equipos que son requeridos para dichas aplicaciones.
A propósito de la disponibilidad del Gas Natural en nuestro país, el cual es menos
contaminante y de menor costo que el petróleo, hemos apreciado mayor interés en el uso
de las técnicas modernas para controlar y automatizar los Grupos Electrógenos, por las
ventajas que se obtienen.
Las técnicas modernas consisten en controlar el motor y el generador a través de los
gobernadores de velocidad y reguladores de tensión, mediante señales analógicas externas,
provenientes de un controlador.
Así podremos obtener modos de funcionamiento que no requieren de operador, es decir, el
grupo generador funcionará automáticamente.
La principal ventaja es obtener un control constante del grupo generador, ante variaciones
de carga, variaciones de tensión o variaciones de frecuencia.
IN DICE
PROLOGO
CAPITULO!
INTRODUCCIÓN
1.1
1.2
1.3
Antecedentes
Objetivo
Alcances
CAPITULOII
DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA
2.1
2.2
2.3
2.4
2.4
Sistema de Control Básico
Sistema de Control Manual
Sistema de Control Semi-Automático
Sistema de Control Automático
Sistema de Control Automático Integrado
CAPITULOIII
MARCO TEÓRICO
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
El Generador Síncrono
El Generador Síncrono funcionando aisladamente
El Generador Síncrono funcionando en paralelo
Modos de Funcionamiento de Generadores
Fundamentos de Go bernación
Administración de potencia
CAPITULO IV
APLICACIONES
4.1
4.2
4.3
Grupo Generador no paralelo con Red
Grupo Generador paralelo con Red
Múltiples Grupos no paralelos con Red
1
2
2
4
5
6
6
7
8
9
10
11
14
20
26
31
33
37
4.3 Múltiples Grupos paralelos con Red
CAPITULO V
ANALISIS DE RESULTADOS
5.1
5.2
5.3
Caso 1: Grupo Generador funcionando como carga Base
Caso 2: Grupos Generadores funcionando en paralelo con Red
Caso 3: Grupos Generadores con control de Máxima Demanda
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
ANEXOS
Anexo A: Caso 1 - Corporación Rey S.A.
Anexo B: Caso 2 - Sur Color Star S.A.
Anexo C: Caso 3 - Hotel Libertador de Urubamba
BIBLIOGRAFIA
VII
41
45
52
55
58
61
75
89
91
1
PROLOGO
El propósito del presente informe, es dar a conocer las nuevas técnicas de control y
automatización de Grupos generadores, impulsados por motores de combustión interna
potencia, los cuales son alimentados por combustible Diesel, Gas Natural ó Gas metano.
Los Grupos generadores pueden ser controlados y automatizados, para operar en paralelo
con la Red Pública en diferentes modos de funcionamiento, lo que permitirá realizar
muchas aplicaciones y solucionar muchos problemas de los usuarios.
Para lograr lo anterior, se utilizarán Controladores de Motor y Generador de última
generación, que integran, una gran cantidad de funciones y que permiten disponer de
nuevos conceptos de paralelo de generadores.
El informe se orientará a describir algunos conceptos teóricos, algunos controles
elementales, aplicaciones típicas con los nuevos Controladores de Motor y Generador, y
analizar los resultados de tres casos reales, donde han sido aplicados, con buenos
resultados.
Mi reconocimiento a la confianza de los usuarios en donde se ha aplicado el control y el
automatismo de los Grupos generadores, porque de lo contrario no se hubiera podido
demostrar su eficacia y su confiabilidad. Debido a los resultados satisfactorios, algunos
usuarios están proyectando las ampliaciones a más unidades de generación.
También a la empresa GESCEL SAC, por la oportunidad de desarrollar las aplicaciones
para los requerimientos de sus clientes.
CAPITULOI
INTRODUCCIÓN
El avance de la tecnología permite hoy en día, diversas aplicaciones de
funcionamiento de Grupos Generadores de combustión interna.
El control y el automatismo se lograban mediante sistemas costosos y complejos, además
de las limitaciones de los equipos que lo conformaban y eran exclusividad de generadores
de gran potencia.
Actualmente se disponen de dispositivos controladores que permiten la aplicación de
nuevos conceptos que serán explicados en el presente informe.
1.1 Antecedentes
Hasta hace algunos años los sistemas de control de los Grupos Generadores impulsados
por motores de combustión interna, se lograban mediante componentes básicos, tal como
se describe el siguiente capítulo 2.
La mayoría de las Redes Públicas eran más estables en cuanto a variaciones de Tensión y
Frecuencia se refería. Cuando un Grupo Generador se ponía en paralelo con la Red
Pública, las correcciones por las variaciones de Tensión y Frecuencia se realizaban
manualmente.
Luego, se requería un operador permanente para realizar los reajustes.
Hoy en día estas variaciones de Tensión y Frecuencia son más intensas, que es dificil
controlarlas manualmente, por largos periodos de tiempo, al punto de ser imposible usar
los sistemas básicos de control.
1.2 Objetivo
Satisfacer la demanda de potencia, mediante una plataforma múltiple, aplicando las
técnicas modernas de control y automatización de Grupos Generadores impulsados por
motores de combustión interna.
Determinar la aplicación para el caso de varios Grupos en paralelo en sistema aislado, de
tal manera que la carga sea repartida en forma proporcional, manteniendo constante la
tensión y la frecuencia.
3
Determinar la efectividad y confiablidad del uso de controladores como el EGCP-2 y
EasyGen 3200-5 de Woodward.
Establecer un sistema electrónico de control, para el caso de reguladores de velocidad
mecánicos.
Determinar la contribución del modo secuencial para el funcionamiento de varios Grupos
Generadores.
Determinar el grado de aplicación del Grupo Generador, funcionando como carga base con
la Red Pública.
Demostrar que el sistema de control y automatización del Grupo Generador, puede
integrarse a otro sistema de control global.
A continuación lo que se describirá en cada capítulo.
En el Capítulo 2, se hace una Descripción del Sistema, desde el Básico hasta el Integrado y
el más Avanzado que se está utilizando actualmente.
Aquí se podrá apreciar la evolución del Sistema, en cuanto al uso de dispositivos,
aprovechando el avance de la tecnología en éste campo del Control y Automatización.
El Control y la Automatización se simplifico a utilizar unos cuantos dispositivos, hasta
integrarlos a uno sólo que incorpora una gran cantidad de funciones y que de acuerdo a la
aplicación se programa mediante teclado del mismo o mediante PC con Software.
El Capítulo 3 presenta una recopilación de conceptos básicos de generación, como los
modos de funcionamiento, orientados al entendimiento de las aplicaciones del sistema y el
análisis de los resultados.
El Capítulo 4 presenta las aplicaciones básicas que se pueden lograr con el sistema
integrado de Control y Automatización. Aquí se describen las cuatro configuraciones que
se pueden tener en la práctica.
En el Capítulo 5 se analizarán tres casos donde se aplicaron éstas nuevas técnicas de
Control y Automatización.
El primer caso es la implementación de un Grupo Generador para una industria,
funcionando como Carga Base, es decir, el Grupo genera una potencia constante para
alimentar parte de la carga, el resto se obtiene de la red Pública. Esto ha permitido
compensar la limitación del concesionario de electricidad, para suministrar potencia a éste
usuano.
El segundo caso es una Mini Central Térmica, donde tres Grupos Generadores se ponen en
paralelo con la Red Pública, en un sistema del usuario que consiste de cuatro
4
Subestaciones en anillo. El suministro de red pública es por una de la Subestaciones y el
suministro de los Grupos Generadores es por otra de las subestaciones. Los tres Grupos
Generadores funcionan como Carga Base, es decir, entregando una potencia constante a la
Red en anillo. En éste caso, se requiere que los controladores de cada Grupo Generador, se
encuentren comunicados mediante cable de comunicación, para que la carga sea repartida
proporcionalmente en cada instante, aún con las constantes variaciones de Tensión y
Frecuencia de la Red Pública.
El tercer caso se refiere a dos Grupos Generadores, que se ponen en paralelo pero aislado
de la Red Pública, y son usados en caso de emergencia por corte en el Suministro de Red
Pública y para controlar la Máxima Demanda. En éste último uso, los Grupos Generadores
alimentarán parte de la carga separadamente, cuando la Demanda del usuario supere el
valor contratado con el concesionario de electricidad. Para lograr lo anterior, los Grupos
suministrarían energía a dos Tableros de Transferencia Automática, que serán comandados
por el control de máxima demanda.
Finalmente se presentará las conclusiones a la que se ha llegado después de varios a años
de aplicar, diseñar, fabricar, probar, instalar y poner en servicio, los equipos que
conforman los Sistemas de Control y Automatización de Grupos Generadores.
1.3 Alcances
Los alcances del presente informe son los siguientes:
a) El control y automatización está referido a Grupos Generadores, para potencias de hasta
2MW.
b) Los Grupos Generadores serán aquellos que son impulsados con motores de combustión
interna, que funcionan con combustible Diesel, Gas Natural y Gas Metano.
c) La selección de equipos y la Ingeniería de detalle de las aplicaciones, serán tratados en
éste informe.
d) El estudio Técnico-Económico para determinar la potencia de los Grupos Generadores,
no es materia de análisis en éste informe.
e) Las aplicaciones particulares que se pueden obtener con el uso de las técnicas de
Control y Automatización de Grupos, realmente son muchísimas. Por tanto, el presente
informe sólo cubre las aplicaciones más conocidas, producto de la experiencia del autor,
que han demostrado en la práctica su efectividad y confiabilidad.
f) El tema de la protección de generadores no está dentro del alcance del presente informe.
CAPITULOII
DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA.
El sistema en estudio ha tenido una serie de cambios a lo largo de los años, en razón
de que la tecnología ha evolucionado, y que los equipos de control y automatización son
cada vez más asequibles económicamente y se pueden aplicar a generadores de menor
potencia que antes eran exclusividad de grandes generadores.
A continuación describiremos los sistemas utilizados desde el básico hasta el último que se
está utilizando en nuestros días.
2.1 Sistema de control básico
El sistema de control básico se muestra en la Fig. 2.1. Las características de éste sistema de
control son las siguientes:
a) Regulación de velocidad mecánica.
b) Regulación de voltaje electrónica analógica.
c) Medición analógica de cada parámetro mecánico y eléctrico por separado.
d) Interruptor con accionamiento manual.
e) Sincronización analógica manual.
El funcionamiento general era en modo Droop, es decir la frecuencia disminuía con el
aumento de la carga.
La regulación de velocidad se realizaba mediante una palanca en el mismo motor.
La regulación de voltaje se realizaba mediante potenciómetros en el mismo generador.
La medición se realizaba mediante un instrumento por cada parámetro como: Voltímetro,
Amperímetro, Frecuencímetro, Vatímetro, Cosfimetro, Medidores de energía, etc.
La protección se realizaba mediante relés de protección por cada función como: Relé de
Mínima/Máxima Tensión, Relé de Mínima/Máxima Frecuencia, Relé de Potencia Inversa,
Relé Diferencial, etc.
El accionamiento del interruptor se realizaba por mando directo mediante palanca o
pulsadores en el mismo interruptor (pre-carga).
6
La sincronización se realizaba mediante brazo de sincronización, compuesto por
Voltímetro doble, Frecuencímetro doble y Sincronoscopio.
Las limitaciones de éste sistema era que necesitaba un operador permanente para controlar
el Grupo Generador, tanto para ajustar los valores de voltaje y frecuencia, así como cuando
se operaba en paralelo.
GENERADOR SiNCRONO
1
1
1
1
1
1
L�
1
MOTOR DIESEL
27159 81
UQ
Fig. 2.1 Diagrama Básico de Control.
2.2 Sistema de control manual
Es lo mismo que el sistema básico, con la adición de que el control estaba centralizado en
un Tablero de control.
La regulación de velocidad se realizaba con gobernadores electro-hidráulicos, que consiste
de un servomotor alimentado con tensión de baterías. Alimentarlo con polaridad positiva
implicaba aumentar la velocidad y alimentar con polaridad negativa implicaba disminuir
la velocidad. Por tanto, el control de velocidad podría realizarse a distancia.
La regulación de voltaje se realizaba y se realiza mediante potenciómetro de múltiples
vueltas se parado del mismo. Por tanto, el control de voltaje podría realizarse a distancia.
2.3 Sistema de control semi-automático
El sistema de control Semi-automático consiste en adicionar componentes que realizan una
o más funciones específicas, de tal modo que parte de la secuencia de operación es
automática y el resto es manual.
7
Por ejemplo, se adiciona un Sincronizador automático que actúa sobre los reguladores de
velocidad y voltaje, para sincronizar el Grupo con otros Grupos y luego acciona el cierre
del interruptor mediante un contacto seco tipo relé.
También otro ejemplo es adicionar un sensor de carga, para automatizar el reparto de carga
entre Grupos que funcionan en paralelo, en modo Isócrono.
2.4 Sistema de control automático
El sistema de control automático, está formado por vanos eqmpos con funciones
determinadas interconectadas para lograr el automatismo del sistema.
En la Fig. 2.4 se muestra un Grupo generador con los siguientes equipos de control:
Un Regulador de velocidad 2301A de Woodward, con reparto de carga automático.
Un Sincronizador SPM-A para conectar el Grupo generador con la barra.
Un Sincronizador SPM-A para conectar la Red Pública con la barra.
Un Controlador de Carga Automático AGLC, para programar el modo de funcionamiento
del Grupo.
Un Interruptor de Grupo con accesorios para mando eléctrico ó a distancia.
Un Interruptor de Red Pública con accesorios para mando eléctrico ó a distancia.
GENERADOR
GENERADOR
A CARGA
SINCRONIZADOR RUH
1 1 / L_-C_J-J
� -- -�··"
7.iJ PERMISSJ'IE
r'L¡ I I I I I I
l ¡I I 1 '--- -,-------l
( SEÑAL
MOTOR PRIMO
AGLC
, DESCONECTAR 1
1 1 1 1 1
PUENTE CARGA BASE
DESCARGAR Y DESCONECTAR
�----_., ________ ,...._...,.�,---- BARRA CARGA
GENA CARGA
____ ,_. ___________ .., _____ RED (BARRA INFINITA)
Fig. 2.2 Diagrama del Sistema de Control Automático.
8
2.4 Sistema de control automático integrado
Éste sistema considera un solo equipo que integra todas funciones necesarias para controlar
y automatizar, denominado Controlador de Motor y Generador.
En la Fig. 2.3, se muestra el diagrama de un Controlador EGCP-2 de Woodward, donde se
puede observar todas las señales de entrada y salida necesarias para conseguir los diversos
modos de funcionamiento, los cuales son programables, mediante teclado y display del
equipo ó mediante Software con cable de comunicación a PC.
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V'Ol::IVO
1 "'"'
Fig. 2.3 Diagrama del Sistema de Control Automático Integrado.
3.1 El generador síncrono.
CAPITULO 111
MARCO TEÓRICO
Los generadores sincrónicos son, por definición, sincrónicos, lo cual significa que la
frecuencia eléctrica está fijada o sincronizada con la velocidad mecánica de rotación del
generador.
Como el motor gira a la misma velocidad del campo magnético y la potencia eléctrica se
genera en 50 o 60Hz, esto significa que el generador debe girar a velocidad constante.
3.1.1 Circuito Equivalente
El circuito equivalente por fase del generador síncrono, se muestra en la Fig. 3.1.
IF l,4
RF R.4
VF
Fig. 3.1 Circuito Equivalente.
Donde, VFi: Tensión de fase, IA: Corriente de fase, Ea: Tensión generada, Xa: Reactancia
síncrona, Ra: Resistencia de armadura, VF: Tensión de campo, IF: Corriente de campo,
LF: Inductancia de campo.
3.1.2 Diagrama Fasorial
El diagrama Fasorial del generador sincrónico se muestra en la Fig. 3.2
EA
Fig. 3.2 Diagrama Fasorial del Generador Síncrono.
10
3.2 El generador síncrono funcionando aisladamente
El comportamiento del generador síncrono bajo carga, varía fuertemente dependiendo del
factor de potencia de la carga y del generador si funciona solo o en paralelo con otros
generadores síncronos.
El efecto del aumento de carga se puede apreciar en los diagramas fasoriales de la Fig. 3 .2,
donde se puede decir lo siguiente:
a) Si al generador se adicionan cargas en atraso o potencia reactiva inductiva, el voltaje en
bornes del generador disminuye significativamente.
b) Si al generador se carga con factor de potencia la unidad, el voltaje en bornes del
generador presenta una ligera disminución.
c) Si al generador se adiciona cargas en adelanto o potencia reactiva capacitiva, el voltaje
en bornes del generador aumenta.
Fig. 3.3 Aumento de carga con factor de potencia atrasado.
v,;v.,,
Fig. 3 .4 Aumento de carga con factor de potencia unidad.
/ /
/ /
Fig. 3 .5 Aumento de carga con factor de potencia adelantado.
11
3.3 El generador síncrono funcionando en paralelo
Los generadores se ponen en paralelo por las siguientes razones:
a) V arios generadores pueden alimentar mayor carga que una sola unidad.
b) El tener muchos generadores aumenta la confiabilidad del sistema de potencia, puesto
que la falla de uno de ellos no provoca la pérdida total de la potencia de la carga.
c) El hecho de tener muchos generadores operando en paralelo posibilita la desconexión de
uno o más de ellos para practicarles mantenimiento preventivo.
d) Si solamente se utilizara un generador y este no funcionara cerca a su potencia nominal,
resultaría relativamente poco eficiente. Sin embargo, con varias máquinas más pequeñas
se posibilita la operación de solo alguna de ellas, de manera que funcionen cerca a su
plena carga y actúen, por tanto, más eficientemente.
3.3.1 Condiciones de paralelo.
Las condiciones para que dos generadores se pongan en paralelo, son las siguientes:
a) Los valores eficaces de los voltajes de línea de los generadores deben ser iguales.
b) Los dos generadores deben tener la misma secuencia de fase.
c) Los ángulos de fase de las dos fases correspondientes deben ser iguales.
d) La frecuencia del nuevo generador, llamado generador entrante, debe ser ligeramente
mayor que la frecuencia del sistema.
3.3.2 Característica Frecuencia-Potencia Activa
En general todas las máquinas motrices tienen el mismo comportamiento, es decir, cuando
aumenta la exigencia de potencia, disminuye su velocidad de rotación y por tanto la
frecuencia generada. En la Fig. 3.6, se muestra la curva resultante de frecuencia versus
potencia del generador.
o
1 1
1 1 1
Pote.ncia
kW
Fig. 3.6 Característica Frecuencia-Potencia Activa
12
3.3.3 Característica Voltaje-Potencia Reactiva
Es posible encontrar una expresión similar para la potencia reactiva Q y el voltaje terminal
V. Tal como fue visto anteriormente, cuando se adiciona una carga inductiva al generador
síncrono, su voltaje terminal disminuye. De igual manera, cuando se adiciona carga en
adelanto al generador sincrónico, su voltaje terminal aumenta. Puede construirse una
gráfica de voltaje terminal contra potencia reactiva, resultando ésta de característica
descendente tal como se presenta en la Fig. 3.7.
La curva característica puede desplazarse hacia arriba o hacia abajo cambiando el ajuste
del voltaje terminal en vacío del regulador de voltaje. Al igual que la característica
frecuencia-potencia, esta curva tiene gran importancia en el funcionamiento en paralelo de
los generadores síncronos.
Es importante enfatizar que, cuando un generador funciona solo, las potencias real P y Q
suministradas por el generador serán las magnitudes demandadas por la carga conectada al
generador: el suministro de P y Q no puede regularse mediante los controles del generador.
Por consiguiente para una cierta potencia real, las posiciones del gobernador controlan la
frecuencia de operación del generador, y para una potencia reactiva dada, la corriente de
campo regula el voltaje terminal del generador.
Vr,., .... -....;.·-- .
Fig. 3. 7 Característica Voltaje-Potencia Reactiva
3.3.4 Funcionamiento en paralelo con grandes sistemas
Cuando un generador está conectado en paralelo con otro generador o con un sistema
grande, la frecuencia y el voltaje terminal de todas las máquinas deben ser los mismos
puesto que sus terminales están unidos. Por consiguiente, sus características de potencia
real - frecuencia y potencia reactiva - voltaje pueden dibujarse espalda con espalda, siendo
común el eje vertical.
13
Una vez que el generador ha sido conectado y luego se incremente el ajuste del gobernador
de velocidad y como la frecuencia es invariable, el efecto es que aumenta la potencia
suministrada por el generador. Esta situación está representada en las características de la
Fig. 3.8, y en la Fig. 3.9 se muestra el efecto como diagrama fasorial.
Si se sigue aumentando la salida de potencia del generador hasta exceder el consumo de la
carga, la potencia extra generada se inyectará a la barra infinita.
Concretamente, cuando un generador funciona en paralelo con una barra infinita:
a) La frecuencia y el voltaje terminal del generador quedan controlados por el sistema al
cual está conectado.
b) El gobernador del generador regula la potencia real que entrega el generador al sistema.
c) La corriente de campo del generador regula la potencia reactiva suministrada por el
generador al sistema. Ver Fig. 3 .1 O para apreciar el efecto fasorialmente.
Esta situación constituye en gran medida la forma en que funcionan los generadores reales
cuando están conectados a un gran sistema de potencia.
l • l l 1 l 1 t 1 1 1 1 l 'l f 1 1
1 1 1 ' 1
1 1 1 1
1 1 i 1
J
P...,.. titt. Pá l P,tl Pa, Pe 1 Pc2 Pc.3 P/kW
P_.....
• �nnam&.•. p• + �
Fig. 3.8 Efecto de carga activa del Generador en diagrama Frecuencia-Potencia
Fig. 3.9 Efecto de carga activa del Generador en diagrama fasorial
,
Fig. 3 .1 O Efecto de carga reactiva del Generador en diagrama fasorial
3.4 Modos de funcionamiento de generadores
14
A fin de entender la administración de carga en los sistemas de control de grupos
Generadores, se explicarán lo siguientes conceptos:
3.4.1 Modos de control de operación en sistemas aislados
a) Modo Droop
Es la caída de velocidad o frecuencia proporcional a la carga. Es decir, cuando la carga se
incrementa, la velocidad o frecuencia decrecen (Ver Fig. 3.11).
� o z UJ =i
o w a:
--
<( o
o o
w >
63 --
61.5- -�
60
58.5
'51
---·----------·-
o 50%
CARGA
CON QRCX)p LA VELOCIDAD
DISMINUYE CON CARGA
Fig. 3 .11 Modo Droop
100
5%
DROOP
Droop está expresado como el porcentaje que la velocidad cae debajo de la velocidad sin
carga y cuando está a plena carga. Con un ajuste de Droop dado, un Grupo Generador
siempre producirá la misma potencia a una velocidad o frecuencia particular.
15
Si todos los Grupos en un sistema Droop tienen el mismo ajuste Droop, ellos se repartirán
la carga en la misma proporción.
Si el sistema de carga cambia el sistema velocidad/frecuencia también cambiará. Un
cambio en el ajuste de velocidad será requerido para compensar el efecto de caída y
retomar a la velocidad/frecuencia original del sistema. Así para mantener la proporción del
reparto de carga en cada Grupo, el operador necesitará ajustar la velocidad igualmente en
cada generador.
Si todos los Grupos no tienen el mismo Doop, no se repartirán la misma carga
proporcionalmente al ajuste de velocidad. Si el sistema de carga cambia, el sistema
velocidad/frecuencia también cambiará pero el porcentaje de carga en cada Grupo no
cambiará proporcionalmente.
El operador necesitará ajustar a una velocidad diferente en cada Grupo para repartir la
carga proporcionalmente.
Esto podría hacer que un Grupo funcione fuera de su ajuste de velocidad, antes que se
cargue completamente, limitando al sistema su capacidad de reparto de carga. Por ésta
razón, es mejor que en un sistema, los Grupos tengan el mismo porcentaje de droop.
b) Modo Isócrono
Éste modo permite tener cualquier potencia a velocidad o frecuencia fija o constante. En
otras palabras un Grupo operando en modo Isócrono operará a la misma
velocidad/frecuencia sin tener en cuenta de la carga que está suministrando hasta la
capacidad de plena carga del Grupo (Ver Fig. 3.12). Este modo puede ser usado en un
Grupo funcionando por sí mismo en un sistema aislado.
63
o 60z
� 57
<( o
o o ...J llJ > o 50'/o
CARGA
100
UN GOOERNADOR ISÓCRa'JO MANTIENE (X)NSTANlE LA VELOCIDAD (X)N LA CARGA HASTA EL 100%
Fig. 3 .12 Modo Isócrono
16
El modo Isócrono también puede usarse en un Grupo funcionando en paralelo con otros
Grupos. Sin embargo, a menos que los gobernadores tengan capacidad de reparto de carga
isócrono, no más que uno de los Grupos funcionando en paralelo puede estar en modo
Isócrono. Si dos Grupos funcionando en modo isócrono sin controles de reparto de carga,
están suministrando potencia a la misma carga, uno de los Grupos intentará llevar toda la
carga y el otro descargará toda su carga. Así para que estos dos Grupos se repartan la
carga, algún medio adicional deberá usarse para evitar que cada Grupo trate de tomar toda
la carga o de motorizarse.
e) Modo Droop/lsócrono
Este modo combina ambos modos Droop e Isócrono. Todos los Grupos del sistema
funcionan en modo Droop excepto uno el cual funcionará en modo Isócrono. Éste es
conocido como "Grupo Base". En este modo las máquinas Droops marcharán a la
velocidad/frecuencia de la unidad Isócrona. El porcentaje de caída y ajustes de velocidad
de cada Grupo en modo Droop son ajustadas tal que estos generan una cantidad de
potencia. La potencia de salida del Grupo Base cambiará para seguir las variaciones en la
Demanda de carga mientras mantienen constante la velocidad/frecuencia del sistema. (Ver
Fig. 3.13 y 3.14.)
63
ü 60
� 57
o
<C o
ü o
w > o 50%
CARGA
100
LA UNIDAD l&XRO'-JA MIWTIENE LA FAECU8'CIA
CX)NSTME Y ASU\ilE LA VARJACION DE LA CARGA
Fig. 3.13 Grupo Base
La máxima carga para este tipo de sistemas es limitado a la salida combinada del Grupo
Base y el total de potencia de salida de las Grupos Droops. Una carga por encima del
máximo resultará en un decremento en velocidad/frecuencia. La carga mínima del sistema
17
no podrá ser permitido decrecer por debajo del total de potencia de salida de los Grupos
Droops. Si esto sucede, la frecuencia del sistema se incrementará y el Grupo Base puede
motorizarse.
El Grupo con la más alta capacidad de salida normalmente deberá ser operada como Grupo
Base tal que el sistema aceptará las variaciones grandes de carga dentro de su capacidad.
Esto no es una regla rígida. La elección del Grupo Base dependerá entre otras cosas de la
eficiencia de los diferentes Grupos y la magnitud de la variación de carga.
AJUSTE DE vaOODAD PARA100%DECARGABASE 63 -
AJUSTE DE VB_OCIDAD 62 -PARA50o/oDECARGABASE
61 AJUSTE DE vaOODAD
PARA 0% DE CARGA BASE 6() �::---�---,-, 59-
58
57
o 50%
SALIDA
LAS UNIDADES DROOP
MANTIENEN PARTE DE LA CARGA
Fig. 3.14 Grupos Droop
d) Reparto de Carga Isócrona
100
Para el reparto de carga Isócrona en un Sistema, todos los Gobernadores de los Grupos
deberán estar en modo Isócrono. El reparto de carga Isócrono es realizado adicionando un
sensor de carga electrónico en cada Gobernador Isócrono. Los sensores de carga están
interconectados por las líneas de control Load-Sharing (Algunas veces llamadas Líneas
Paralelas). Cualquier desbalance de carga entre los Grupos causará un cambio en el
circuito de regulación de cada Gobernador, causando que cada Grupo produzca su reparto
proporcional de la carga para re-balancear las señales de carga.
Mientras cada Grupo continúe funcionando a velocidad Isócrona, los cambios en la carga
forzarán que cada Grupo suministre su reparto proporcional de potencia para satisfacer la
Demanda total de carga en el sistema. Si los Grupos son de diferente potencia, la salida de
cada Grupo será proporcional a su potencia nominal (Ver Fig. 3 .15).
18
Así para incrementar la capacidad Base de un sistema de reparto de carga
"Droop/lsócrono", varios Grupos con reparto de carga Isócrono deberán ser conectados en
paralelo para responder como un solo Grupo Base. Luego otros grupos podrán funcionar en
modo Droop con éstos Grupos Base.
60
o
GRUPO #1
NOMINAL A 180 KW
50%
90KW
180
GRUPO #2
NOMINAL A 60 KW
60 ---------
o 50%
30KW
60
60
o
Fíg. 3 .15 Reparto de Carga Isócrono.
e) Carga Base Isócrono
GRUPO #3
NOMINAL A 120 KW
50%
60KW
120
Es un método de ajuste de una base o carga fija en un Grupo funcionando en modo
Isócrono. Esto es realizado usando un control de sensado de carga y conectando una señal
externa polarizada (bias signal) a través de sus líneas Load-Sharing (Ver Fig. 3 .16)
La señal externa polarizada (bias signa!) impresa en éstas líneas apararecerá para el
Gobernador como un desbalance de carga. El Gobernador forzará al generador para que su
salida en potencia aumente o disminuya hasta que la salida del sensor de carga sea igual a
la señal polarizada en las líneas Load-Sharing.
FRECUENCIA AJUSTADA POR LAS MAQUINAS
ISOCRONAS <(
o 60 -- ------ - 100%0�(3z ºwoc � �� <(
WO -JO
oc,,..w �� j<o r� O
J
o en- �<(r �o wOOC , <( ,o <( <(Q
<(<(� o �º� g 0% Oiw w - -- -�
> <(o > O 100% LOS AJUSTES DE VELOCIDAD QUEDAN CONSTANTES
Y LA SALIDA DE LAS MAQUINAS ISOCRONAS EN CARGA BASE
VARIAN CON LA APLICACION DE VOL TAJE POLARIZADO
LAS VARIACIONES DE CARGA SON ASUMIDAS
POR LAS MAQUINAS ISOCRONAS
Fig. 3.16 Barra Aislada con Carga Base Isócrono
19
En este punto, el sistema esta balanceado. Este método puede solamente ser usado donde
otros Grupos estan produciendo suficiente potencia para satisfacer los cambios en la
demanda de carga. Este método de Carga Base es ideal también para Grupos que adicionen
carga suavemente dentro de un sistema isócrono, para cargar o descargar un Grupo o para
ajustar una cantidad fija de carga en un Grupo que está en paralelo con otros Grupos.
3.9.2 Modos de control de operación en sistemas conectados con red pública
Cuando los Grupos son puestos en paralelo con la Red Pública ( o Red Infinita), ésta
determinará la frecuencia del sistema. Los modos de operación están limitados a Carga
Base Droop y Carga Base Isócrono.
a) Carga Base Droop
El modo Carga Base Droop es el mismo que el modo Droop en sistema asilado, con la
excepción que la Red Pública controlará la frecuencia y actúa como un Grupo Base,
absorbiendo cualquier cambio en la carga. La velocidad y droops son ajustados tal que el
Grupo suministra una cantidad fija o base de potencia a la Red (Ver Fig. 3.17).
Cuando el Grupo que está suministrando potencia a la Red se desconecta, la
velocidad/frecuencia del ahora Grupo asilado aumentará al punto de velocidad donde este
fue adelantado para cargar al Grupo mientras ésta caía a la de la Red.
AJUSTE DE YaOCIDAD PARA 100% DE CARGA BASE 63
---------------
p= �� =D�E 62
------�
�-- - -61 - : --------------
AJUSTE DE YaOCIDAD 60 _ -------------- YaOCIDAD AClUAI. �
PARA 0% DE CARGA BASE ---------------AJUSTADA POR LA R8) 59 ------ ' ---------------58 �
---
w O 57 i ---------------0 � w9 rü 1 wo JJ 1 �� 1
o 50%
SALIDA
100
LA VELOCIDAD/ FRECUENCIA ES AJUSTADA POR LA RED
LAS CARGAS VARIAN CON EL PUNTO
DE AJUSTE DE VELOCIDAD
Figura 3 .17 Carga Base con 5% de Droop.
b) Carga Base Isócrono
Carga Base Isócrono de un Grupo alimentado una Red Pública es el mismo que para un
sistema asilado (Ver Fig. 3 .18).
20
Cualquier diferencia entre el ajuste de velocidad/frecuencia de los Grupos en Carga Base
Isócrono, y de la Red Pública, aparecerá como un cambio en la carga base. Esto es porque
es tan importante tener el ajuste de velocidad/frecuencia en el sentido contrario del Grupo
lo más cerca posible a la Red Pública.
Tanto como 15 Grupos pueden ser Carga Base Isócronos aplicando la señal polarizada
aislada a través de sus sistemas comunes de líneas Load-Sharing.
La ventaja de la Carga Base Isócrono sobre la Carga Base Droop es que cuando se
desconectan de la Red Pública, no hay cambio en la frecuencia.
Simplemente removiendo la señal polarizada de las líneas Load-Sharing, el Grupo retoma
a la velocidad Isócrona.
<( ü 60 z UJ :::>
UJü ClUJ UJa: t-U.. (/)::>O ,<( <o
ü o.....J UJ > o
-- - ----------,<100% g<( �a: <( .....J
SALIDA
o c..
UJ ...,
<( t.....J -� º% �
100%
LA VELOCIDAD/ FRECUENCIA ES AJUSTADA POR LA RED
LA CARGA VARIA CON EL VOL TAJE POLARIZADO
Fig. 3 .18 Carga Base Isócrono.
3.5 Fundamentos de gobernación
A fin de entender los modos de operación de los Grupos generadores, explicaremos el
funcionamiento de algunos controles para regulación de velocidad y voltaje.
La Fig. 3 .19 muestra el control básico de regulación de velocidad electrónica. Consiste de
un Sensor de velocidad (Magnetic Pickup), un Actuador, un Amplificador con
realimentación y un Potenciómetro.
El Actuador es alimentado para inyectar combustible al motor para mantener los RPM
ajustado por el Potenciómetro. Cuando hay un aumento o disminución de RPM, el cual es
detectado por el Magnetic Pickup, el cual es restado a la señal del Potenciómetro, el
Amplificador aumenta o disminuye la tensión del Actuador, para mantener los RPM
constantes.
MOTOR PRIMO
+
JUMPER O ,E__--cD POTENCIO METRO '["1'
DE VELOCIDAD
SENSOR DE
AJUSTE DE VELOCIDAD
L....L+-+�H-..---{>I VELOCIDADf---------AC / DC
21
REALIMENTACIÓN
Fig. 3 .19 Regulación de Velocidad Electrónica
MOTOR PRIMO
ACTUADOR
JUMPER O ,-c'Ó POTENCIOMETRO :
DE VELOCIDAD '-
AJUSTE DE VELOCIDAD
FUENTE
TENSION O ALTA AUXILIAR TENSION O INTERRUPTOR DE
REAUMENT ACIÓN
UNIDAD DE BAJA tm6 CONTACTO
GENERADOR
SENSOR DE VELOCIDAD
AC/DC
A A
+
B B ENTRADAS Prsycrs
c c
TRANSFORMADORES DE CORRIENTE
A0CT
80 CT
,+--------18 SENSOR
SUMADOR
R1
cw TENSION DE GANANCIA
PARA6VOC A100%
R2
Ci1J CT DECARGA _ f-------'-------'
( ( ( BUS
-+--t------;------------------A
---------;------------------B
----------- ---- ----------c
ABRIR PARA ISOCRONO, CERRAR
PARA DROOP
Fig. 3.20 Regulación de Velocidad con Sensor de Carga.
ABRIR PARA ISOCRONO, CERRAR
PARA DROOP
La Fig. 3.20, muestra el control básico con sensor de carga, el cual requiere medición de
tensión y corriente del generador, y mediante un transductor obtiene una señal analógica
proporcional a la potencia activa, el cual es también es restado a la señal del
potenciómetro. Por tanto también se obtiene regulación de potencia activa del Grupo.
E-E- -{
IPLA; 1 LOAD 1
A
B
e
MOTOR
PRIMO
SENSOR DE '----------ivELOCIDAOf--------,
AC/OC
A
ENTRADAS +
PT'eY CT'I
e
cw
AJUSTAR
AUMENTO DE
B CARGA
SALIDA
PROPORCIONA
DE VOLTS
e
R6
----------------------�
PLANT BUS
LINEAS PARALELAS
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
1
R6
MOTOR
PRIMO
SENSOR DE >------<VELOCIDAO>-----�
cw
AJUSTAR
AUMENTO DE
CARGA
+
AC/DC
ENTRADAS
PT's Y CT's
SALIDA
PROPORCIONA
DE VOLTS
A
B
e
A A
B B
e e
L------------------------}0- ➔
N N
ATENCION
&
TENSION POTENCIAL 90-240 V CB45-66 Hz
-
29 --
28 -
27 -
26 -
25 -
24 -
23 -
22 -
21 -
20 -
19 -
18 -
17 -
16 -
15 -
-
14 i---
13 -
12 -
11 -
10 --
9 -
8 -
7 - -
6 -
5 -
4--
{3 -
2 -
1 -
o -
-7
' 1
J-1 1
- ��
]
• 1 '
1 '
-·
1 1
1 '
co�}
�
- &.. _8 ' 1
1 1 + - A
23
ENTRADA IMPULSO VELOCIDAD 11 ·30 V e.a.)
ENTRADA Al. SINCRONIZADOll SPM
(BAJA IMPEDANCIA)
POTENCIOMETRO DE AJUSTE DE VEI.OCIDAD O UNIDAD DE REff•
&\RENCIA DIGITAL IOPCIONAll
ACTUADOR
& --0------, CEFIRAOO PARA \IELOC. DE REGIMEN. ABIERTO PARA AALENTI
f-------0
-
�J�
-
f&1 - 1 '
1 • -
A0
CEAHAOO PARA SUPRIMIR EL � IMPULSO DE FAlLO Of VELOCIDAD
-�
ABIERTO PAHA COMBUST. MINIMO
+l ALIMENT. e.e.
-J OE 20 45 V
,........ CQNTACTO AUl<ll DEL
rN(UlAUPlOR DEL CIRCUITO�
ABIEAlú PARA CAIDA ; &. CERRADO PARA ISOCAONA' �
1 1 +} IMPULSO OE CARGA 1 1
( ISOLO PARA PRUEBA)
I 1 ' LINEAS DE REPARTO DE CARGA 1 1 -
11 11
&, .. ..
,, 111
_,
&--=
~ •
.
jl&
---UNtAS OC REPARTO DC CARGA (+)
ICUMUN lt TODAS LAS UNIDAD ES)
1-)
AMPEAIMETROS E TC ON EN EL CUADRO A
ri,
r"\
"
1 -.-.
1
[ rh&
l rh&
l m&
A VOL TIMETR O, ETc.:
DEL CUADRO
LINEAS CO LECTORAS ES PRINCIPAL
\00 + GfN[�AOOR) &
=- 1 -
C0 - . _.....L....., -= - .
1 PT NTERRU OR OEI CIRCUITO
Fig. 3.22 Diagrama de conexión del Regulador de Velocidad 2301A de Woodward.
24
La Fig. 3 .21, muestra el control básico con sensor de carga, e interconectado con líneas
paralelas o Load Sharing, con otro Grupo con el mismo control. Esto permite que ambos
sensores estén regulando las potencias generadas, que pueden ser iguales, proporcionales o
diferentes, según se ajuste su potenciómetro CW.
La Fig. 3.22, muestra las conexiones del Regulador de Velocidad 2301A de Woodward,
donde es importante notar la señal de entrada analógica de los bornes 25 y 26, el cual
permite ejercer control a distancia sobre el regulador de velocidad.
Finalmente la Fig. 3.23, muestra la regulación del voltaje del generador. Consiste de un
Sensado de tensión, un Sensado de corriente y una Tarjeta de regulación, la cual inyecta la
corriente a la excitatriz del generador, según el valor ajustado. Lo importante de éste
control es que al igual que el control de velocidad, se dispone de una entrada analógica
(bornes 2 y 3), para ejercer control a distancia sobre la regulación de voltaje.
Éstas importantes características de ambas regulaciones, es lo que nos permitirá lograr el
control total sobre el Motor y el Generador del Grupo.
INTERRUPTOR '
'
( GEN . __ &--+---=�------ s2 B
------t--.....---------r--r-------j__r-- e
' '
L r 1
1-=
10K
1il._§h_ �1 37 4 j 5 l?°l_ G 19 1 1 �l 9
-
REGULADOR
DETENSION
AVC63-12 or
CH AVC125·10 GN
SING POWER OUTPU
nE¡ 26]� ·¡cqF2 - - -
KITK 20 AMP ( PMG i B
\\ / '-"-e __________ --' ,,
... _____ .,, KllK 20 AMP
Fig. 3.23 Regulación de Voltaje.
3.6 Administración de potencia
3.6.1 Control de Carga Pico.
25
El control de carga pico se refiere a los métodos utilizados para limitar la demanda
adquirida de un servicio. Las tarifas eléctricas por lo general son determinadas por la
máxima demanda durante un determinado periodo de tiempo. A veces una demanda
máxima de duración tan breve como quince minutos de un periodo de 30 días determinará
la carga formulada por toda la energía adquirida durante esos 30 días.
Normalmente, el control de carga máxima se consigue por uno de los cuatro métodos: (ver
Fig. 3.24)
a) Controlar la carga ó rechazar cargas, lo que significa la desconexión de cargas para
mantener el máximo consumo por debajo de un nivel máximo de carga deseada.
b) Separar y aislar una parte de la carga y luego alimentar la parte aislada con un sistema
de generación de la planta. Asegurarse que el generador de planta es suficiente para
alimentar la carga aislada y mantener la carga de Red bajo la máxima carga deseada.
c) El generador de la planta en Carga Base, el cual se pone en paralelo con la Red.
Establecer la salida del generador de la planta lo suficientemente alto para garantizar
que no se supere la máxima carga deseada.
d) Usando un generador de la planta controlado para asumir todas las cargas ó picos de
carga sobre cierto nivel. La Red tomará todas las cargas debajo de éste nivel.
3.6.2 Carga Base.
La carga base es el funcionamiento de un generador a potencia constante. Cuando la
demanda excede la capacidad del generador, la energía déficit será importado de la Red. El
equipamiento del usuario es conectado a la Red y usa ésta para controlar la frecuencia. La
carga base por lo general es realizada con el equipamiento del usuario en modo Droop,
asumiendo la Red las variaciones de la carga. El equipamiento está disponible para
permitir al usuario operar en modo Isócrono con la Red y aún permitir que la Red asuma
las variaciones de la carga.
Si la carga base es superior a la demanda de la planta, el exceso de potencia puede ser
exportado a la Red.
3.6.3 Peak Shaving.
Los picos se utilizan para establecer un límite máximo de la potencia importada de la Red.
En el siguiente ejemplo, se establece un límite de 100 KW para la potencia importada, y el
generador del usuario provee la demanda de potencia que supere el límite de los 100 kW.
26
El generador del usuario normalmente es usado en los periodos picos de demanda.
o ert-- <( oZoo !:!:! z<( ;:¡¡wer- t--W erozWa.w :, w (!J 0ow� o
�<(z-w
º _z ;:¡¡w - teroWa. :,w�o er
o t-- <(zw
º _z ;:¡¡w- teroWa. :,w�o
rorENCIASlMNISTRADA A'.J=l LA RED
PCITT3\CIA SLMNISTRADA
rorENCIA SLMNISTRADA A'.J=l LA RED
NIVELDE
CARGA&\SE
SLMNISTFO DE CBIERAfX1'l LOCAL ES a:t\STANTE DLRANTE LCS PERICXX)3 DE LID.
PCITT3\CIA SLMNISTRADA
rorENCIA
SLMNISTRADA
A'.J=l LA RED
C,Affi/1. &\SE
c.AffiA MAXII\N\
DESEADA
PEAK SHIWII\G
EL C?B-ERA1XR LOCAL SLMINISlRA LA PCITT3\CIA SURClENTE PARA I\O EXCECER LA DE1111ANDA DESEADA.
Fig. 3.24 "Peaking" o Control de Carga Pico
<(
L.)
z LLJ fo o_ LJ_j
o
o f---
L LLJ
L
o:: l..LJ :_-=:)
u LLJ
ce
· · · · · POTENCIA · · · · . ·. ·. ·. ·. ·. ·SUMINISTRAQA·. ·.
POTENCIA SUMINISTRADA
P FI. USUA 10
TIEMPO
DEMANDA DE
POTENCIA
-- ---------- -- - -- - ------ --�
<:(
l )7 UI 1- -
C:) O__ LLJ
C__1
C-) \z LLJ
L
c_:r:: 1 1 J __ )Cj 1 1 _I
CL
Fig. 3.25 Carga Base
DEMANDA DE
POTENCIA
. . . . . . - ... ·.·.·. ·.·.·.PQlc.N.llA· .·.·.·.·.·.·.·.
....... ·sUMlNIS. TRAD./\.
........
......
.
- . - . -. r61H-i'- lJslJAr11ri' · ..... .
111-MPO
Fig. 3 .26 Peak Shaving
27
28
3.6.4 Importación / Exportación.
Potencia importada potencia exportada son términos usados para describir la potencia que
es llevada dentro de una planta (importación) o es enviada a la Red ( exportación). Una
planta puede importar potencia durante los picos de demanda y exportar potencia durante
demandas bajas. Otras situaciones pueden requerir solo importar potencia o solo exportar
potencia.
<(
L_)
:z: LLJ 1--0 o_
LLJ o
o 1-:z: LLJ
�
ce: LLJ ::=) d LLJ ce:
<(
L_)
:z: LLJ 1--0 o_
LLJ o
o 1-:z: LLJ
�
ce: LLJ ::=) d LLJ ce:
POTENCIA
· · IMPORTADA
TIEMPO
CAPACIDAD MAXIMA
DE GENERACION DEL
USUARIO
DEMANDA
DE CARGA
Fig. 3.27 Importación de Potencia
TIEMPO ---[>-
POTENCIA
IMPORTADA
Fig. 3.28 Importación de Potencia (Nivel Constante)
<(
LJ z w
lo Q_
w o
o 1-z l.LJ
�
cr:: w � d w cr::
<(
\._)
z: LLJ f-CJ o_
LLJ o
CJ 1-z: LLJ
¿
a:: LLJ � d LLJ a::
TIEMPO ---1C>
POTENCIA •
• EXPORTADA DEL
GENERADOR
DEMANDA
DE CARGA
Fig. 3.29 Exportación de Potencia
TIEMPO - --<e>-
POTENCIA
EXPORTADA
DEMANDA
DE CARGA
Fig. 3.30 Exportación de Potencia (Nivel Constante)
3.6.5 Control de Importación (Exportación) Cero.
29
Un generador - o series de generadores - es capaz de suministrar toda la energía eléctrica
necesaria para la planta de operaciones. El generador está conectado a la Red para
controlar la frecuencia y para situaciones de emergencia. Normalmente la potencia no es
30
exportada a la Red ó importada de la Red. Esta situación por lo general requiere· el
arranque o parada de los generadores como demanda de potencia fluctuante. Cualquier
número de generadores, en carga base isócrono, puede ser conectado a reparto de carga
isócrono como un sistema completo de carga base con la Red.
<(
L) z L1.J lo
o_
L1.J o
o
1-:z L1.J
L
o::: L1.J ==:) d L1.J o:::
POTENCIA
EXPORTADA
POTENCIA
IMPORTADA
POTENCIA
SUMINISTRADA
POR EL USUARIO
TIEMPO
POTENCIA FIJA
DEL GENERADOR
POTENCIA
EXPORTADA
DEMANDA DE
POTENCIA
Fig. 3.31 Control de Importación/Exportación
<( LJ z LL.J fo Q_
LL.J o
o fz LL.J
¿
o:: LL.J � d LL.J o::
* DEMANDA DE POTENCIA Y
SUMINISTRO DE POTENCIA DEL
USUARIO SON LO MISMO
TIEMPO
Fig. 3.32 Zero de Importación/Exportación
CAPITULO IV
APLICACIONES.
4.1 Grupo generador no paralelo con red
31
Es la aplicación más elemental donde el Grupo electrógeno no se pone en paralelo con la
Red Pública y es mostrado en la Fig. 4.1, muy comúnmente usado en Sistemas de
Emergencia y en aquellos sistemas en que el corte no es muy perjudicial en los procesos
del usuario. También es conocido como Transferencia con Transición abierta.
Generador GCB
©-_/�-�
Carga
MCB RED
-CID
Fig. 4.1 Diagrama Unifilar Generador No Paralelo con Red Pública
El sistema controla la tensión del Suministro Normal, verificando que se encuentre entre
los límites de Tensión y Frecuencia programados según el requerimiento del usuario.
Ante una falla ordena el arranque del Grupo Electrógeno y acciona los interruptores para
Transferir la carga del Suministro Normal (Red Pública) al Suministro de Emergencia
(Grupo Electrógeno).
Cuando el Suministro Normal retoma, acciona los interruptores para Re-transferir la carga
del Suministro de Emergencia (Grupo Electrógeno) al Suministro Normal (Red Pública).
En ambos casos la Transferencia y la Re-Transferencia se realiza desconectando la carga,
es decir el Grupo Electrógeno no se pone en paralelo con la Red Pública.
32
Dentro de ésta aplicación puede considerarse también el caso en que el Grupo Generador
alimenta una carga sin que exista suministro de Red Pública.
En la Fig. 4.2, se muestra el Diagrama de Control para realizar ésta aplicación con un
Controlador EasyGen 350X.
•
ar:
0
o
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......... e e
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Q) (J) e
Q) O> -->< o LO C"')
e
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* Battery
-1i1,1,��
J._ -=1-��
-------2-resc:te:::'alheFC� IS�0'1!f'eb:D.dl\e�
ñ� ,iff-et"'-eCPC
rnstot:p�:n N L3. L2 L 1.
Malns voltage L3 21
no1 connected 22
Mans VOltage L2 23
not conriected 24
Malns VOltage L 1 25
no! connected 26
Mains voltage N 1 27
not connected 1 28 1 1 1 7
7t-MC8 open (relay 1) 1
� 6 - f- - -,- -,-. -- MCB 1 --¡I 1 5
1 N L3. L2 L1. 1 1
Corrmon 1 -15 1
1 - .¡,_
Ol 1 011 pressure 1 ·16 �.¡, -1 Ol2 Coolant temperature 17 � �
1 -Ol3 Re!rote start 1 18 � �
1 '
Ot4 Reply MCB / free progr. 1
• �0!5 Reply GCB I free progr. 1 20 1
n- ;- -3 -3- :t-- T GCB 8 -GCB ctose (relay 2) --¡I 9
Generator voltage L3 29
nol conneded 30
Generator voltage L2 31
no! ronneded 32
Generator voltage L1 33
ootromeded ·34 N l3 L2 Ll.
Generator voltage N 1 1
not ronneded 1 36 1 -
G 1
2: Free programmable (relay 3) 1 10 .
1 1 ,_
Corrmon 1 11 B+
1 12 fluxiliary Free pro(jrammable (relay 4} 1 -cp D+ altemator -
pFue! relay (relay 5) 1 13 1 - - 1
pCrank (relay 6) 1 ·14
1 _ _j -- Engine
U-� O,., 24 Vdc (dllrge átelro'.a) 3 ----, O,., 12 Vdc (Cha,ge altenm:J) � ____ j
MPU+ 37
MPU- 38 -
39 CAN-L - ECU CAN-H 40
Fig. 4.2 Diagrama de control EasyGen 350X de Woodward.
4.2 Grupo generador paralelo con red
33
Es la aplicación donde el Grupo electrógeno se pone en paralelo con la Red Pública y es
mostrado en la Fig. 4.3, usado en Sistemas de Emergencia y en aquellos sistemas en que el
corte es perjudicial en los procesos del usuario. También es conocido como Transferencia
con Transición Cerrada.
Generador GCB MCB RED
� ---------,----{ )-----{ -
Carga
Fig. 4.3 Diagrama Unifilar Generador Paralelo con Red Pública
El sistema controla la tensión del Suministro Normal, verificando que se encuentre entre
los límites de Tensión y Frecuencia programados según el requerimiento del usuario.
En esta aplicación podemos citar los siguientes casos:
4.2.1 Caso 1:
Ante una falla ordena el arranque del Grupo Electrógeno y acciona los interruptores para
Transferir la carga del Suministro Normal (Red Pública) al Suministro de Emergencia
(Grupo Electrógeno).
Cuando el Suministro Normal retoma, el control inicia el proceso de sincronización del
Grupo Electrógeno con la red Pública, actuando sobre los Reguladores de velocidad y de
voltaje, hasta cumplir las condiciones de paralelo. Luego acciona el cierre del interruptor
del lado de la Red Pública, quedando ambos interruptores cerrados. Luego el control
realiza la Re-Transferencia de la carga del Suministro de Emergencia (Grupo Electrógeno)
al Suministro Normal (Red Pública), de manera paulatina. Luego acciona la apertura del
interruptor del lado del Grupo Electrógeno, y posteriormente la parada del mismo.
En la situación descrita, la Transferencia se realiza desconectando la carga, pero la Re
Transferencia se realiza sin desconectar la carga, es decir el Grupo Electrógeno se pone en
paralelo con la Red Pública, sólo en la Re-Transferencia.
34
4.2.2 Caso 2:
Ante un corte programado de la Red Pública, el sistema ordena el arranque el Grupo
Electrógeno, inicia el proceso de sincronización del Grupo Electrógeno con la Red Pública,
actuando sobre los Reguladores de velocidad y de voltaje, hasta cumplir las condiciones de
paralelo. Luego acciona el interruptor del lado del Grupo Electrógeno, quedando ambos
interruptores cerrados. Luego el control realiza la Transferencia de carga del lado de Red
Pública al lado del Grupo Electrógeno de manera paulatina. Luego acciona la apertura del
interruptor del lado de Red Pública.
El retomo a la Red Pública y Re-Transferencia, es idéntico al Caso 1.
En este caso, la Transferencia y la Re-Transferencia, se realiza sin desconectar la carga, es
decir el Grupo Electrógeno se pone en paralelo con la Red Pública en ambas maniobras.
Esta aplicación es muy usada en aquellos lugares en que el concesionario no es capaz de
suministrar toda la potencia requerida en las horas punta y los cortes son perjudiciales en
los procesos del usuario.
4.2.3 Caso 3:
Este caso es el mismo que el caso 2, con la diferencia que el Grupo Electrógeno se
mantiene en paralelo con la Red Pública por un periodo largo de tiempo (generalmente
durante las horas punta), suministrando una potencia fija o "Carga Base". Es decir, una
parte de la carga (fija) será asumida por el Grupo Electrógeno y el resto será asumido por
la Red Pública (variable).
Esta aplicación es usada en aquellos lugares en que el usuario necesita suministrarse de
ambos suministros Red Pública y Grupo Electrógeno para satisfacer su demanda.
4.2.4 Caso 4:
Este caso es el mismo que el caso 2, con la diferencia que el Grupo Electrógeno se
mantiene en paralelo con la Red Pública por un periodo largo de tiempo (generalmente
durante las horas punta), suministrando los picos de potencia o "Peak Shaving". Es decir,
los picos de la carga (variable) será asumida por el Grupo Electrógeno y el resto será
asumido por la Red Pública (fijo).
Esta aplicación es usada en aquellos lugares en que el usuario no debe excederse de la
potencia contratada, para evitar ser penalizado por máxima demanda
35
En la Fig. 4.4, se muestra la aplicación descrita usando un Controlador EasyGen 3200-5 de
Woodward. Podemos observar las señales de entrada y salida que requiere el controlador
para controlar y automatizar el Grupo Generador.
Curren!
Voltage
MCB Control
LOAD➔
Voltage
Curren!
Voltage
MPU
Anolog1Digital lnputs
E "' ., -
.e :::, - a. w -
::, �
.o Q}
"O "'
� I "' °"
1� <(
u
Fig. 4.4 Aplicación de Grupo Generador paralelo con Red Pública.
En la Fig. 4.5, se muestra el Diagrama de Control de ésta aplicación usando un Controlador
EGCP-2. Notar las entradas de Tensión de Red Pública, Tensión y Corriente del Grupo
Electrógeno y la Tensión de barras. También las entradas y salidas discretas para el
control del Grupo generador.
Por el lado de las entradas del Controlador, se observa lo siguiente:
El Selector (Mode Selector Switch), define el modo de funcionamiento del Grupo
generador.
También hay dos selectores, uno para regulación manual de velocidad y otro para
regulación manual de voltaje.
36
También hay entradas de fallas externas, para que el Controlador ordene la desconexión y
parada del Grupo generador.
Por el lado de las salidas del Controlador se observa lo siguiente:
Contactos secos tipo relé para ordenar la apertura y cierre del interruptor del lado del
generador, y apertura y cierre del interruptor del lado de la red Pública.
También se observa contactos de salida tipo relé para el control del arrancador, de la
válvula de combustible y alarmas.
Aplicacion: Paralelo Standby
Selector
de Modo
Numero de Unidades = Individual
GEN PTs
GEN CTs
PT Local de
Connex!ón
,_Aut_o_(en_es_pera_) _ __ __. AutomáliooNL T(No hay prueba de carga)
Prueba
Si.bir Tensión e J--------,
r >------1 Bajar Tensión
0 -- Si.bir Velocidad
, >-- -----, Bajar Velocidad
,___ __ U_S_2a
--< e-------< RedCBAux
Sin Conexión Proceso 1/E
f--------; 1--------< Fallo # 1
f---------, f-----l Fallo #6
'---------------,DIICom:n
rv1odo de Funcionamiento = Paralelo con RED
RED PT
U52
RedPT Desconedar
RED
Cemr Interruptor GEN '--t-��Ma-l�ual�-------,
Disparo del Interruptor GEN
Disparo lntemJptor de Red '--!-�- ------<
Solenoide de Con1lustible
F'ra-Ollentment Mltor '--t- ------1lX!:IMl\---j
Arranque l\fotac- - , Báeria
,Báeria
Alarma Sonora
Batería
Aplicación de Grupo paralelo con Red
Fig. 4.5 Diagrama de Control EGCP-2 de Woodward, para Grupo Generador en paralelo
con Red Pública
37
4.3 Múltiples grupos no paralelos con red
Esta aplicación considera la operación de varios Grupos Electrógenos en paralelo entre sí,
pero no paralelo con la Red pública, tal como se muestra en la Fig. 4.6.
Generador 2 GCB2
Generador 1 GCBl
®-__/ �
Carga
MCB RED
-(_Q)
Fig. 4.6 Múltiples Grupos no paralelos con Red
La operación es idéntica a la aplicación 4.2, con la diferencia que la orden de arranque se
da a todos los Grupos Generadores, se sincronizan a la barra común automáticamente,
actuando cada controlador sobre su respectivo Regulador de velocidad y Regulador de
voltaje. Así cada Grupo va asumiendo carga a medida que su interruptor se conecta a la
barra común.
La Re-Transferencia es idéntica a la aplicación 4.2.
Adicionalmente los Grupos Generadores se pueden programar para operación en modo No
Secuencial y Secuencial.
4.3.1 Modo No Secuencial.
El modo No Secuencial es cuando los Grupos Electrógenos se ponen paralelo y se
mantienen conectados a la carga independientemente de la variación de la carga.
Es decir, aún cuando la carga sea mucho menor que la potencia total de los Grupos
Electrógenos, éstos se mantendrán conectados, siendo ésta situación desfavorable al
funcionamiento del sistema. La Fig. 4. 7 resume el funcionamiento de ésta parte.
Prioridad número
Entrada discreta
Falla RED
Retorno RED
UNIDAD 1 UNIDAD 2
1 (master) 2
Automático Automático
Apertura interruptores de RED
Arranque Arranque
Sincronización Sincronización Cerrar interruptor
Generador cerrar interruptor
Generador Modo Modo
Isócrono Isócrono Re��rto Re��rto
Abrir Interruptor Generador
Abrir Interruptor Generador
cerrar Interruptor RED
Cerrar Interruptor RED
Enfriando Enfriando
Parando Parando M oriitoreo
Tension RED
Fig. 4.7 Resumen de Modo No Secuencial
38
UNIDAD 3
3
Automático
Arranque
Sincronización Cerrar interruptor
Generador Modo
Isócrono Re�wto
Abrir Interruptor Generador
cerrar Interruptor RED
Enfriando
Parando
Luego para salvar ésta situación la desconexión de los Grupos Electrógenos tendrá que
realizarse manualmente, y en caso la carga aumente se tendrá que conectarlos nuevamente.
4.3.2 Modo Secuencial.
El modo Secuencial es cuando los Grupos Electrógenos se ponen paralelo y se mantienen
conectados a la carga dependiendo de la magnitud de la misma.
Es decir, cuando la carga sea mucho menor que la potencia total de los Grupos
Electrógenos, éstos se desconectarán automáticamente, siendo ésta situación favorable al
funcionamiento del sistema.
En caso la carga vuelva a aumentar, los Grupos Electrógenos se conectarán nuevamente, y
así sucesivamente.
La Fig. 4.8 resume el funcionamiento en éste modo. Allí se puede observar todas las
maniobras que son necesarias para conseguir que los Grupos Generadores funcionen
secuencialmente, de acuerdo con la variación de la carga. Todo esto durante el corte del
suministro de Red Pública.
Acción
Prioridad número
Entrada discreta
Falla RED
Carga del sistema por debajo de carga M ín. de generación
Carga del sistema superior a la carga
m axim a de generación
Retorno RED
UNIDAD 1 UNIDAD 2
1 (master) 2
Automático Automático
Apertura interruptores de RED
Arranque Arranque
Sin ero n iza ció n Sin ero n iza ció n Cerrar interruptor
Generador e errar interruptor
Generador Modo Modo
Isócrono Isócrono H e��rto H e��rto
Abrir Interruptor Generador
Abrir Interruptor Generador
cerrar Interruptor RED
cerrar Interruptor RED
Enfriando Enfriando Parando Parando
Fig. 4.8 Resumen de Modo Secuencial
39
UNIDAD 3
3
Automático
Arranque
Sincronización Cerrar interruptor
Generador Modo
Isócrono H e��rto
Mando de Parada del Master
Descarga suave Abrir Interruptor de Generador
Enfriando
Parando Mando de Arranque
del Master
Arranque
Sincronización Cerrar interruptor
Generador Modo
Isócrono R e��rto
Abrir Interruptor Generador
cerrar Interruptor RED
Enfriando
Parando
En la Fig. 4.9, se muestra el Diagrama de Control de ésta aplicación usando un controlador
EGCP-2. Notar las entradas de Tensión de Red Pública, Tensión y Corriente del Grupo
Electrógeno y la Tensión de barras. También las entradas y salidas discretas para el
control del Sistema.
En el diagrama se indica también la señal de comunicación que debe existir entre los
controladores de los Grupos Generadores, para obtener los diferentes modos de
funcionamiento descritos anteriormente.
Selector del'vbdo
,Aplicacion: Suninistro de Standby
Nurrero de Lhdooes = M.dtiple
G.52
CxN Pfs
IVbdo de Furtionarriento = f'lb Paaelo
RED Pf
U52
RedPf Descmectr
RED
40
CxN crs
f- ---- --4All<míliro
RS485 Canriar:ioo
delaRed
PcraQra;
E<?0'-2Lhd
&orTensiá,
, ,__ _------, �Tensién
$.Jlir Velodce:I ,,___------,
1 ¡-- -------, �\relcx:idad
1--- --U5_2a ........ 1--------------< RedCBl'ux
Sin Conexión
1--- -----------< 1------------< Fallo # 1
e--------, f------, Fallo #6
�--------�rnCooúl
CErnr llllml.f1tr r-+-�--• Bateria
as¡:ao intenu¡ta .-+--.---de Red '--+-�==--------, MTC1-----,
ffJ'a1<JJ0de rrda
�icaáéfl MJtiples Qupoo t--b fX:lícllelos ca, RID
Fig. 4.9 Diagrama de Control EGCP-2 de Woodward, para Grupos Generadores No
paralelo con Red Pública.
La señal de comunicación es del tipo serial RS-485, y consiste de dos conductores aislados
y apantallados, que deberán conectarse a todos los controladores de cada Grupo generador.
La limitación de ésta conexión de comunicación entre Controladores es la distancia, la cual
no debe superar los 1200 metros.
Por otro lado, el controlador también dispone de otro puerto serial RS-485, que es usado
para configurar y monitorear el Controlador desde una PC.
41
4.4 Múltiple grupos paralelos con red
Esta aplicación es la más compleja y considera la operación de varios Grupos Electrógenos
en paralelo entre sí, y paralelo con la Red pública, tal como se muestra en la Fig. 4.1 O.
Generador 2 GCB2
Generador 1 GCBl MCB RED
� ----------'-------< }-------{ >------< -(j)
Carga
Fig. 4.1 O Múltiples Grupos no paralelos con Red
La operación es idéntica a la aplicación 4.2, con la diferencia que la orden de arranque se
da a todos los Grupos, luego se sincronizan a la barra común automáticamente, actuando
cada controlador sobre su respectivo Regulador de velocidad y Regulador de voltaje.
Luego que todos los Grupos estén en paralelo, se realiza la Transferencia.
La Re-Transferencia es idéntica a la aplicación 4.2.
Adicionalmente los Grupos Generadores se pueden programar para operación en modo No
Secuencial y Secuencial, según lo descrito en el apartado 4.3.
En ésta aplicación los Grupos Electrógenos se pueden programar para que puedan operar
en "Carga Base" y en "Peak Shaving", según lo descrito en el apartado 4.2.
La Fig. 4.11, muestra la aplicación, usando Controladores EasyGen 3200-5 de Woodward.
La Fig. 4.12, muestra la aplicación, usando Controladores EGCP-2 de Woodward.
Notar en ambos casos, el cable de comunicación usado entre Controladores. Esto permite
lograr el Control Global, como si fuera un solo gran Generador, obteniéndose grandes
ventajas y haciendo mucho más eficiente el sistema.
La Fig. 4.13, muestra el diagrama de control de un Grupo funcionando en paralelo con
otros Grupos y con la Red Pública. En ésta aplicación los Grupos generan de acuerdo a una
señal analógica de proceso. Se puede programar para que los Grupos generen de tal manera
LOAD
/
Control
Control Gt:B
Corri•nte • Tension •
MCB s
..
1; 1-
-<(
.l!!
!
/
'Control GCB
CorriMte • Tension •
·. _¡�-í� � - � . .;- . · •-·
1 �Control GCB �1��,! y... =·-=
Corriente. ,7• --- J•
42
lllili"""'-1""""..I! -� Tension • �
llilJii..,...,.......11
© ., �E{drom DlgJ�11'1otlcu
Ar ro.nque /parada Modbus
CAN bus
A-�--�-�Arto.nqu,Jpnrada </Zó�-� �--J,i\rranqu•lparada
-· -�-----------� � . . �------------'
Fig. 4.11 Aplicación usando Controladores EasyGen 3200-5 de Woodward.
EGCP-2 EGCP-2 EGCP-2
Fig. 4.12 Aplicación usando Controladores EGCP-2 de Woodward.
Red
43
que mantengan ésta señal en un nivel determinado. Ésta señal puede ser proveniente de un
Transductor de potencia conectado al sistema de medición principal, para obtener el
control de potencia pico, más conocida como "Peak Shaving".
La Fig. 4.14, muestra la secuencia de funcionamiento de tres Grupos en paralelo con la
Red Pública y funcionando en modo secuencial.
,Aplicocion: Proceso rrultiple
Nurnro de Unidooes = Mlltipe M:x:lo de Funcionarriento = Red Péralela
G62 U52
RED
RED
Selector (DI PT
PTs PT RedPT
del'vbdo Local de
(DI
A'oooso �ecuc:ión crs A'Ocesode A'Oceso
autamlioo enra:Ja lralsciJda
Auto espera RS485 Paaarts htarltito Gan.nica:ia,
N.. T (f\b ka:l Test) dela Red EC:CP-2Uid
AuilJa Cena" lrtEm.pa- ,Báeria
O:xrer CXll1 carga RLNW!.D Qn3rab' Ba!aia
(0:xrer CXll1 caga) llspa-o irtEm.pa-
9.DrrTensiál Qn3rab'
�Tensiál lrtem.pa-
&dlir Velccida:I defel
llspa-o irtaru¡:ta-�Velocidal fe!
rren..al Q¡r¡Cl3f'II,. Solerodede
CarbJstible
RedC81'1I,. Precalei ti I i,do M::ia-
A'Ocesol/E
Pmrq.Jede Fallo # 1 nlia-
Fallo #6 .AJarre '\1/ ¼lle -o-
D'I Carúl Ala'Tl'EI / 1 '\
Saua
ica::ión Proceso M:lltiple Paralelo oon RED
Fig. 4.13 Diagrama de Control para Múltiples Grupos Paralelos con Red Pública.
Prioridad número
Entrada discreta
Arranque del sistema
Carga del sistema por debajo de la
carga de generación
Carga del sistema superior a la carga
m axim a de generación
Parada del Sistema
UNIDAD 1
1 (master)
Automático
Auto, Aun & Proc
Arranque
Sin e ron ización
<.; errar in te rru p to r Generador
Modo Proceso Master
Control PF
P roe. modo master
Control PF
Automático
Descarga
Abrir Interruptor Generador
Enfriando
Parando
UN ID AD 2 UN ID AD 3
2 3
A u to m ático Automático
Arranque Arranque
Sin e ron ización Sincronización
<.;errar interruptor Generador
<.; errar interruptor Generador
Modo Proceso Modo proceso Esclavo Esclavo
Control PF Con tro I P F
Mando de Parada
de I Master
Descarga suave
ADr1r interruptor de Generador
Enfriando
Parando
Mando de Arranque
del Master
Arranque
Sincronización
<.;errar interruptor Generador
P roe. m o d o es e lavo P roe. modo esclavo
Control C o ntro 1 PF PF
Descarga Descarga
ADr1r interruptor Generador
Aor1r interruptor Generador
Enfriando Enfriando
Parando Parando
Fig. 4.14 Secuencia de funcionamiento para Múltiples Grupos no paralelos con Red.
44
CAPITULO V
ANALISIS DE RESULTADOS.
El presente informe contempla el análisis de resultados de tres casos, el primero y
el segundo ya fueron implementados, y el tercer caso está por implementarse.
5.1 Caso 1: Grupo generador funcionando como carga base
5.1.1 Antecedentes.
La empresa industrial CORPORACIÓN REY S.A., que tiene un suministro eléctrico en
Media Tensión lOkV 60Hz y su Demanda Máxima llega a 1300kW, decide autogenerar
por las siguientes razones:
a) La empresa eléctrica concesionaria ha limitado el suministro a lO00kW.
b) Tiene acceso a suministro de Gas Natural.
c) Requiere suministro de emergencia.
Luego de realizar los cálculos técnico-económicos se concluye que la demanda faltante y
futuro a corto plazo, tendrá que cubrirse con un Grupo Electrógeno de 600kW 460V 60Hz.
El sistema eléctrico de dicha industria, se muestra en el Diagrama U ni filar de la Fig. 5 .1, y
está conformado por lo siguiente:
01 Celda de Llegada lOkV
01 Celda de Transformación No 1 de 800kVA 10/0.22kV
01 Celda de Transformación No2 de 800kVA 10/0.38kV
La industria recibió el asesoramiento técnico con una propuesta convencional, el cual
consistía en que el Grupo Electrógeno asumiera la carga alimentada por el Transformador
No 1 de 800kVA 10/0.22kV, usando una Celda con un conmutador en l0kV y
modificando las conexiones en la Subestación, quedando el sistema eléctrico, según se
muestra en la Fig. 5.2.
LLEGADA '
' ¡- ------- � - --·7·TRA���g��!c1óN ¡ TRA���g��!c1óN.1 OL l I Nº 1 1 Nº 2 : h\�1 ¡------¡---- -
i ��V ----G;J i i 1 630A ___ J 1 1
i FUS. 1 i j 125A j j
j j 10kV 60Hz Í
1 - '
i 1
1
i1
1 1 -----------¡ CELDA DE LLEGADAj
FUS. 63A
l_ ______________ _j ____ _ '
SALIDA TABLERO GENERAL
220V
''
FUS. 63A
T2 800kVA
10/0.58kV Dyn5
SAi IDA TABLERO GENERAL
380V
Fig. 5.1 Diagrama Unifilar Original
Luego, la operación del sistema sería como sigue:
46
Cada vez que la demanda aumentara por encima de los IOOOkW, se ponía en
funcionamiento el Grupo Electrógeno y se realizaba la conmutación de la carga alimentada
por el Transformador No 2.
Cuando la demanda disminuyera por debajo de los IOOOkW, se realizaba la conmutación
inversa y luego se apagaba el Grupo Electrógeno.
Esta misma maniobra se realizaba también, cuando había corte en el suministro eléctrico.
Las desventajas que la industria observó, luego fueron las siguientes:
a) El conmutador se comenzó a trabar, por la cantidad de operaciones realizadas. Requería
mantenimiento constante, porque obviamente éste equipo no estaba preparado para éste
tipo de maniobras.
b) El ingreso del Grupo Electrógeno era generalmente en las mañanas y la salida en las
tardes, trayendo como consecuencia dos cortes de suministro diarios en las redes de
230V y el malestar de los usuarios.
e) El Grupo Electrógeno solo podía suministrar energía a las cargas en 230V, y estaba
supeditado al perfil de carga de estos circuitos, tal como se muestra en la Fig. 5.3. De
ésta manera no se estaba explotando su potencia nominal.
47
d) Ante un corte inesperado del Suministro eléctrico (Apagón), el Grupo Electrógeno no
podía alimentar a las cargas en 440V.
e) Las maniobras eran manuales y se requería primero ir a la Subestación No.l, para
accionar el conmutador de media tensión y luego ir a la Casa de Fuerza para maniobrar
el Seccionador de Potencia de Salida.
,-------------------------------------7i ¡ ¿ l---i<:::l--------«.,;,------C>t--------, ~-----7 w e§� i
<( Na: w:::>lL wo <( (/) <( (.)
!� .... i ('J�z 1 o� . , o-;;:i; 1 i ffi!;z � ! �� i · -'o e, 1 !�o . ! u- ___ J_ _______________________________ .J
1- -�--T--·-·---------------------·-·-·71 -Q 1
> 1 ' (.) ' � ' 1 w <( ,_ 1
� (') �� '2 1 i��zi ¡g 1-g�b' i i9f:2wi > "'� i i � � ci i B .,_----E:==3-i ,-..¡:,+·- -� i � i i �-___!:':"--+--·-·------- -----------------�
i i i ¡ UJ i 9=7 ¡ ¡��¡ � : � � i 8 �� � � � �� 1 i i i ¡_ _____ i --·-·-----------·-·-----------·j
1-----T·-·-·-·---------·-·-------·-·-·7i z i i!�"8 i i I<� 1 1 'º=> ' . ! ¡¡j::; ! ! I º � !1 ° 1 �-----+--·-·--------
¡ -5 i lw� i ¡��"'¡ i9f:2zi
i ------·-------·-·�
i i i i z ¡�� i-g i � i i� ;- �- ..... -+-----------. - -----------------�[2 2 i -5 i
gJ iw� i (/) i��-i i i9f:2 z i co
'WC/) , � 1oz 1 0 i � i i ' 1- '
� _____ J_ ____ , ______________________ ¡-·-·
1 1
i ! j W<( � 1_ •.l.,4===3--� ·1 oo "' --KJ----t�• ' <( <( a ! ...J�r3 > < �� 1 ºIB- 1 ° �:a 8 �!2 !¿_ ... ¡ üL...1 i ,(.)--'
' 1 L _________________________________ ¡_ __ _
Fig. 5.2 Diagrama Unifilar Modificado
1!ID
10CO
QnFa:l
Flliira
O 6
Qnnmén
�2
�440V
Qn Fa:! Flliira
12
T(t-bc5) 18 24
Qnnmén
Fig. 5.3. Diagramas de Cargas
5.1.2 Mejoramiento del Sistema
48
Cabe señalar que esta propuesta de mejoramiento del sistema, estuvo desde el
principio, pero la falta de confianza de la industria le llevó a tomar la decisión por la
alternativa menos apropiada.
Las disposiciones que se tomaron para mejorar el sistema fueron las siguientes:
a) Regresar el sistema tal como estaba originalmente y utilizar la Celda de
conmutación, solamente como llegada del Suministro del Grupo Electrógeno a la
barra colectora en lOkV, tal como se muestra en la Fig. 5.4.
b) Implementar un Tablero con el controlador EasyGen 3200-5, a fin de que el Grupo
Electrógeno pueda ponerse en paralelo con la Red Pública y sea capaz de lo
siguiente:
i) Regular la Tensión y la Frecuencia del Grupo Electrógeno.
ii) Controlar automáticamente su interruptor.
iii) Sincronizar automáticamente con la Red Pública.
iv) Protección del Motor y Generador, ante fallas mecánicas y eléctricas.
LLEGADA SUBESTACIÓN
¡- _·� r -r�-;;,.����f:c,� ·111 �-J�����:-,1_--���si��-! QL l ! ND 1 , ND 2 , 1 12W
J
1-------·-·-·-·+·-·-·-•-·-·-·➔·-·-·-·-·-·-·, 630A , , , 1 1 1 1 i QG i 1 1
i 1��';. i i i ¡ FUS. ¡ i i i 125A i i ¡ i i 10kV 60Hz i j
i ' ; '
i i i i FUS, i FUS. i j 63A j 63A j
i ¡ i l.
T1 1. T2
1
•
BOOkVA BOOkVA j 1
1 0/0.22kV j 1 0/0.38kV j ¡---------·-·-·-j Oyn5 i
Oyn5 i , CELDA DE ,
1• 1•
QN 12kV 630A
QE 12kV 630A
1 LLEGADA L _____________ .1_ ___ ·---·-·--_j_·_· ·-·-·-•-·_J·_· ·-·-· ·-·
r·-·--------�
-¡ TABLERO GENERAL 1 220V 60Hz f-·-·-·-·-·-·
QG220 3x2500A
·-·-·-·-·-·-·7
FUS. 125A
i i ¡
,·-·-----·--�
-¡ TABLERO GENERAL 1 380V 60Hz f-·-·-·-·-·-·
QG380 3x1600A
CASA DE FUERZA
:·-·-·-----·-·T·-·cÉLoAoE·-·7 ! CELDA DE ! TRANSFORMACIÓN !. ! SALIDA I G.E. ND 1 ! 1---·-·-·-·-·-·+·-·-·-·-·-·-·-j
i i i i i i ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ i ¡ i j j 10KV 60Hz j
i '
i j 001 j j
¡ 1��';.r i i ¡ FUS. i i i 125A
j j
'¡ 1,
T3
l. QL1 BOOkVA ¡ 12kV j 10/0.38kV j
i 630A j Oyn5 j
¡ i i L ____________ _L ___ ·-·-·-·-·�
·-------·-·-·7i i i i i ¡
GRUPO ELE�1��';.,,ENO I'\.,400V.
¡TABLERO DEj · CONTROL I G.E. !1-·-·-·-·_j i i i i i i ¡
QGE ,3)11250A
35kA/440V
--·7 i i i i ¡
r·--,----·-·-·7j j TABLERO j
j j CONTROLADOR i j L---------...j i i i FUS. i, 125A
i i i i i ¡ i
i i i i
1200/5A -___,;l __ ....._--1 EASYGEN
3200 i i i i i i
i i i L._ ________ _
i i i ¡ i
___ J
TS T rof'lsformodor
Sumodor
iL... ·-· ·-·- __ J
ii i i i i
1500/SA >t---------<.----------------------t----' i i220V 60Hz 380V 60Hz
l._._._.J'Ll.l_.-·-·-·j L. ___ J11l ____ j
50
Luego las ventajas obtenidas fueron las siguientes:
a) No era necesario hacer ninguna maniobra manual a los equipos, tan solo el Interruptor
del Grupo que era accionado automáticamente por el Controlador EasyGen 3200-5.
b) No se realizaba ningún corte del suministro eléctrico a los usuarios.
c) El Grupo Electrógeno se programaba para suministrar 500kW como carga base, es
decir, las ocho horas diarias que estaba encendido entregaba la misma potencia. De ésta
manera el Grupo funcionaba en su máxima eficiencia.
d) El Grupo Electrógeno podía alimentar a las cargas tanto en 220V como en 440V. Lo
mismo ante un corte intempestivo del suministro eléctrico.
Luego el Diagrama de Carga del sistema eléctrico se puede apreciar en la Fig. 5.5, donde
se muestra claramente la diferencia con lo mostrado en la Fig. 5.3, además de los
beneficios obtenidos.
5.1.3 Ampliaciones Futuras.
Se recomendó al usuario realizar las siguientes etapas futuras:
1.- Re-potenciar la Celda de Llegada implementando Un interruptor de potencia con
accesorios como: Mando motor, Bobina de Cierre, Bobina de Apertura y Contactos
auxiliares, para que el Controlador también ordene apertura y cierre, en caso de corte de
suministro y en la aplicación futura del Peak Sheaving, puesto que el Controlador puede
programarse para éste modo de funcionamiento (Ver punto 4.3 del Capítulo de
Aplicaciones).
También en ésta etapa deberá implementarse el sistema de medición general en IOkV, para
lo cual se deberá instalar un Trafomix (Transformador combinado de Corriente y Tensión).
Así se podrá apreciar en un mismo lugar (Tablero Controlador) el consumo de la carga, la
Potencia generada por el Grupo Electrógeno y la Potencia suministrada por la Red Pública.
2.- Aumentar la autogeneración implementando otro Grupo Electrógeno, también en
paralelo con Red y en caso de corte de suministro para que operen en paralelo en barra
aislada. El Grupo Electrógeno No.2 también deberá tener un Controlador idéntico al del
Grupo Electrógeno No. l, y deberá instalarse un cable de comunicación entre ambos
Controladores a fin de que puedan regular las cargas de la manera en que se programen,
que puede ser proporcionalmente o un Grupo más cargado que el otro.
51
5.1.4 Problemas presentados.
Es importante mencionar que el nuevo sistema, tuvo algunos contratiempos, que se
tuvieron que resolver, según se explican a continuación:
1.- El año de fabricación del Grupo Electrógeno era de 1975 y algunos de sus componentes
de control actualmente están obsoletos o ya no se usan.
2.- El Regulador de Tensión era del tipo para generador con escobillas y obviamente no
tenía entrada analógica para realizar el automatismo con el controlador. Se tuvo que
implementar una Interface electrónica entre el controlador y el Regulador de Voltaje, para
lograr el control de la tensión.
3.- El Grupo Electrógeno arrancaba en dos etapas, una a baja revoluciones y luego a
velocidad nominal. Esta secuencia tuvo que programarse en el Controlador para evitar que
lo interprete como baja frecuencia.
4.- No se tenía una medición de la carga total en tiempo real, es decir, la suma de las cargas
alimentadas por el Transformador No. l y el Transformador No.2. Por tal razón se
implemento un sistema de medida que sumaba ambas cargas mediante transformadores de
corriente en cada Tablero General y un Transformador Sumatorio.
La ingeniería de detalle, como Diagrama Unifilar, Esquemas Funcionales, Planos de
Disposición del Tablero Controlador implementado, se muestran en el Anexo A.
1500
1CXXJ
O 6
Sin Ccmutoción
Con Red P(jjica
FOl"B'OA lOTAL
18 24
Sin Conrn.rtoción
Fig. 5.5 Diagrama Carga Resultante.
5.2 Caso 2: grupos generadores funcionando en paralelo
5.2.1 Antecedentes
52
Una empresa industrial SUR COLOR STAR S.A., tiene un Sistema Eléctrico que está
formado por cuatro subestaciones: Subestación No 1, Subestación No 2, Subestación No 3
y Subestación No 4. Todas conectadas en anillo, de las cuales la Subestación No 1 es la
Subestación Principal, tal como se muestra en el Diagrama Unifilar del Anexo 2.
Después de un análisis Técnico Económico, la industria decidió adquirir energía eléctrica a
una ESCO (Empresa de Servicio Energético), por resultarle más económico y más
confiable.
Las Compañías de Servicios Energéticos (ESCO), son empresas de carácter privado o
público, que están en disposición de presentar todos los servicios posibles de carácter
Técnico, Comercial y Financiero, con flexibilidad según las necesidades y posibilidades de
la empresa que demande los servicios. El objetivo de estas Compañías, es promocionar
inversiones en el campo de la energía que demuestren una rentabilidad económico
financiera a precios de mercado. Suelen financiarse con recursos propios o ajenos según las
necesidades del proyecto a ejecutar. Sus ingresos provienen de la venta de los servicios que
prestan.
La industria solicitó a la ESCO, una potencia instalada de 3MW en 22.9kV 60Hz, cuya
acometida sería en la Subestación No2.
La ESCO considerando el acceso al suministro de Gas Natural, definió que los equipos que
se necesitan para cumplir con el requerimiento del cliente, son los siguientes:
03 Grupos Electrógenos a Gas Natural de lO00kW 400V 60Hz.
03 Tableros de Control y Sincronismo, previsto para puesta en paralelo con la Red
Pública Manual y Automático.
02 Transformadores de potencia de 1600kVA 22.9/0.40kV 60Hz.
02 Celdas de Transformación.
01 Celda de Salida 22.9kV 60Hz.
El arreglo y disposición de éstos equipos, las conex10nes de fuerza entre ellos y las
conexiones de fuerza con el Sistema Eléctrico de la planta, se muestran en el diagrama
Unifilar del Anexo 2.
5.2.2 Aplicación de la nueva Técnica de Control y Automatización
53
El cliente requiere que los Grupos suministren energía a una potencia constante de
2700kW y el resto de la demanda, que es variable durante el día, lo obtiene de la Red
Pública.
Para cumplir con el requerimiento, se realizó lo siguiente:
a) Se equipó los Tableros de Control con Controladores EGCP-2 de Woodward.
b) Se realizó el cableado de control entre cada Controlador y los reguladores de velocidad
y voltaje respectivos de los Grupos.
c) Se realizó el cableado de comunicación entre Controladores.
En primera etapa de prueba se decidió operar los Grupos como sistema aislado, es decir sin
conectarse con la Red Pública. Por tanto, los Controladores de cada Grupo, se programaron
para operar en modo Isócrono. Es decir, los tres Grupos entregan la misma potencia y
mantienen el sistema a voltaje y frecuencia constante. No varía con el aumento o
disminución de la carga.
Mantener los parámetros de frecuencia y voltaje constantes, es muy importante, para la
correcta operación de los equipos en la planta.
Anteriormente, no era posible lograr ésta constancia, porque generalmente se operaban los
Grupos en modo Droop, y el control de frecuencia y voltaje tenía que realizarse
manualmente, para corregir la variación de frecuencia y voltaje debido a la variación de la
carga.
También anteriormente se ponía el Grupo de mayor potencia en modo Isócrono y los
demás Grupos en modo Droop, pero no era muy eficiente, pues la carga no se repartía
proporcionalmente.
El objeto de ésta primera etapa era observar el comportamiento de los procesos en la
planta, alimentados con energía eléctrica de los Grupos. El resultado fue conforme.
En segunda etapa definitiva, los Grupos debían conectarse en paralelo con la Red Pública.
Los controladores se Re-programaron para operación en CARGA BASE, es decir, que
cada Grupo suministra una Potencia constante de 900k W a la planta. Como ya se explicó
anteriormente, en éste modo de operación de CARGA BASE, la frecuencia y el voltaje está
determinado por la Red Pública.
54
Ante cualquier variación de estos parámetros, el Controlador actuará sobre los reguladores
de velocidad y voltaje, para que los Grupos no se vean afectados y continúen entregando la
potencia programada.
En éste modo de CARGA BASE, los Grupos funcionan más eficientemente que en el
sistema aislado, pues el motor y el generador funcionan cerca a su capacidad nominal, y
éste punto es el de mayor eficiencia.
5.2.3 Ampliación Futura
El sistema estuvo operando correctamente durante vanos meses, demostrando su
confiabilidad de funcionamiento.
En razón de que hubo aumento de carga, se ha decido aumentar un Grupo mas de 600kW,
para conectarse también en paralelo con la Red Pública. El Tablero de control de éste
Grupo, tendrá el mismo Controlador EGCP-2 de Woodward y estará comunicado con los
Controladores de los otros tres Grupos Electrógenos, para tener los resultados descritos
anteriormente.
5.2.4 Problemas presentados
El principal problema presentado fue cuando ocurría un corte intempestivo del suministro
eléctrico de la Red Pública (Apagón). En ésta situación, los interruptores de los Grupos se
desconectaban, dejando la planta sin energía.
La explicación de ésta situación, es porque ante un apagón, los Grupos se encuentran con
una carga casi infinita, que los sobrecargan y la desconexión de los interruptores es por
razones de protección.
La solución a éste problema, que se había previsto de antemano, es tener un sistema de
protección en la Subestación Principal, que detecte el flujo inverso de potencia hacia la
Red Pública, ordenando la apertura del interruptor principal. Así los Grupos se quedan con
la carga de la planta y en modo Isócrono en sistema aislado.
La solución completa de éste sistema se explica en el capítulo 4, parte 4.4: Múltiples
Grupos en Paralelo con Red Pública. Para lo cual, se deberá implementar un sistema de
medición en la llegada principal, y ésta señal enviarla a los Controladores de los Grupos,
para que realice la secuencia de Transferencia y Re-transferencia, en caso del corte de
suministro de la Red Pública.
5.3 Caso 3: Grupos generadores con control de máxima demanda
5.3.1 Antecedentes.
55
El HOTEL LIBERTADOR DE URUBAMBA, tiene un Sistema Eléctrico que está
formado por una Subestación Principal en lOkV 60Hz, un Sistema de Emergencia
conformado por dos Grupos Electrógenos Diesel y cuatro Tableros de Transferencia
Automática, uno de ellos en Media Tensión, tal como se muestra en el Diagrama Unifilar
del Anexo 3.
Los Grupos operan en paralelo con sincronización y reparto de carga automática. Además
fueron programados para operar en modo secuencial.
Los Tableros de Transferencia Automática, operan en Transición abierta, es decir, no se
ponen en paralelo con la Red Pública. En caso de corte del suministro Total ó de algún
circuito que alimenta al Tablero de Transferencia Automática respectivo, todos ellos son
capaces de enviar una señal de arranque al Control Central de los Grupos, para dar inicio a
la secuencia de arranque, sincronización y reparto de carga de los Grupos.
Hasta aquí, los Grupos operan según lo explicado en el punto 4.3, Múltiples Grupos No
Paralelos con la Red Pública, es decir, operan en sistema aislado.
5.3.2 Aplicación de la Nueva Técnica de Control y Automatización.
Nace la necesidad del Hotel de usar los Grupos en las horas que se está superando la
Potencia contratada, y por limitación de suministro de la empresa eléctrica. Esta situación
puede presentarse a cualquier hora del día, por lo que se necesita un Control de Máxima
Demanda, que involucre la operación de los Grupos para que alimenten el exceso de
demanda.
En la Subestación Principal, existe un sistema de medición que incluye un medidor
multifunción que tiene contactos de salida tipo relé, que son programables para que actúen
de acuerdo a los niveles de cualquier parámetro eléctrico que registra el instrumento.
Estos contactos serán programados, uno para nivel mínimo y otro para nivel máximo de
Potencia, es en éste rango de potencias en que los Grupos entrarán en operación.
Análogamente a un sistema de control de llenado de Tanque de agua, las bombas
funcionan dentro de los niveles mínimo y máximo del Tanque, para mantener el nivel de
agua dentro dichos límites.
Luego la filosofía de funcionamiento del sistema propuesto es el siguiente:
56
a) Cuando en condiciones normales de operación con suministro de la red pública, la
demanda máxima se incremente hasta un valor prefijado (Valor máximo), el sistema
enviará una señal al Tablero de Transferencia Automática 3xl000A (Sala de Máquinas),
para que inicie su proceso de transferencia. El cual consiste en enviar una señal a los
Tableros de control de Grupos Electrógenos para que arranque un Grupo y el TT A
transfiera su carga a éste Grupo.
b) Con red pública y un Grupo funcionando, la demanda máxima deberá bajar del valor
máximo prefijado, retirando el medidor principal ésta señál. Pero el sistema mantendrá
la señal de operación del TTA 3xl 000A. Luego se presentarán dos casos indicados en
los puntos c) y d).
c) Cuando la demanda baje del valor mínimo prefijado en el medidor principal, el sistema
retirará la señal de operación del TTA 3xlOO0A, realizando el proceso inverso de re
transferencia y apagando el Grupo.
d) Cuando la demanda sube nuevamente del valor máximo prefijado, el sistema enviará
una señal al TTA 3x800A (Chillers), para que inicie su proceso de transferencia. El cual
consiste en enviar una señal a los Tableros de control de Grupos Electrógenos para que
arranque el segundo Grupo y el TT A transfiera su carga a éste Grupo.
e) Con red pública y dos Grupos funcionando, la demanda máxima deberá bajar del valor
máximo prefijado, retirando el medidor principal ésta señál. Pero el sistema mantendrá
la señal de operación del TTA 3xl 000A y TTA 3x800A. Luego se presentarán dos
casos indicados en los puntos f) y g).
f) Cuando la demanda baje del valor mínimo prefijado en el medidor principal, el sistema
retirará la señal de operación del TTA 3x1000A, realizando el proceso inverso de re
transferencia y apagando uno de los grupos.
g) Cuando la demanda continúe por debajo del valor mínimo prefijado en el medidor
principal, el sistema retirará la señal de operación del TT A 3x800A, realizando el
proceso inverso de re-transferencia y apagando el segundo Grupo.
h) El sistema retoma a la condición inicial, quedando a la espera de cualquier otro evento
de aumento de potencia. El sistema dispone de un selector de prueba, para simular un
evento de subida de potencia, para verificar el correcto funcionamiento del sistema.
Las consideraciones para la implementación del sistema son:
57
El medidor principal existente en la subestación, será encargado de realizar la medición de
Máxima Demanda.
Los contactos de salida tipo relé del medidor principal existente, se usarán para ajustar el
valor máximo y el valor mínimo con el que se inicie el proceso para que los Grupos
Electrógenos asuman parte de la carga.
Se utilizará un Micro-PLC para recibir los contactos de salida del medidor principal, para
ordenar la operación de los Tableros de Transferencia Automática de 3x1000A y 3x800A,
en el orden indicado.
El orden de ingreso, la alternancia y la secuencia de funcionamiento de los Grupos
Electrógenos, será controlado por el Micro-PLC y los controladores EGCP-2 existentes en
los Tableros de control de los Grupos Electrógenos.
5.3.3 Problemas presentados
Hasta el momento en que se realizaron las pruebas en fábrica del tablero de Control, que
incorpora el Micro-PLC que será encargado de realizar toda la secuencia descrita en el
punto anterior, no se presentó ningún problema.
Sólo está pendiente la prueba en obra, que hasta el término de la redacción del presente
informe, está pendientes de realizar.
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
CONCLUSIONES
l. En un sistema aislado con varios Grupos en paralelo, que tienen el mismo controlador
y están comunicados entre sí mediante líneas paralelas "Load Sharing", es posible que
todos éstos Grupos puedan funcionar en modo Isócrono. De ésta manera la carga será
repartida en forma proporcional entre todos los Grupos, manteniéndose constante la
frecuencia y la tensión ante, cualquier variación de la carga.
2. Los modos de funcionamiento usando controladores como el EGCP-2 y el EasyGen-
3200 de Woodward, nos permiten tener alternativas de solución, ante problemas que se
pudieran presentar por incompatibilidad de Grupos de diferentes marcas. Por ejemplo,
dos Grupos que no pueden comunicarse mediante líneas paralelas "Load Sharing",
pueden ponerse en paralelo haciendo funcionar uno de ellos, generalmente el de mayor
potencia, en modo Isócrono y el otro Grupo en modo Carga Base. Este último
funcionará entregando una carga constante y el otro Grupo a carga variable, es decir
asumirá las variaciones de la carga. El resultado es tener un sistema aislado a tensión y
frecuencia constante.
3. No es posible tener control automático sobre reguladores de velocidad mecánicos. Para
lograrlo, tendría que reemplazarse por uno electrónico con entrada analógica. Por otro
lado, es posible tener control automático sobre los reguladores de velocidad electro
hidráulicos, aunque por su velocidad de respuesta lenta se recomienda reemplazarlos
por los del tipo electrónico con entrada analógica.
4. El modo secuencial de funcionamiento de varios Grupos Electrógenos, conectándose y
desconectándose de la Red, dependiendo de la demanda, constituye una gran
contribución en el uso eficiente de una Central Térmica. Esta función viene integrada
en los controladores, y en algunos es posible realizar la programación de ingreso y
salida de los Grupos, de acuerdo a lógicas particulares del usuario.
5. La aplicación más simple y la más usada es Grupo funcionando en Carga Base, es
decir, el Grupo se pone en paralelo con la Red Pública, entregando una carga constante.
59
Aquí el voltaje y la frecuencia está determinada por la Red Pública. Cualquier
variación en éstos parámetros, el controlador actuará automáticamente sobre los
reguladores de velocidad y voltaje, para corregir a los nuevos valores de voltaje y
frecuencia, de tal manera que el Grupo no se sobre-cargue o no se motorice. La
Potencia entregada por el Grupo puede ser modificada manualmente en pleno
funcionamiento.
6. Se pueden realizar aplicaciones especiales, usando el control y automatismo de los
Grupos, como parte de otro programa de control. En el caso 3 del Capítulo 5, se analizó
un caso donde se usó el sistema de los Grupos, para controlar la máxima Demanda.
RECOMENDACIONES
l. El sistema de generación usando los Controladores de Motor y Generador han
demostrado ser prácticos y confiables en los últimos años. Solucionando problemas que
antes no se podían resolver. Por cuanto es recomendable su aplicación, aún en aquellas
instalaciones que requieren automatizar el funcionamiento del Grupo existente. Por
ejemplo, en aquellas instalaciones que cuentan con sistemas de Transferencia
Automática con Transición Abierta, podemos convertirla en Transición Cerrada,
instalando un Controlador y retirando el enclavamiento mecánico de los interruptores.
2. Para Grupos con potencias superiores a l000kW, o que estén generando en Media
Tensión, o que requieran mayor protección para el generador (Protección Diferencial),
o que la protección del Generador tenga que coordinarse con la Red Pública, se
recomienda instalar un Relé de protección multifunción, el cual, enviará una señal
discreta ( contacto seco) a la entrada del controlador para que inicie la secuencia de
desconexión y parada del Grupo.
3. La aplicación más compleja es varios Grupos funcionando en paralelo con la Red
Pública y en "Peak Shaving", es decir, la Red Pública entrega una Potencia máxima y
el resto de Potencia requerida por la carga, que puede ser variable, es asumida por los
Grupos. Se recomienda usar ésta aplicación cuando se requiere control de potencia.
4. Finalmente recomendamos no desestimar el uso de éstas técnicas de control y
automatismo, puesto que aunque los Grupos tengan reguladores obsoletos, siempre
existirá la posibilidad de reemplazarlos por reguladores modernos o en el caso de
reguladores de voltaje de generadores con escobillas, éstos podrán ser modificados.
60
ANEXOS
61
ANEXO A
Caso 1: CORPORACIÓN REY S.A.
Diagrama Unifilar, Lista de Componentes, Esquemas Funcionales y
Planos de Disposición de equipos, del Tablero Controlador del Proyecto.
,------------------------------·-· ------------------·-·7·-----------------------------·-·1·---------------------------·-·7
j CELDA DE LLEGADA j CELDA DE TRAFO # 1 j CELDA DE TRAFO # 2 j CELDA DE SALIDA j r--·-------------------------------·. ----------------------;---------------------------------¡ ·-·-·-·-·-----------------·-·-·7 i i i i i j 10kV 60Hz ' ' '
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Í j Í 800kVA 800kVA j j l lNi��tdln?
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220V 380V j j i i
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27.05.09
APROBO
FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA
10 . --
12 13
AUTOMATIZACION DE GRUPO ELECTROGENO
i i i i TABJ-¡fRO Í l Í TABLERO Í CONTROL !
1
3x1600A � CONTROLADOR ! G E 1 1 EASYGEN I " i j j 3200-5 ¡
i i i ! l_ ________________ _j L. _ _J
,. 17 TABLERO DE CONTROL DE G.E.
PARA PUESTA EN PARALELO AUTOMATICO 480V 60Hz 3F.
DIAGRAMA UNIFILAR
,. ,. ¡ 'º --! ···,;, "
U.11O\ N
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4
LISTA DE COMPONENTES
1 POS DESIGNACION
1 Nl
2 N2 3 PMC 4 PV 5 Hl 6 HZ 7 H3 8 H4
1 9 ST
1 10 1 SPE 11 OCN,QCG,QCC 12 QCB 13 oc
i---:--:�-14 K1 ,K2 ......... K9 15 TS
CANT.1 DESCRIPCION 01 1 Controlador EASYGEN 3000 01 Sincronoscopio Digital 96x96mm, 150V 60Hz 01 1 Indicador de Potencio 220V 5A 60Hz 01 Voltimetro 96x96mm, 0-600V 01 Lomporo Ambar "Interruptor Abierto" REO 01 Lampara Verde "Interruptor Cerrado" REO 01 Lampara Ambor "Interruptor Abierto'' G.E. 01 lampara Rojo "Interruptor Cerrado" G.E. 01 Selector 1-0-2, 2 Polos "RED-0-G.E." 01 1 Pulsador Hongo INC "Parado Emergencia "
03 1 Interruptor Miniatura 3x2A --
¡ Interruptor Minioturo 01 2x2A 01 , Interruptor Miniatura 2x6A 09 Contactar Auxiliar 24Vcc 01 Transformador Sumatorio 5+5/5A
16 TUG,TVG,TB 03 Transformador de Tension 480/120V Cl:1.0 50VA 17
, O,üU.;O
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Xl ,X2 ........ X8 1 08 ¡ sorne ros 4mm2
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FACULTAD DE INGENIERIA lng. Migue� Oui,pe V. 27.05.09 ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA lng. Miguel Quispe V. 27.05.09
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA
----1 CODIGO
8440-1831 M146224001
M20241
216774 216773 216774 216772 216520 216515
�0S253001R0024 -- --
2COS252001R0024 2CDS252001R0064
M70701
- -
¡_ MODELO _;-f EASYGEN 3200-5
1 SINCROMAX 1
ROYAL A4-P
1 PQ0207
1 M22-L-Y M22-L-G
1 M22-L-Y 1 M22-L-R !
M22-WRK3-Z 1 M22-PV/K01
t-C203C02 S202C02
1 S202C06
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KC6-22Z 1 TSR-2
1 M4/6
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MARCA
Woodword Circutor Circutor
ISKRA Moeller Moeller
Moeller Moeller Moeller Moeller
ABB ABB ABB ABB
Circutor Elecvolt
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12kV 251\A (FUTURO)
TM TRAFOMIX 10/0.12kV
SOVA Cl:0.5 600/SA
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R 10kV 60Hz 3F s
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA
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PARA PUESTA EN PARALELO CON RED PUBLICA MANUAL Y AUTOMÁTICO REVlS0 lng. Miguel Quispe V. 31.08.09
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e----POS DESIGNACION Í CANT.
>--o,- QG 01
02 NGC 01 03 PS 01 --04 PM 01
1 05 1 sv 01 1 1 06 S1 ,S2,S3, 03 S4,S5 02
- -LISTA DE COMPONENTES
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-DESCRIPCION
---- - -CODIGO MODELO MARCA ------ -- --
"""°''"'� "' -1 ,as
Interruptor en coja oislado (MCCB) 3x2500A 65kA/440V, equipado can mondo electrice 24 .. 30Voc/Vdc, bobino de cierre y apertura 24 .. 30Vac/Vdc.
Módulo de Control, Generador y Motor. Sincronosc6pio digital 96x96mm, 110-600V, 230Vco 60Hz M14625002 -- - --� VolHmetro 96x96mm 0-600V M10439
-- -------- - --
Selector 2 Posiciones 0-1, 2NA IP66 -- ___J_ 216518 1 Selector 0-1, 2 polo 12A AC3. T12/T011/E
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Inversor Sensitívo 1-0-2, 3p 12A AC3 e/retorno o cero. CA0120002C01N
1
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EGCP-2 , WOODWARD SINCROMAX CIRCUTOR
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1 j Transformador de Tensión -
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ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIER(A
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA
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TABLERO DE CONTROL DE GRUPO ELECTROGENO
3x2500A 480V 60Hz 3F
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PUERTA
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FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA
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VISTA LATERAL �B �A_il 1 1 . i
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AS BUILT LEYENDA
. :Pos DESCRIPCION 1 REFERENCIA
I • Gobinete Autosoporlodo 1 f'ion•o 1 2 Zoco!o 1Fion10
[l J I Cernidura di Manetc 1 OiroiC 1 4 'Concomo tF'ion,c 1
D � Ploc:o de F'o:iricontc
¡ Metol;rol 1
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6 1 Flloco ldentilicoci6,i Tablero Me.t<i1;rof ' 1 7 1 Picea lc!enllflcoci6n de Componc11tes lt.111olgrol • Interruptor Ganerol J:,,;2500A O 1 A89 • Modulo de Control EGCP-2 1 WoQ(lwcar 1
10 'VolUmetro (Medicion de Borres) 1 Clrcutor
1 11 Siocrono:scopio Digital Cireutor
i 12 Selector 0-1 "0-Automotico" ITel•rgon
i '13 Seloc:tor 0-1 "O-Te9t" ITclcrgori
i ,. S1l1ctor 0-1 •o-Arronque d• G.E." jTclargon
i ,. s,11ctor 1-0-2 "9ojor/Subir Ttn■ion" lteJe rgon 1 . ,. Seleclor 1-0-2 "Bojor/Subir VtlociOcCI" ITelen;on 17 S1l1ct0f' d• Slcroni1ocion "'0-1 "' IMo-Uer
1 18 j Lomporo Vf!.rdf!. "lnlf!.rruptor Ce1Tooo• ! A99 1 ,. Lomporo Ambor intltt'ruptor M:iierto• IASB 1
1 ESPECIFICACIONES TECNICAS ¡ DE CONSTRUCCION
A. IE.structi.,ro PI de f'e de 2.5 mm 1 B. !P..,,rto, PI Cle f'e Cle 2 mm C. / Por'leles Loterole, PI de F, d• ,., mm
¡ o. Paneles Posteriores Pl de Fe dfl 1.!i mm ,. T,cho PI de red• 2 mm
i ,. Zocolo Pl de f', d• 2.5 mm G. Troto miento Cecopodo Ou:mlco por
1 ! Anticorro1!Yo Acondicior,omiento . ' H. Acobodo Pinturo electrostótic:o 1n polYo
1 secMoolt,o,nocolorRAL10�
i ,. Colores de Berros ro11 R: Verde
1 Fose S: BIOl'\C:O
i.-s ¡._A 11 rose T: Rojo roerrc: Amorillo
800 25 J. Bornes.Cables de Control Numerodgs. K. Scport•• Esmalte Ep6xieo Rol 703!1 l. Pem,rio Zincodos.
-- -- - - -,, ,2 " ,. ,. ,. ,, ,. ,. 20
' ... ,; . AUTOMATIZAClgN T,J.,l : tS1:A,\: 1:10 .. , ' .. - -
1/3 DE GRUPOS ELECTA GENOS TABLERO DE CONTROL DE G.E. l.JD ._,,, :
3x2500A 400V 60Hz 3F ---
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D.21VISTAS 00O\
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• REVISO ¡•l'lg. Miguel Quispe v. 17.09.10
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FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA
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ªºº
'º " '2 "
'·UC,: ' . AUTOMATIZACIÓN DE GRUPOS ELECTRÓGENOS
AS BUILT LEYENDA
Pos DESCRIPCION REFERENCIA 8 f Interruptor Gene rol Jx2500A EJ , ABB 20 1 Barro Colectora Cu 2{10x100mm) Tecnofil 21 jeorro d• Cu 2{10x100mm) 1 T•cnofll 22 1 Borro de Tierro Cu 5x50mm 1 Tecnof!I 2J I Troto d• Corriente 2,oo/5A 1 Clrc1,1tor 2il I Troto de T•ntion 480/240V 50VA j Volto ,, Interruptor Miniot1Jro
1 ASB
1 (J,c2A, 10kA/440Vca) 1 (2x2A, 10kA/440Vco) 1 1 (2x6A, 10kA/24Vcc) 1 (21l10A, 10kA/24Vcc)
26 1 Relé Auxilior Telemeconique 27 1 Bornero 4mm2 1 Cromplon
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EN LOS TA9LEAOS TC-1. TC-2, TC-AI, TC-1-2 y TC-J 3. lOS CAUPOS ornrN TENER SINCRONll.AOOAES PARA
OPEAACrON EN l"'NU,i.CLO Y/O COCDl[,U.,CICN CON lA AtO OEL CONC[SIONAAIO
4, LA POTENCIA OC LOS GAUPOS ESTAN DACAS A NrvtL DE UAUBAMEIA.
�- LA POTE:NOA DE LO$ OCMAS [0U!POS EST»I 0AOAS A NIVEL OEL r.l.\R, OE9tN COAR!Clr(S[ DE -'CUCADO CON U, "'1.T\JtlA 0E LA IWSU�.ACI0N, 2900 m.1.n.m.
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7, LOS s,.,,,icos ce CONODISMORES NJTCJU,71COS S! COLOCARAN DE ACUERDO AL l'ACTOJ:1 0( POTENCIA. M[OIOO [N EL SISTEJ,1.1..
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![Osciloscopio Digital de 70MHZ 2[4] canales HMO722 [HMO724] · R Modos de disparo: Pendiente, Vídeo, Ancho de Impulso, Lógica, Retardado, Evento R Tester de componentes, frecuencímetro](https://static.fdocuments.co/doc/165x107/601462eb522c8135512c2cf5/osciloscopio-digital-de-70mhz-24-canales-hmo722-hmo724-r-modos-de-disparo-pendiente.jpg)
